(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）少なくとも１種のエチレン性不飽和モノマーを含む連続油相と、
ｂ）１）ペンダントイオン性もしくはイオン化可能な官能基を有するポリ電解質、ただし、高分散相エマルジョンの１〜１０重量パーセントを構成する、または
２）イオン性もしくはイオン化可能な官能基を有する重合性モノマー、および水溶性光開始剤
を含む共連続または不連続水相と、
を含む、高分散相エマルジョン。
【請求項２】
前記共連続または不連続水相が、前記エマルジョンの少なくとも７４体積パーセントを構成する、請求項１に記載のエマルジョン。
【請求項３】
表面が官能化された水分散性有機または無機粒子をさらに含む、請求項１に記載のエマルジョン。
【請求項４】
前記油相中に架橋剤をさらに含む、請求項１に記載のエマルジョン。
【請求項５】
前記イオン性またはイオン化可能な官能基がカルボキシレート、スルホネート、ホスホネート、ホスホニウム、およびアンモニウム官能基から選択される、請求項１に記載のエマルジョン。
【請求項６】
ペンダントイオン性官能基を有する前記ポリ電解質が、スチレンスルホン酸のホモまたはコポリマーを含む、請求項１に記載のエマルジョン。
【請求項７】
前記連続油相が、５〜２５重量％の前記エチレン性不飽和モノマーを含む、請求項１に記載のエマルジョン。
【請求項８】
前記共連続または不連続水相の前記ポリ電解質が、（メタ）アクリル酸、アクリルアミド−アルカンスルホン酸、スルホアルキル（メタ）アクリレート、無水マレイン酸、無水イタコン酸、β−カルボキシアルキルアクリレート、ビニルアズラクトン−グリコール酸付加物、スチレンスルホネート、およびその塩またはその組合せのホモおよびコポリマーを含む、請求項１に記載のエマルジョン。
【請求項９】
イオン性またはイオン化可能な官能基を有する前記共連続または不連続水相の前記重合性モノマーが、スルホプロピルアクリレート、無水マレイン酸、無水イタコン酸、β−カルボキシエチルアクリレート、ビニルアズラクトン−グリコール酸付加物、スチレンスルホン酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウム、アクリル酸アンモニウム、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム、４，４，９−トリメチル−４−アゾ−７−オキサ−デス−９−エン−１−スルホネート、Ｎ，Ｎ−ジアルキル−Ｎ−β−メタクリロキシエチル）プロピオネートベタイン、トリアルキルアミン（メタ）アクリルアミド、１，１−ジアルキル−１−（２，３−ジヒドロキシプロピル）アミノメタクリルアミド、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホネート、ならびにその塩およびその混合物から選択される、請求項１に記載のエマルジョン。
【請求項１０】
光開始剤の存在下に、請求項１〜９のいずれか一項に記載の高分散相エマルジョンを重合することによって調製される多孔質物品。
【請求項１１】
気泡サイズが１００μｍ未満で、１発泡体気泡当たり気泡間窓が０個よりも多く１００個までである連続した開放気泡発泡体を含む、請求項１０に記載の多孔質物品。
【請求項１２】
前記ポリ電解質が発泡体気泡の表面にコーティングされているか、又は、前記ポリ電解質が発泡体気泡中に不連続の領域を形成する、請求項１０に記載の多孔質物品。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の前記エマルジョンを光開始剤の存在下で化学線に暴露して、前記モノマーを重合し、前記共連続または不連続相を含む高分子発泡体を形成する工程を含む、発泡体物品の調製方法。
【請求項１４】
前記エマルジョンが、造形基材上にコーティングし硬化させることによって造形される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記造形基材が、カラム、マルチウェルプレート、プローブ先端、メンブラン、カード、薄層クロマトグラフィー、デッドエンドウェル、蒸着ビーズ、またはマイクロ流体媒体の形である、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリ電解質を含むエマルジョンを重合させることによって作製される発泡体に関する。このエマルジョンは、連続油相、および共連続または不連続水相を含む。得られた発泡体は、分離媒体として有用である。
【背景技術】
【０００２】
多孔質高分子材料は、油相に対する水相の比が非常に高い油中水型エマルジョンの光または熱重合によって生成される。水相が全体の７４容量％以上の場合高分散相エマルジョン（ＨＩＰＥ）と呼ばれるこれらのエマルジョンは、重合性連続油相、架橋剤、および共連続または不連続水相を含む。最も均質な形態を実現するためには、このようなエマルジョンを、乳化剤の存在下にせん断条件で油相に水相を制御しながら添加することによって調製する。例えば、米国特許第４，５２２，９５３号明細書（バービィ（Ｂａｒｂｙ）ら）、同第６，４６２，１００号明細書（サンホーストら（Ｔｈｕｎｈｏｒｓｔ）ら）、同第６，３５３，０３７号明細書（サンホーストら（Ｔｈｕｎｈｏｒｓｔ）ら）、および国際公開第０１／２１６９３号パンフレットを参照のこと。
【０００３】
得られた重合エマルジョンは、キャビティ壁中の気孔によって相互接続されたキャビティまたは気泡を含む発泡体構造を有する。適切な成分および処理条件を選択することによって、空隙率が７４％から９５％超のＨＩＰＥポリマーを実現することができる。これらの材料は、流体を吸収かつ保持するための高容量を有する。ＨＩＰＥポリマーの改質が記載されている米国特許第４，５３６，５２１号明細書（ハック（Ｈａｑ））は、ＨＩＰＥポリマーをスルホン化して、イオン性溶液吸収用の高容量を有する材料を生成できることを開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ポリ電解質を含有する発泡体を油中水型エマルジョンから作製する新規な方法を特徴とする。高分散相エマルジョン（ＨＩＰＥ）を、化学線への暴露、加熱、またはその組合せによって重合し架橋することによって、エマルジョンから発泡体を作製することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、ａ） 少なくとも１種の重合性モノマーおよび少なくとも１種の開始剤を含む油相を、少なくとも１種のポリ電解質（例えば、ポリ（４−スチレンスルホン酸ナトリウム））を含む水相と混合して、水性流体が連続油相と共に不連続または共連続相を形成しているエマルジョンを形成する工程と、ｂ）任意選択的に、エマルジョンを造形する工程と、ｃ）エマルジョンを化学線または熱エネルギーに暴露して、ポリ電解質および残留水相を含む架橋高分子発泡体を形成する工程とを含む架橋高分子発泡体の作製方法を提供する。望むなら、エマルジョンは、表面が官能化された金属酸化物粒子を含めた金属酸化物粒子を含めて、多孔質または非孔質の有機または無機粒子をさらに含むことができる。
【０００６】
別の態様では、本発明は、ａ）少なくとも１種の重合性モノマーおよび少なくとも１種の開始剤を含む油相を、イオン性またはイオン化可能な官能基を有する少なくとも１種の重合性モノマーを含む水相と混合して、水性流体が連続油相と共に不連続または共連続相を形成しているエマルジョンを形成する工程と、ｂ）任意選択的に、エマルジョンを造形する工程と、ｃ）エマルジョンを化学線または熱エネルギーに暴露して、ポリ電解質および残留水相を含む架橋高分子発泡体を形成する工程とを含む架橋高分子発泡体の作製方法を提供する。
【０００７】
別の態様では、本発明は、ポリ電解質を発泡体の気泡構造内に分散させた開放気泡発泡体を提供する。ポリ電解質は、気泡構造内に不連続の領域を形成することができ（すなわち、発泡体気泡内の非晶質粒子とすることができ）、あるいは発泡体の高分子マトリックスをコーティングすることができる（すなわち、発泡体気泡の壁をコーティングする）。発泡体を、溶液から様々な 分析物を除去するための分離媒体として使用することができる。
【０００８】
本発明では、
「ＨＩＰＥ」、すなわち「高分散相エマルジョン」は、連続油相、典型的には油相、およびこの油相と混和できない不連続または共連続相、典型的には水相を含むエマルジョンであって、水相がエマルジョンの少なくとも７４体積パーセントを占めるエマルジョンを意味する；
「油中水型エマルジョン」は、連続油相および不連続水相を含むエマルジョンを意味する；油相および水相は共連続であってもよい；
「油相」は、反応性生長種（例えば、ラジカルまたはカチオン中心を有するもの）に感受性が高く、重合または架橋させることができるモノマー、すなわち有機反応性種を含む連続相を意味する；
「安定な」は、エマルジョンの組成および微細構造が、エマルジョンを重合するのに必要とされる期間にわたって実質的に変化しないことを意味する；
「官能基」は、縮合反応などの非重合反応を受けることができる化学的単位を意味する；
「官能化された金属酸化物粒子」は、（ａ）粒子が油相および／または水相に分散し、（ｂ）粒子に結合している化学的単位が重合できるように官能化されたシリカ、酸化亜鉛、チタニア、アルミナ、ジルコニア、バナジア、クロミア、酸化鉄、酸化アンチモン、酸化スズ、他のコロイド金属酸化物、およびその混合物の群からのコロイド材料から調製された粒子を意味する；これら粒子は、 基本的にシリカなど単一の酸化物を含むことができる。あるいはコアの１つのタイプの酸化物（またはコア材）とその上に被着させた別のタイプの酸化物、２つ以上の酸化物の凝結体（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）、または凝集物（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ）を含むことができる；
「無機粒子」は、主に炭素からならず、好ましくは 最長寸法１０ミクロン以下、最も好ましくは最長寸法２ミクロン以下の粒子を意味する；
「有機粒子」 は、主に炭素からなり、好ましくは最長寸法１０ミクロン以下、最も好ましくは最長寸法２ミクロン以下の粒子を意味する；
「ポリ電解質」は、イオン性置換基を含むオリゴマー、ポリマー、またはコポリマーであって、その水溶液が電流を伝えるオリゴマー、または（コ）ポリマーを意味する；
「反応性界面活性剤」は、重合反応を受けてその結果ポリマー主鎖の一部分になるのに十分な反応性を有する界面活性剤（すなわち、乳化剤）を意味する；
「開放気泡」は、隣接気泡の大部分が相互に開放連通している発泡体を意味する；開放気泡発泡体は、気泡構造がはっきりと画定されていないが発泡体を通り抜ける少なくとも１つの開放経路を作る相互接続チャネルが存在する共連続エマルジョンから作製された発泡体を含む；
「窓」は、気泡間開口部を意味する；
「造形」は、ある形状に形成することを意味し、注入、コーティング、かつ計量分配を含む；
「重合する」または「硬化する」は、本願で互いに代替使用され、モノマー、オリゴマー、ポリマー、官能化された金属酸化物粒子、または他の反応性種を、架橋することを含めて、組み合わせて、鎖または網目構造を形成する化学反応を示す。
「架橋」は、 高分子鎖間の化学的結合の形成を意味する；
「架橋剤」は、ある高分子鎖に、別の高分子鎖との結合を形成可能な部位を与える材料を意味する；
「カチオン硬化性モノマー」は、カチオン種が重合反応を生長させる重合を受けることができるモノマーを意味し、例えばエポキシド部分またはビニルエーテル部分を含むモノマーを含む；
「エチレン性不飽和」は、 炭素−炭素二重結合をその分子構造中に有するモノマーを意味する；
「化学線」は、近赤外線、可視光線、および紫外線を含めて、光化学有効放射線、ならびに化学線を意味する；
「空隙」は、孔、気泡、および細隙など、 発泡体中の任意の空き空間を意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
油相は、光重合、または熱重合させることができる１種または複数のモノマーを含む。通常は、この重合性材料は、エチレン性不飽和で水に実質的に不溶なモノマーとするべきである。適切なエチレン性不飽和モノマーには、例えばアクリル酸イソブチル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸イソオクチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸イソボルニル、アクリル酸ノニル、アクリル酸イソノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸ドデシル（ラウリル）、アクリル酸イソデシル、アクリル酸テトラデシルなどのアクリル酸（Ｃ1〜Ｃ18）アルキル；アクリル酸ベンジルやアクリル酸ノニルフェニルなどのアリールおよびアルカリールアクリレート、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ノニル、メタクリル酸イソノニル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸ドデシル（ラウリル）、メタクリル酸テトラデシルなどのメタクリル酸（Ｃ1〜Ｃ18）アルキル；Ｎ−オクタデシルアクリルアミドなどのアクリルアミド、および他の置換アクリルアミドが含まれる。アクリレートと共重合する他のエチレン性不飽和モノマーを使用することもできる。適切なタイプのコモノマーには、スチレン、マレイミド、およびアズラクトンが含まれる。このようなモノマーは、水に実質的に不溶である（すなわち、０．１ｇ／Ｌ以下）ことが好ましいが、塩を水相に添加して有効な溶解性を低減させることにより、若干の水溶性を示すモノマーを使用することができる。
【００１０】
ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、およびエポキシ化オイルのアクリレートを含めて、他の官能化されたアクリレートモノマーを使用することもできる。求核的や求電子的官能基、またはオレフィン性不飽和基を有するアクリレートなど、その後に反応する官能基を発泡体に取り込むモノマーを含むこともできる。
【００１１】
油相は、多官能性モノマーおよび／またはオリゴマーを含むこともできる。これら多官能性材料は、モノマー上の架橋部位、または別個の架橋性種を介して、架橋性官能基を油相に導入することができるので、重合性材料としても、架橋剤としても機能することができる。架橋剤は、通常は高分子鎖を互いに結び付けて、３次元の分子構造を作製するために存在する。特定のタイプおよび量の架橋剤の選択は、得られる発泡体に望まれる構造特性、機械特性、および流体取扱い特性によって異なる。適切な架橋剤には、多官能性アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、およびその混合物など、２個以上のエチレン性不飽和基を含むモノマーが含まれる。これらには、ジ−、トリ−、およびテトラ−アクリレート；ジ−、トリ−、およびテトラ−アクリルアミド；ジ−、トリ−、およびテトラ−メタクリレート；ジ−、トリ−、およびテトラ−メタクリルアミド、ならびにこれらモノマーの混合物が含まれる。具体的な例には、ジエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、オリゴマージアクリレートが含まれる。
【００１２】
適切なアクリレートおよびメタクリレート架橋剤は、１，１０−デカンジオール、１，８−オクタンジオール、１，６−ヘキサンジオール；１，４−ブタンジオール；１，３−ブタンジオール；１，４−ブタ−２−エンジオール；エチレングリコール；ジエチレングリコール；トリメチロールプロパン；ペンタエリトリトール；ヒドロキノン；カテコール；レソルシノール；トリエチレングリコール；ポリエチレングリコール；ソルビトール；ジビニルエーテル、およびジエポキシドなどを含む、ジオール、トリオール、およびテトラオールから誘導することができる。
【００１３】
架橋剤が存在する場合には、油相の１〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％を占めることができる。
【００１４】
乳化剤は、本発明におけるエマルジョンの油相の成分とすることもできる。乳化剤は、重合性材料と同じ材料でもよい。適切な乳化剤には、反応性界面活性剤、および非反応性界面活性剤が含まれる。エチレン性不飽和結合、またはカチオン硬化性結合を有する反応性界面活性剤は、油相中の重合性材料の重合および架橋に関与し、それによって発泡体構造の一部分になることができる。反応性界面活性剤は、得られた発泡体物品が使用中に浸出する傾向にあるのを低減させるので、通常は非反応性界面活性剤より好ましい。これは、臨床生物検定の場合のように、発泡体からの浸出物（ｌｅａｃｈａｎｔ）が低レベルである必要がある用途で特に有益となり得る。油中水型エマルジョンでは、乳化剤は、使用するモノマーに応じて、親水性と親油性のバランス（ＨＬＢ）が３〜９、通常は４〜６であることが好ましい。
【００１５】
油中水型エマルジョンに適した非イオン性乳化剤の群には、ポリオキシエチレン化アルキルフェノール、ポリオキシエチレン化直鎖アルコール、ポリオキシエチレン化ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレン化メルカプタン、長鎖カルボン酸エステル、アルカノールアミン縮合物、第三級アセチレングリコール、ポリオキシエチレン化シリコーン、Ｎ−アルキルピロリドン、フルオロカーボン液体、およびアルキルポリグリコシドが含まれる。油中水型エマルジョンに最も適した具体的な乳化剤には、ソルビタンモノオレエート、グリセロールモノオレエート、ポリエチレングリコールジオレエート、ヒマシ油、グリセロールモノリシノレエート、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム、塩化ジオレイルジメチルアンモニウム、およびビス−トリデシルスルホコハク酸（ナトリウム塩）が含まれる。カチオン性およびアニオン性の界面活性剤を、本発明において乳化剤として使用することもできる。乳化剤の混合物を使用してもよい。
【００１６】
油中水型エマルジョンに適した反応性乳化剤には、１〜４０個のオキシエチレン基を有するメトキシポリ（エチレンオキシ）エチルアクリレート、アルキレンポリアルコキシスルフェート（ＭＡＺＯＮ  ＳＡＭ  ２１１−８０、米国ニュージャージー州マウントオリーブのＢＡＳＦ（Ｍｏｕｎｔ  Ｏｌｉｖｅ，Ｎ．Ｊ．））、および共重合性アルコキシ界面活性剤（ＭＡＺＯＮ  ＳＡＭ  １８５、米国ニュージャージー州マウントオリーブのＢＡＳＦ（Ｍｏｕｎｔ  Ｏｌｉｖｅ，Ｎ．Ｊ．））が含まれる。米国特許第５，８５６，３６６号明細書の第２０欄５５行以下および第２１〜２２欄に記載の乳化剤を本発明で使用することもできる。
【００１７】
他の適切な乳化剤には、表面が官能化されたナノ粒子が含まれる。これらナノ粒子は、（ａ）粒子が油相および／または水相に分散し、好ましくは（ｂ）粒子に結合している化学的単位が重合できるように官能化されたシリカ、酸化亜鉛、チタニア、アルミナ、ジルコニア、バナジア、クロミア、酸化鉄、酸化アンチモン、酸化スズ、他のコロイド金属酸化物、およびその混合物の群からのコロイド材料から調製される；これら粒子は、 基本的にシリカなど単一の酸化物を含むことができる、あるいは１つのタイプの酸化物からなるコア（またはコア材）とその上に被着させた別のタイプの酸化物を含むことができる。このような粒子は、米国特許第６，３５３，０３７号明細書、および同６，４６２，１００号明細書（サンホースト（Ｔｈｕｎｈｏｒｓｔ）ら）に記載されている。他の有用な表面改質粒子は、米国特許出願公開第２００２０１２８３３６号明細書（バラン（Ｂａｒａｎ）ら）に記載されている。
【００１８】
撹拌、および使用する乳化剤のタイプは、得られる発泡体の微細構造に影響を及ぼすことができる。使用する界面活性剤に応じて、エマルジョンの撹拌を増大すると様々な気泡のサイズ、および／または気泡窓の数が生じる。乳化剤は、通常は油の３０重量パーセントまでを占める。
【００１９】
光開始剤は、急速にかつ効率的に光源に反応して、重合反応を開始することができるラジカル、カチオン、および他の種を生成することができる。本発明で使用する光開始剤は、好ましくは２００〜８００ナノメートルの波長、より好ましくは３００〜８００ナノメートル、最も好ましくは３００〜４５０ナノメートルにおいて吸収する。光開始剤は、重合反応に好都合な引き金を提供する。光開始剤が油相に存在する場合に適した油溶性光開始剤のタイプには、ベンジルケタール、α−ヒドロキシアルキルフェノン、α−アミノアルキルフェノン、およびアシルホスフィンオキシドが含まれる。具体的な開始剤には、２，４，６−［トリメチルベンゾイルジホスフィン］オキシドと２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オンの組合せ（両者の５０：５０ブレンドが、チバガイギーからダロキュア（ＤＡＲＯＣＵＲ）４２６５として販売されている）；ベンジルジメチルケタール（チバガイギーからイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）６５１として販売）；α−，α−ジメトキシ−α−ヒドロキシアセトフェノン（チバガイギーからダロキュア（ＤＡＲＯＣＵＲ）１１７３として販売）；２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノ−プロパン−１−オン（チバガイギーからイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）９０７として販売）；オリゴ［２−ヒドロキシ−２−メチル−１−［４−（１−メチルビニル）フェニル］プロパノン］（ランベルティ株式会社（Ｌａｍｂｅｒｔｉ  ｓ  ｐ  ａ）からエサキュア（ＥＳＡＣＵＲＥ）  ＫＩＰ  ＥＭとして販売）；ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（チバガイギーからイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）８１９として販売）が含まれる。他の適切な開始剤は、米国特許第５，５４５，６７６号明細書、国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／０４４５８、および国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／０４０２９に記載されているものである。
【００２０】
光開始剤は、油相の０．０５〜１０．０、好ましくは０．２〜１０重量パーセントを占めることができる。より少ない量の光開始剤を使用すると、光がエマルジョンをよりよく透過できるようになり、それによって重合が発泡体層中のより深いところで行われることができる。しかし、重合を酸素含有の環境で行う場合には、重合を開始し、酸素阻害を克服するのに十分な開始剤が存在しなければならない。
【００２１】
熱開始剤は、本発明のエマルジョン系において、光開始剤の代わりに、またはそれに加えて使用することができる。有用な熱開始剤には、例えばアゾ化合物、過酸化物、ジアルキルおよびジアシル過酸化物、ヒドロ過酸化物、ペルオキシジカーボネート、ペルオキシケタール、ペルオキシエステル、ペルオキシカルボキシレート、過硫酸カリウム、ｔ−ブチルペルオキシイソブチレート、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルペンタンニトリル）、および他のレドックス型開始剤が含まれる。熱開始剤なら、油相、または水相中に存在することができ、それは光開始剤とは別に含まれることができる（熱重合用の系の場合のみ)。
【００２２】
油相は、溶解されるが重合を受けない高分子などの不活性材料を含むことができる。これら材料は、強度、または靭性、または他の望ましい特性を重合発泡体に与えることができる。適切な高分子添加剤には、ポリイソプレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、およびアクリル強化剤（ｔｏｕｇｈｅｎｅｒ）が含まれる。他の適切な油相添加剤には、難燃剤、充填剤、ＣａＣＯ3、カーボンブラック、顔料、鉱物、および染料が含まれる。
【００２３】
油相は、発泡体の生成中に反応性官能基を発泡体に取り込むことができる材料を含んでもよい。多数の官能基を、ビニルを含むモノマー（例えば、ビニルジメチルアズラクトン）、またはアクリル酸エステル、または他のアクリレートおよびメタクリレート基（例えば、ヒドロキシエチルアクリレート、アクリルアミド、ブチルメタクリレート）と取り込むこともできる。取り込んでもよい反応性官能基には、カルボキシレート、（第一級、第二級、第三級、および第四級アミンとポリアミンを含めて）アミン、スルフヒドリル、アズラクトン、アルデヒド、エポキシド、マレイミド、イソチオシアネート、イソシアネート、ヒドロキシおよびヒドロキシエチル基、(アクリルアミドを含めて）アミド、スルホネート、スルホンアミド、ホスフェート、ポリホスフェート、イミノジアセタート、様々なビピリジル基、サリチレート、（クラウンエーテル、およびクリプタンドエーテルを含めて）ポリエーテル、およびシクロデキストランが含まれる。
【００２４】
任意選択的に、油相は、油相成分とも水相成分とも反応せず、さらにこの２層に対して共溶媒でない混和性流体（例えば、エマルジョンを破壊しない溶媒、または重合油相および／またはポリ電解質を溶解しない溶媒）を含んでもよい。非重合性流体を油相に添加すると、固体モノマー、および／または固体乳化剤を処理することができる。例えば、液体が油相に溶解するとき、モノマーは溶解され、重合される。この方法は、得られる発泡体の密度を低減するのにも役立つことができ、得られた発泡体の（グラム当たりの）内側表面積を増大させることができる。
【００２５】
適切な溶媒には、エチルプロピルエーテル、ジプロピルエーテル、メチルｔ−ブチルエーテル、ジ−ｔ−ブチルエーテル）など水への溶解性が０．１ｇ未満／水１００ｍＬのエーテル；環状エーテル；アルカン；シクロアルカン；ベンゼン、トルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンなどの芳香族炭化水素溶媒；ハロゲン化炭化水素溶媒；バレロラクトンなどのラクトン；シクロペンタノンなどのケトン；テトラメチレンスルホン、３−メチルスルホラン、２，４−ジメチルスルホラン、メチルスルホン、エチルスルホン、プロピルスルホン、ブチルスルホン、メチルビニルスルホン、２−（メチルスルホニル）エタノール、２，２’−スルホニルジエタノールなどのスルホン；ジメチルアセトアミドなどのアミド；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド；プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート；酢酸エチルなどのカルボン酸エステル；メチレンクロリド、クロロホルム、四塩化炭素、グリコールスルフィットなど他の溶媒、このような溶媒の混合物、ならびに超臨界溶媒（ＣＯ2など）が含まれる。水への溶解性がより高い溶媒を使用することができる。ただし、塩を添加して水相のイオン強度を増大させることを条件とする。
【００２６】
一般に、連続油相は、エマルジョンの５〜２５ｗｔ％を占める。一般に、油相は、エマルジョンの２６体積パーセント未満を含む。
【００２７】
ポリ電解質は、水、または別のイオン化溶媒に溶解させた後、解離して、ポリイオン（ポリカチオンまたはポリアニオン）を、等量の小電荷で反対符号の対イオンとともに与える、すなわち荷電イオンを増大させる高分子物質である。ポリカチオンおよびポリアニオンに解離し、小電荷のイオンを与えない高分子電解質も考えられる。ポリ電解質は、ポリ酸、ポリ塩基、ポリ塩、またはポリ両性電解質とすることができる。ポリ電解質は、ホモポリマーを構成するモノマー、およびコポリマーを構成する少なくとも１種のモノマーがイオン化可能である、親水性ホモポリマー、または親水性コポリマーを含むことができる。ポリ電解質は水不溶性セグメントを含むことができるが、ポリ電解質は、水溶性である、すなわち水性分散液または溶液を形成する。あるいは、水相は、重合されたときポリ電解質を生成する、イオン化されたまたはイオン化可能な官能基を有するモノマーを含むことができる。
【００２８】
水溶性ポリ電解質の場合、またはイオン性もしくはイオン化可能なモノマーの場合、イオン性またはイオン化可能な基は、カチオン性、アニオン性、または両性とすることができる。水不溶性セグメントを含むポリ電解質の場合、イオン性基は、カチオン性、またはアニオン性とすることができるが、通常は、イオン性水溶性領域が小滴または粒子の界面で組織化するので、すべて同じタイプの電荷を有するはずである。電荷が同じであると、コポリマードメインは互いに反発し、それによって粒子凝集が阻害される。凝集は、エマルジョン安定性、および保存寿命を低減させる恐れがあるので、粒子凝集の低減は望ましい。反発力は、エマルジョン安定性を延長された期間、例えばエマルジョンのその後の重合を達成するのに十分な時間もたらす助けとなることができる。
【００２９】
ポリ電解質の高分子鎖は、線状でも、分枝でもよい。ポリ電解質は、酸基など少なくとも１種のイオン化可能なモノマー成分を含み、水性媒体中で電解質である。電解質部分およびイオン化可能な部分を提供することができる適切なモノマー材料の例には、例えば、２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、スルホプロピルアクリル酸塩、無水マレイン酸、無水イタコン酸、β−カルボキシエチルアクリレート、ビニルアズラクトン−グリコール酸付加物、スチレンスルホン酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウム、アクリル酸アンモニウム、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム、４，４，９−トリメチル−４−アゾニア−７−オキサ−デス−９−エン−１−スルホネート、Ｎ，Ｎ−ジアルキル−Ｎ−β−メタクリロキシエチルアンモニウムプロピオネートベタイン、トリアルキルアミン（メタ）アクリルアミド、１，１−ジメチル−１−（２，３−ジヒドロキシプロピル）アミンメタクリルアミド、および必要な溶解性要件を有する他の両性イオンエチレン性不飽和モノマー、その混合物などが含まれるが、これらに限定されない。好ましい油不溶性極性モノマーには、配合が容易であり、重合されたときの特性が望ましいため、アクリルアミド、スチレンスルホン酸ナトリウム、アクリル酸ナトリウム、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウム、およびその混合物からなる群から選択されるもの、またはこれら材料の組合せが含まれる。
【００３０】
コポリマーポリ電解質を調製するために使用できる有用なコモノマーには、イオン化可能なモノマーと共重合させることができ、エマルジョンの安定性に悪影響を及ぼさない任意のエチレン性不飽和モノマーが含まれる。有用なコモノマーの例には、エチレンやプロピレンなどのオレフィン；ビニルモノマー；ビニリデンモノマー；モノオレフィン性およびポリオレフィン性モノマー；ならびにヘテロ環系モノマーが含まれる。好ましいコモノマーには、置換もしくは無置換エチレン性不飽和カルボン酸、またはその誘導体が含まれる。カルボン酸は、モノ−またはポリ−カルボン酸誘導体とすることができる。有用なカルボン酸誘導体には、エステル、アミド、ニトリル、および無水物が含まれる。特に好ましいコモノマーには、例えば１〜４個の炭素原子を有するアルキルアクリラート（例えば、アクリル酸ブチル）が含まれる。
【００３１】
ポリ電解質を現場調製するために、重合性混合物を使用する場合、水相は、さらに水溶性光開始剤を含むことができる。本発明において有用な水溶性光開始剤は、化学（通常は紫外）線に露光させた後に、モノマー、および存在する場合は（共）重合性界面活性剤の（共）重合用の開始剤として働くラジカルを発生させる光開始剤である。有用な水溶性光開始剤には、イオン性部分、親水性部分、または両方で置換されたベンゾフェノン；イオン性部分、親水性部分、または両方で置換されたチオキサントン、および４−置換−（２−ヒドロキシ−２−プロピル）フェニルケトン（ただし、４−置換基がイオン性または親水性部分である）からなる群から選択されるものが含まれるが、これらに限定されない。このようなイオン性または親水性部分には、ヒドロキシル基、カルボキシル基、およびカルボン酸塩の基からなる群から選択される部分が含まれるが、これらに限定されない。
【００３２】
有用な水溶性ベンゾフェノンには、４−トリメチルアミノメチルベンゾフェノン塩酸塩、およびベンゾフェノン４−メタンスルホン酸ナトリウムからなる群から選択されるものが含まれる。有用な水溶性チオキサントンには、３−（２−ヒドロキシ−３−トリメチルアミノプロポキシ）チオキサントン塩酸塩、３−（３−トリメチルアミノプロポキシ）チオキサントン塩酸塩、チオキサントン３−（２−エトキシスルホン酸）ナトリウム塩、およびチオキサントン３−（３−プロポキシスルホン酸）ナトリウム塩からなる群から選択されるものが含まれる。有用な水溶性フェニルケトンには、（２−ヒドロキシ−２−プロピル）（４−ジエチレングリコールフェニル）ケトン、（２−ヒドロキシ−２−プロピル）（フェニル−４−ブタンカルボキシラート）ケトン、４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル−（２−プロピル）ケトン、およびその水溶性塩からなる群から選択されるものが含まれる。好ましい水溶性光開始剤は、４−トリメチルアミノメチルベンゾフェノン塩酸塩である。
【００３３】
水相は、水溶性光開始剤を使用する場合、水相中の全（共）重合性種１００重量部に対して、約０．０５〜約１重量部、好ましくは約０．１〜約１重量部含むことができる。
【００３４】
一般に、ポリ電解質の量は、水を除去した後の乾燥発泡体の全重量に対して、４０％以下である。好ましくは、電解質の量は、水を除去した後の乾燥発泡体の重量に対して、約５〜３０％である。一般に、ポリ電解質、すなわちイオン性またはイオン化可能な官能基を有する重合性モノマーの量は、エマルジョンの１〜１０ｗｔ％である。
【００３５】
水相中の塩は、本質的に油相に可溶であるモノマー、コノモマー、および架橋剤を水相に分配する傾向を最小限に抑えることによって、エマルジョンの安定性を増大させることができる。水相に適した塩には、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウムなどアルカリ金属およびアルカリ土類金属の水溶性ハリド塩、例えば塩化物、硝酸塩および硫酸塩塩化ナトリウム、ならびに米国特許第５，３５２，７１１号明細書に記載された他の塩を含めて、１価、２価または３価の無機塩が含まれる。水和可能な無機塩を発泡体に取り込んで、親水性を増大することもできる。重合したばかりの発泡体から残留不混和性水相を除去した後、または除去するプロセスの一部として、塩の水溶液を使用して、発泡体を処理することができる。塩は、存在する場合、水相の好ましくは０．２ｗｔ％未満、より好ましくは０．１ｗｔ％未満を占める。
【００３６】
望むなら、エマルジョンは、若干量の水分散性有機または無機粒子をさらに含むことができる。有用な粒子は、一般には直径１０μｍ未満、好ましくは直径１〜２μｍである。このような粒子を添加して調製された発泡体は、乾燥させた後の破壊によりよく抵抗し、圧縮強さや引裂抵抗などの機械的諸特性が改善されている。さらに、多孔質粒子は、分離に使用できる表面積を増大させる。このような粒子添加剤は、米国特許第６，３５３，０３７号明細書（サンホーストら（Ｔｈｕｎｈｏｒｓｔ）ら）に記載されているものなど表面が官能化された添加剤を含むこともできる。有利には、粒子添加剤は、水相に導入されたとき油／水界面で分離し、その後に、粒子の表面の少なくとも一部分が暴露されている粒子を満載した発泡体を発泡体気泡の表面で生成することが判明している。
【００３７】
粒状添加剤は、所望のサイズ分布のものが得られ、別の改変なしに使用することができ、あるいは当業者に知られている方法を使用して処理または合成して、所望の粒径分布を得ることができる。粒径低減方法の例には、高せん断混合（例えば、ロータ−ステータ、カウレス（Ｃｏｗｌｅｓ）ブレードミキサー）、メディア粉砕、ボール粉砕、アトリッター粉砕、３本ロール粉砕、均質化、またはマイクロ流体化（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ）が含まれる。粒径分析は、通常は光散乱方法または鏡検法で行う。
【００３８】
エマルジョンは、通常は低せん断条件下で、すなわち、連続および分散相を、振とうなど穏やかに混合する方法で、インペラーミキサー、またはピンミキサーを使用し、電磁撹拌棒を使用して調製する。高せん断条件を例えばロータステータミキサーで実現することができる。本発明の発泡体の特性、例えば気泡のサイズ、気泡のサイズ分布、窓の数は、エマルジョンを作製するために使用された撹拌方法または撹拌速度の影響を受ける恐れがある。気泡のサイズは、使用するモノマーおよび界面活性剤のタイプや水相対油相の容積比などの要因にも依存する。
【００３９】
本発明のエマルジョンは、連続法またはバッチ法で作製することができる。エマルジョンを連続作製するのに適した装置には、スタティックミキサー、ロータステータミキサー、およびピンミキサーが含まれる。混合プロセス中、撹拌速度を上げる、あるいは乳化剤をより細かくエマルジョンに分散するように設計された装置を使用することによって、より強い撹拌を実現することができる。バッチ法によるエマルジョンは、組み合わせた材料を手でまたは機械で混合する、あるいは振とうさせることによって作製することができる。例えば被駆動インペラーミキサー、または３枚プロペラ混合羽根を使用することによって、より強い撹拌をバッチ法で実現することができる。
【００４０】
発泡体微細構造は、エマルジョンの調製から重合までに経過する時間の量の影響を受ける恐れがある。通常は、より長い時間が経過するにつれて、エマルジョンは崩壊し始める、すなわち気泡が凝集し、かつ／あるいは気泡壁が崩壊する。熟成エマルジョンから作製される発泡体は、同じエマルジョンから作製されたがエマルジョンが作製されたすぐ後に重合された発泡体より大きくかつ少ない気泡を有することができる。エマルジョンを熟成させると、得られる発泡体の流体取込み挙動を変えることができる相互接続している窓のサイズ、数、および位置に影響を与える恐れがある。
【００４１】
塩を水相に添加すると、親油性または疎水性モノマーを水相から油相と水相の界面へ、または油相へ押し出し、それによってエマルジョン安定性が改善される、すなわちエマルジョンが、油相および水相が別々の層に崩壊することに抵抗するので、気泡および窓構造を変化させることができる。塩は、本発明に必要ではないが、使用してもよい。通常は、熱重合エマルジョンではより長い重合時間が必要であるため、塩が好ましい。
【００４２】
上記に述べたように、本発明のエマルジョンを作製するために様々な混合技法を使用することができる。所与の油相と水相の比に関して、これら混合技法はそれぞれ、わずかに異なるエマルジョン微細構造を生成する可能性を有する。様々な微細構造は、圧力低下、流体流れ、流体経路のくねり、表面積などによって様々な特性を提供する。同じ出発材料で多数の様々な微細構造を作製する能力によって、本発明のこの方法は特に用途の広い方法になる。
【００４３】
エマルジョンを形成した後、化学線、例えば紫外線および可視線への暴露、または熱エネルギーへの暴露によって重合し、架橋することができる。任意選択的に、水相の除去して、開放気泡発泡体構造を残すことができる。本発明に従って、独立気泡発泡体を作製することもできる。
【００４４】
多数の様々なパラメータの中でもとりわけ本発明のエマルジョンを形成するために使用される水相および油相の成分の相対的な量は、得られる高分子発泡体の構造、機械、性能の特性を決定する上で重要となり得る。水相と油相の容積比は、密度、気泡サイズ、気泡構造、窓の寸法など発泡体構造を形成する発泡体特性に影響を及ぼすことができる。発泡体の密度および微細構造は、エマルジョン作製方法の態様（油相への水相の添加速度、撹拌方法、重合条件など）によっても異なる。
【００４５】
本発明のエマルジョンの一部は、急速重合することができる。これらは、１時間未満、１０分未満、３０秒未満、１０秒、または１秒未満で重合することができる。この急速重合によって、多種多様な組成物を使用することができる。重合は、本発明の光重合方法によって急速に起こるので、エマルジョンは、短期間、例えば最高数分間だけ安定であればよい。本発明のエマルジョンは、通常は本明細書に記載する光重合ほど急速ではない方法である熱重合を行うことができる。熱重合は、加熱をして数分間以内に起こり得る、あるいは数時間もかかることがある。このより長い重合時間によって、エマルジョン構造を重合する前にある程度不安定化させることが可能になることによって、様々な発泡体構造を得ることが可能になる。エマルジョンを同時にまたは連続して光重合することも熱重合することもできる。
【００４６】
エマルジョンの油相が材料の中および周囲で重合し、それによって材料が発泡体構造に取り込まれるように、エマルジョンを重合する前に材料の上または中に適用することができる。取り込まれた材料は、発泡体に強度および他の望ましい特性を提供することができる。適切な材料には、スクリムを含めて、織成、不織、繊維および粒状の材料など多孔質または目の粗い材料が含まれる。エマルジョンを、紙、高分子、金属などの非孔質材料、および微細構造基材上にコーティングし、重合することもできる。
【００４７】
分離用途の場合、多孔質または非孔質の支持体の上または間でエマルジョンをコーティングし硬化させることによってメンブランを調製することは有用である。有用な分離用の造形幾何形状は、エマルジョンを、試料調製カードフォーマット、マルチウェルプレート、試料移動容器（例えば、ピペットチップ）、カラム、チューブ、キャピラリー、またはマイクロ流体チャンネルもしくはウェル内部に注入し硬化させることを伴う。これら構造物を、表面処理して、支持体幾何形状へのエマルジョンの接着を改善することができる。表面処理の例には、酸化、オゾン酸化、スルホン化、アミノ化、プラズマ処理、コロナ処理、火炎処理；ＳｉＯ2付着、続いて酸または塩基処理；化学的酸化（過マンガン酸塩など）、およびシラン化が含まれるが、これらに限定されない。特に有用な一表面処理は、本願出願人の同時係属中の米国特許出願第０９／５１９４４９号明細書（国際公開第２００１／６６８２０号パンフレットとして公開）に記載などのダイヤモンド様ガラス膜の付着、続いて酸素プラズマ処理である。
【００４８】
支持体の表面は、表面反応性官能基、およびエマルジョンに共有結合することができる官能基を有する化合物で処理することもできる。表面反応性官能基には、例えば油相のモノマーと共有結合反応または重合することができる不飽和基などの反応性官能基も含有する、シラン、カルボン酸、またはホスホン酸を含む化合物が含まれる。好ましくは、この化合物は、アクリレートまたはメタクリレート基（例えば、（メタ）アクリロキシプロピルトリメトキシシラン）を含むオルガノシランになるはずである。このシラン化合物は、希薄（＜２％）溶液から、ｐＨ約４．５〜５．５でグラフトすることができる。暴露した後、表面を洗浄し、乾燥してもよく、ＨＩＰＥを表面上にコーティングし、ＵＶ硬化する。
【００４９】
本発明のエマルジョンを光重合する場合、可視および／または紫外の範囲（２００〜約８００ｎｍ）の光を使用することが好ましい。エマルジョンは光を散乱する傾向があるため、エマルジョンをよりよく透過することができるこの範囲の長波長を使用することが好ましい。使用する光開始剤は、使用する光源の波長の少なくとも一部を吸収するべきである。本発明の光重合方法によって、熱開始剤または熱開始剤残渣なしに、エマルジョンおよび発泡体の生成が可能になる。しかし、一部のエマルジョンでは、熱重合、または光重合と熱重合の組合せを行うことが望ましくなることがある。熱重合は、光重合反応、または吸光を妨害する恐れがある粒子、高分子、金属、スクリム、顔料、染料、および他の成分を含むエマルジョンに好都合である。発泡体の極めて厚い部分は、より容易に熱重合することができる。任意選択的に、光開始による重合の代わりに電子線でエマルジョンを重合することができる。
【００５０】
エマルジョンを重合した後、通常は、得られた発泡体中に水相流体が依然として存在している。この残留水性流体は、発泡体構造を乾燥することによって除去することができる。適切な乾燥方法には、例えば、真空乾燥、凍結乾燥、圧搾乾燥、マイクロ波乾燥、サーマルまたは対流式オーブンでの乾燥、赤外光による乾燥、空気置換、またはこれらの技法の組合せが含まれる。このような技法は、ポリ電解質を発泡体の気孔から除去すべきではない。
【００５１】
発泡体気泡、特に比較的モノマーを含まない水相液滴（およびポリ電解質）を包囲するモノマー含有油相を重合することによって形成された気泡は、実質的に球状の形となる傾向がある。気泡のサイズは、通常は１〜２００μｍであり、好ましくは１００μｍ未満である。ＨＩＰＥ発泡体は、１発泡体気泡当たり０個より多く、１００個までの気泡間窓を有することができる。窓は、直径０．１〜２５μｍが好ましく、０．１〜１０μｍがより好ましい。独立気泡発泡体、および主に独立気泡の特徴を有する発泡体は、発泡体気泡間の相互接続または窓を有しない、あるいは非常に少ない小型の相互接続しか有しない。
【００５２】
平行した２つの主要な表面を有する本発明の発泡体材料は、光重合を成功させるには、厚さ０．０５〜１０ミリメートル、好ましくは８ｍｍ以下とすることができる。光重合を使用する場合、エマルジョンは、化学線がそれを通り抜けて少なくとも中途まで透過することを妨げる形状または厚さにするべきではない（従って、エマルジョンは、各面を暴露することによって完全重合させることができる）。許容できる厚さは、使用する材料、重合用化学線の性質、光開始剤のタイプ、および光開始剤の使用量によって異なる。光開始剤を減量すると、エマルジョンの吸光が低下する恐れがあり、エマルジョンの光散乱効果に応じて光透過が増大することがある。散乱効果が優位である場合、光開始剤レベルを下げても、光透過に及ぼす効果はほとんどない。８から１０ｍｍよりも厚い発泡体は、新しいエマルジョン層がそれぞれ先に重合した層の上に置かれ、その深さ全体を光が透過できる厚さを有する、一連の層を光重合することによって作製することができる。
【００５３】
この逐次重合手法は、分離用途にも有用である。様々なポリ電解質、油相、水相、粒子、撹拌、界面活性剤、熟成、または開始剤条件を有するエマルジョンを逐次的に層状にし、重合して、望ましい化学、くねり、表面積、または流れ特性をもつ分離経路を得ることができる。例には、多成分分離装置、ｐＨ勾配、非対称膜、親水性／疎水性勾配が含まれる。
【００５４】
エマルジョンを熱重合する、または光および熱による方法の組合せで重合する場合、熱エネルギーが試料全体を透過することができるので、非常に厚い、例えば数インチの試料が得られる。
【００５５】
発泡体は、シート、スラブ、円柱、および他の形状にすることができる。物品の厚さは、多様となることができ、組成、重合のタイプ、および開始剤のタイプ塗料などのプロセス条件によって異なる可能性がある。望むなら、エマルジョンを円筒形のカラムに入れ、（本明細書に記載するように）重合して、クロマトグラフィー用カラムを生成することができる。
【００５６】
層状物品は、使用する材料が、エマルジョン中の光開始剤によって吸収される波長に対して十分に透明である限り、あるいは発泡体が、使用する波長の放射線の十分な量がエマルジョンを完全に透過することができるような構造の外層を含む限り、エマルジョンと他の重合性または非重合性材料を層状にすることによって、光重合して作製することができる。個々の層が、様々な官能基を有する様々なポリ電解質を提供して、逐次的分離を実現できることが有利である。熱重合物品の場合、層の吸光および透明性は限定的要因ではない。積層などの生成後プロセスによって、多層物品を作製することもできる。層状物品は、発泡体の組成、嵩密度、気泡のサイズ、窓のサイズなどに応じて、無数の様々な特性を有することができる。
【００５７】
多領域外領域物品は、いくつかの方法で作成することができる。これらは、重合発泡体の断片をエマルジョンの添加し、続いて効果させることによって作成することができる。また、２種以上のエマルジョンを、硬化する前に慎重に混合することによっても作製することができる。得られた発泡体物品の異なる領域または範囲は、組成、密度、色、または他の特性に関して異なる可能性がある。
【００５８】
水性流体の吸収または輸送向けに使用する場合に好ましい高分子発泡体は、発泡体に水性流体を吸収させるのに十分に親水性である。親水性のレベルは、出発材料によって異なる可能性がある。当技術分野で知られている生成後プロセスによって、親水性を改変することもできる。生成後の例には、親水性ポリマーまたはコポリマーの溶液のコーティング、親水性ブロックを有するコポリマーの溶液またはエマルジョンのコーティング、酸素プラズマ処理、液体化学反応による方法（ｗｅｔ−ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｍｅｔｈｏｄ）（例えば、酸化、スルホン化）、あるいは発泡体の表面における未反応官能基または重合性基とのその後の反応が含まれる。
【００５９】
本発明の発泡体は、親水性とすることができ、良好な吸上げおよび流体分散特性など望ましい流体取扱い特性を提供することができる。これらの特性は、垂直吸上げ、すなわち発泡体物品の主要な表面に対して主に垂直をなす方向における流体の吸上げに役に立つ。これは、吸収されたどんな流体でも衝突領域（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ  ｚｏｎｅ）から急速に離すことができるので、多数の吸収発泡体に望ましい性能属性である。垂直吸上げを提供する発泡体物品によって、吸収された流体が、発泡体表面から物品の吸収中心内により深く移動することが可能になる。このような特性は、吸収された流体を初期の衝突領域からその後の初期衝突領域への流体流れを収容することが可能になる発泡体構造の未使用の残部に輸送する助けとなる。発泡体は、荷重下で、すなわち圧縮荷重下で比較的高い貯蔵容量、および比較的高い流体容量を有することもある。本発明の発泡体は、吸収吸上げによる試料溶液の濃縮の際にも有用となり得る。
【００６０】
発泡体の流体取扱い特性は、発泡体の毛管構造に関係する可能性がある。より大きな気泡および窓のサイズを有する発泡体は、流体を急速に捕捉する傾向にあるが、重力に逆らって流体を十分に分散することがなく、流体を効果的に貯蔵することもない。その反対に、より小さな気泡および窓のサイズを有する発泡体は、重力に逆らって流体を吸い上げ、流体をしっかりと貯蔵することができるが、通常は、流体を捕捉するのがより遅い。
【００６１】
別の吸収特性を有する本発明の発泡体を層状にして、流体捕捉および分散に適した発泡体の層と流体貯蔵に適した発泡体の層を交互に有する吸収剤物品を生成することができる。
【００６２】
さらに、微細構造表面と接触させながらエマルジョンを造形し硬化すると、パターン付きの発泡体物品を生成することができる。硬化した後、発泡体を微細構造表面から分離すると、発泡体はその表面の幾何学パターンを保持している。これら通常の技法は、米国特許第５，６９１，８４６号明細書に記載されている。微細構造表面は、キャビティ、チャンネル、ポスト、またはプロファイルを含む多種多様な幾何学形状から選択することができる。パターンは、発泡体の所望の用途に応じて選択することができる。
【００６３】
本発明のいくつかの発泡体は、フィルターとしての使用に適したものとなり得る。連続気泡発泡体は、気泡および窓が粒子を捕捉する可能性がある間に、（空気および液体を含めて）流体を通過させることができる。気泡のサイズおよび窓の数を含めて、開放気泡発泡体の最適発泡体構造は、ろ過する流体、および除去する粒子のサイズ、また流体が発泡体と相互作用できる溶解されたまたは可溶性の種を含むかどうかによって異なることになる。
【００６４】
ＨＩＰＥ発泡体の生成後の表面官能化に対して、ＨＩＰＥ発泡体へのポリ電解質および／または有機または無機粒子の現場取込みの有利な点は、適切な条件下で、発泡体の内側表面を完全に官能化することが可能なことである。これは、分離用途において非特異的結合を低減するためにそうすることが望ましい場合、下にある疎水性マトリックスの暴露範囲を最小限にする、あるいはなくすことができる。
【００６５】
本発明の発泡体は、特に分離媒体として適しており、以下の方法：ポリ電解質用の成分および／または有機または無機粒子添加剤（がある場合はそれ）の示差親和性を特徴とするイオン交換機構；ポリ電解質用の成分の示差親和性と、移動相の溶媒、ｐＨ、およびイオン強度特性によって異なる分散粒子または固定化高分子電解質上において吸収性疎水性リガンドで官能化された領域とを特徴とするミックスモード手法；あるいは発泡体内のポリ電解質層中の成分の示差的拡散定数に起因して、サイズ排除が重要な役割を果たすミックスモード手法のうちの１つまたは複数によって溶液の成分を分離する。示差親和性は、試料中の分析物と発泡体成分の間のイオン性、疎水性、または親和性（例えば、抗体−抗原）相互作用の結果として生じる。開放気泡発泡体は、発泡体マトリックスへの液体流れ用チャンネルを提供し、ポリ電解質および／または有機または無機粒子添加剤と接触するので、発泡体構造は、独自にこのような分離に適している。試料は、分離せずに、その後の処理のために濃縮してもよい。
【００６６】
発泡体の開放気泡構造は、分離、および収着／脱着速度を向上させることができる。開放気泡構造によって、マトリックスを通り抜ける大量輸送が、主に、気泡の内側表面、およびポリ電解質成分全体にわたって対流とすることができ、それによって拡散を最小限に抑えることができる。対照的に、イオン交換、逆相、および親和性クロマトグラフィー樹脂は、主に、液体媒体が基本的に淀んでおり、したがって分散が優勢な大量輸送機構である気孔における溶質収着に利用可能な表面積の大半を有する。拡散は、溶出曲線を広げ、オーバーラップさせて、分離効率を低減させる遅い工程である。
【００６７】
本発明の発泡体は、樹脂またはシリカクロマトグラフ充填材料、または通常のメンブランに比べて、追加の利点を有する。適切な位置で硬化させると、ＨＩＰＥ系発泡体は、カラム充填の不均一によるチャネリング、および表面積のばらつきを最小限に抑える、あるいはなくす。ナノ粒子を取り込むことによって、比較的小さな塊の粒状吸着剤を使用するにも関わらず、吸収に利用可能な広い表面積が得られる。この構造は、粒子の脱落（ｓｈｅｄｄｉｎｇ）が最小または無視できるほどになり、それによってフリットが必要でなくなる。ＨＩＰＥ系発泡体内の気孔寸法によって、ＨＩＰＥ発泡体のメンブランまたは空間全体にわたって低い圧力低下しか招かない対流式大量輸送が可能になる。本発明の発泡体は、メンブラン技術に比べても利点を有する。メンブラン材料より廃棄物を少なくして、選択された媒体を調製することができる。さらに、装置に組み立てる場合により少ない部品（例えば、フリクションフィットリング、ｏ−リング、他のメカニカルシール）しか必要でない。
【００６８】
イオン交換クロマトグラフィーでは、混合物の成分を、荷電種の可逆的結合を介した実効電荷の差に基づいて分離する。この結合強度は、分離対象種の電荷分布、イオン交換マトリックスのｐＫａ、水溶液特性：ｐＨおよびイオン強度によって支配される。カチオンを分離する分離媒体（例えば、カチオン交換メンブラン）は、負電荷をもつ基が存在することを特徴とする。アニオンを分離する分離媒体（例えば、アニオン交換メンブラン）は、正電荷をもつ基が存在することを特徴とする。例えば、アニオン交換メンブランに結合する混合物の成分を、通常は溶離液のｐＨを上昇させることによって、あるいは正電荷をもつ基に結合することを競うアニオンを添加することによって、メンブランから放出させる。このような成分は、より高い実効負電荷をもつそれらの成分より前に、より低い実効負電荷をもつそれらの成分より後に分離媒体から溶離する。
【００６９】
表面化学の適切な選択によって、イオン交換媒体を強弱の両形で調製し、それによって４クラスの媒体：強カチオン、弱カチオン、弱アニオン、および強アニオンを提供することができる。カチオン交換媒体は、ポリ電解質に酸性基を提供することによって発泡体から生成することができる。適切な基には、強酸性スルホネート基と、弱酸性カルボキシレート、カルボキシメチル、ホスフェート、スルホメチル、スルホエチル、およびスルホプロピル基が含まれる。アニオン交換媒体は、強塩基性第四級アンモニウムから、アミノエチル、ジエチルアミノエチル、グアニドエチル、およびエピクロロヒドリントリエタノールアミン基などの弱塩基性基に及ぶ塩基性基でポリ電解質を官能化することによって発泡体から生成することができる。このマトリックスの取合せによって、荷電種の分離の際に電解質のｐＫａ、または両性高分子電解質の等電点（ｐＩ）を利用することができる。適切な緩衝条件、および媒体選択によって、同じｐＩをもつ両性高分子電解質の局在化電荷差を識別することも可能である。
【００７０】
本発明は、生物材料の分離用、および水溶液からの放射性核種、塩、金属、酸、またはカルシウムやマグネシウムイオンなどの金属イオンの除去用のイオン交換媒体として、ならびに当業者の知られているイオン交換媒体の他の応用例として、ＨＩＰＥ系発泡体の使用を想定する。生物的分離には、タンパク質精製、抗体単離、ペプチド分別、ならびにオリゴヌクレオチドの分離および精製が含まれる。低いイオン強度の条件下でタンパク質、ペプチド、または抗体を含む試料を負荷し、より高いイオン強度をもつ緩衝液の逐次または勾配溶離を使用して、結合された材料を溶離する。一般には、タンパク質、抗体、ペプチドなどの両性ポリ電解質分子は、緩衝液ｐＨがこの分子の等電点（ｐＩ）より低い場合、カチオン交換媒体に結合し、ｐＨがｐＩより高い場合アニオン交換媒体に結合する。オリゴヌクレオチドは、負に帯電しており、したがってアニオン交換媒体（例えば、ジエチルアミノエチル官能基をもつ発泡体）で精製する、または分離することができる。望むなら、非イオン性界面活性剤やウシ血清アルブミンなどとの非特異的相互作用を阻害するために、発泡体マトリックスを使用する前にブロックしてもよい。
【００７１】
放射性核種および金属の除去は、溶液中の金属イオンの錯体状態に応じて、いくつかの手段を介してＨＩＰＥ系発泡体で実現することができる。放射性核種、および他の金属イオンは、水溶液中で錯化アニオン、および界面活性剤と反応することができ、弱酸性、中性または塩基性条件下で加水分解することができる。以下の種：水和錯体、錯化アニオンとの錯体、単核ヒドロキソ錯体、多核ヒドロキソ錯体、コロイドサイズの粒子、および混合配位子錯体を水溶液中で形成することができる。特定イオンの除去に適したＨＩＰＥ系発泡体の官能基の選択は、ｐＨ、濃度、および錯化アニオンの存在によって支配される。また、キレート部分（例えば、ＥＤＴＡ、イミノ二酢酸、アミン化学単位）を含むポリ電解質を発泡体に取り込んでもよい。
【００７２】
酸の除去は、固定化塩基として働くアニオン交換ＨＩＰＥ系発泡体 で行うことができる。カチオン交換ＨＩＰＥ系発泡体の使用によって、硬水軟化、すなわちカルシウムおよびマグネシウムイオンの除去、および有機溶液からの塩の除去を実現することができる。
【００７３】
場合によっては、イオン交換分離だけでは特定の化学的単位の分離には不十分である。特に試料が同様なｐＩ値をもつ両性ポリ電解質を含む場合、あるいは分離した後に、その後の処理または分析工程への調製の際に当該溶離成分を脱塩しなければならない場合にそうである。イオン交換と親和性または疎水性相互作用に基づく分離方法を組み合わせるミックスモード分離手法によって、追加の柔軟性を得ることができる。親和性媒体は、錯体試料からの特異的な分析物と結合する配位子を有する。これら配位子の例には、ポリヒスチジン標識タンパク質と結合するニッケル、酵素用基材、および特異的抗体と結合することができる抗原が含まれる。結合された分析物を、配位子との結合の解離に有利に働く条件下で溶離する。疎水性相互作用クロマトグラフィーを弱疎水性媒体で行い、両性ポリ電解質を高塩濃度で疎水性表面に結合させた後、減少塩勾配で溶離する。逆相クロマトグラフィーを非常に疎水性の媒体で行い、両性ポリ電解質を任意の塩濃度で疎水性表面に結合させ、有機溶媒で溶離する。
【００７４】
これらの方法のいずれかをイオン交換特性と共に受け入れるために、本発明の発泡体を簡単に改質する。疎水性特性は、Ｃ８〜Ｃ１８アクリレートを油相に取り込む、中程度の疎水性をもつ分散性粒子を水相に取り込むによって気泡壁を官能化する（ことによると、界面活性剤でコーティングして分散を助ける）、あるいはポリ電解質ホモポリマーまたはコポリマー中の疎水性領域を官能化することによって付与することができる。親和性特性は、特異的配位子を油相または水相に取り込む（例えば、米国特許第５，４０５，６１８号明細書（バタリー（Ｂｕｔｔｅｒｙ）ら)を参照のこと）、配位子部分を界面活性剤に導入する、あるいは適切な配位子化学単位でコーティングされた水相に分散可能な粒子で界面を官能化することによって付与することができる。
【００７５】
本発明は、以下の応用例向けのミックスモード分離、および当業者に知られている他のミックスモード分離のためのＨＩＰＥ系発泡体を想定する：ポリメラーゼ連鎖反応後の二本鎖ＤＮＡからの制限酵素の除去、薬剤化合物の分離、同じ媒体上のアニオン性および中性化合物の分離、同じ媒体上のカチオン性および中性化合物の分離、キャピラリー電気クロマトグラフィー、ならびに同じ媒体上の荷電種および非荷電種の固相抽出に基づく分離。
【００７６】
分離用の第３の機構は、ポリ電解質が拡散障壁として働いて、荷電種がポリ電解質を経由して下にある吸着剤材料に電荷相互作用、疎水性相互作用、および立体障害に応じていかに速く移動するかを制御するものである。この概念は、高分子量種が多孔質高分子媒体から大幅に排除され、低分子量種が多孔質材料に拡散することができるので、高分子量種が低分子量種より先に媒体から溶離するサイズ排除に基づくゲルろ過に類似している。本発明の発泡体では、ポリ電解質と同じ電荷の高分子量種をポリ電解質から大幅に排除する。同じ電荷のポリ電解質からの静電反発にも関わらず、低分子量種は、ポリ電解質の空隙空間（ｖｏｉｄ  ｖｏｌｕｍｅ）を経由して、ポリ電解質中に埋め込まれたまたはその下に埋められた吸着剤表面に入り込むことができる。低分子量種すべてがポリ電解質と遭遇するのに適した条件（例えば、発泡体厚さ、流速、温度、濃度）で分離が行われることを条件として、低分子量種は捕捉され、媒体から溶離しない。ｐＨ、イオン強度、および温度の関数としてポリ電解質の立体効果、静電反発、局在親水性、空隙率が、同じ試料中の低分子量種と高分子量種の分離を決定する。
【００７７】
第３の機構に基づく分離用のＨＩＰＥ系発泡体の応用例には、サンガー法（Ｓａｎｇｅｒ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）で作製されたＤＮＡシークエンシングラダーからの（ダイ標識ジデオキシヌクレオチド三リン酸ｄｄＮＴＰ、およびその分解産物、ジホスファート、モノホスファート、およびヌクレオシドを含めて）ビッグダイターミネーターの除去、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の増幅ＤＮＡからｄＮＴＰ（デオキシヌクレオチド三リン酸）およびプライマーの除去が含まれる。これは、２００１年１２月２０日出願の「陰イオン交換を使用して、生物学的混合物から有機分子を除去するための方法およびデバイス（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＦＯＲ ＲＥＭＯＶＡＬ  ＯＦ  ＯＲＧＡＮＩＣ  ＭＯＬＥＣＵＬＥＳ  ＦＲＯＭ  ＢＩＯＬＯＧＩＣＡＬ  ＭＩＸＴＵＲＥＳ  ＵＳＩＮＧ  ＡＮＩＯＮ  ＥＸＣＨＡＮＧＥ）」という名称の米国特許出願第１０／０２７，２２２号明細書に記載されている。
【００７８】
周知の通り、ＰＣＲは、極めて少量の核酸（例えば、ＤＮＡ）の分析を可能にする。簡潔に言えば、ポリメラーゼ酵素（ＴａｑＤＮＡポリメラーゼなど）、過剰の２種のオリゴヌクレオチドプライマー（標的核酸鎖に相補的なプライマー延長生成物の合成を誘導する条件下に置かれた場合に、増幅される領域の側面に位置し、合成の開始地点として働くことができる）、および遊離のデオキシヌクレオチド三リン酸（ｄＮＴＰ、例えばｄＧＴＰ、ｄＡＴＰ、ｄＣＴＰおよびｄＴＴＰ）を使用して、核酸分子（例えば、ＤＮＡテンプレート）を繰返し合成し、特定の配列が百万倍以上増幅される。得られる延長または増幅生成物は、通常は「ＰＣＲ生成物」または「ＰＣＲ単位複製配列」と呼ばれる。
【００７９】
次いで、通常のＰＣＲ反応生成物は、例えばシークエンシング、クローニング、遺伝形質特定、および法医学的用途を含めて、様々な分子生物学的応用例で使用することができる。
【００８０】
蛍光型ＤＮＡシークエンシング用途では、取り込まれないダイターミネーター（すなわち、ジデオキシヌクレオチド三リン酸（ｄｄＮＴＰ）などのダイ標識ジデオキシターミネーター）は、好ましくはＤＮＡ配列断片を分析する前に反応混合物から除去すべきである。ダイターミネーター分子の濃度を十分に低減しないと、ＤＮＡ配列情報を実質的に隠す恐れがあるダイの人為構造物（すなわち、ジデオキシヌクレオチド二リン酸（ｄｄＮＤＰ）、ジデオキシヌクレオチド一リン酸（ｄｄＮＭＰ）、ジデオキシヌクレオシドなどのダイ標識ジデオキシターミネーターなど他のダイ含有分子）を生ずる。シークエンシング反応精製は、配列分析の前に試料を調製する上で所望の工程である。
【００８１】
通常、ＰＣＲまたはサイクルシークエンシング反応の終了後に、生成物を一般にはアルコール（エタノールまたはイソプロパノール）沈殿、またはゲルろ過クロマトグラフィーによって精製する。ポリアルキレングリコール、およびビオチン−ストレプトアビジン相互作用を使用する他の手順（ｐｒｏｔｏｃｏｌ）も、シークエンシング反応精製に利用されている。ＰＣＲおよびシークエンシング反応混合物の精製によく使用される他の方法は、限外濾過膜、フェノール／クロロホルム抽出、酵素処理である。
【００８２】
従って、本発明は、少なくとも分析物を有する溶液をポリ電解質が分散された多孔質架橋発泡体と接触させる工程を含む分離方法を提供する。
【実施例】
【００８３】
実施例１
実施例１は、本発明のＨＩＰＥ発泡体のバッチ式作製方法を記述する。エマルジョンを調製する前に、アルミナ（０．５〜１．０μｍバイカロックス（Ｂａｉｋａｌｏｘ））を１重量％ポリ（４−スチレンスルホン酸ナトリウム）（ＰＳＳＡ）水溶液に混ぜ入れることによって、ポリ電解質でコーティングされたアルミナを調製した。混合物を終夜放置し、次いで遠心し、４回洗浄して、過剰のＰＳＳＡを除去した。次いで、２０重量％固形分、ｐＨ５の、コーティングされたアルミナ粒子分散脱イオン水を調製した。
【００８４】
エマルジョンの連続油相は、６．６７ｇのアクリル酸２−エチルヘキシル（２−ＥＨＡ、米国ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチケミカル（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，  Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，  ＷＩ））、１．０３ｇのアクリル酸イソボルニル（ＩＢＯＡ、米国ペンシルベニア州エクストンのサートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｃｏ．，  Ｅｘｔｏｎ，  ＰＡ））、１．０３ｇのトリメチロールプロパントリアクリラート（ＴＭＰＴＡ、サートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｃｏ．）、１．３７ｇのソルビタンモノオレアート（ＳＭＯ、アルドリッチケミカル（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．））、および０．１６ｇのダロキュア（ＤＡＲＯＣＵＲ）４２６５（米国ニューヨーク州ホーソンのチバスペシャルティケミカルズ（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，  Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ，ＮＹ））からなるものであった。ＰＳＳＡでコーティングされたアルミナの分散液６５ｇを約１滴／秒の速度で滴下して、硬い油中水型エマルジョンを生成するとき、この油相を長方形のインペラーを用いて５００ｒｐｍで混合した。次いで、厚さ約０．１５ｃｍを維持するために間隙調整板を用いて、エマルジョンを２枚の水晶板の間でプレスした。次いで、エマルジョンを、ランプハウジングから約５ｃｍ下にある焦点において１００％出力で作動するＤ電球を備えたフュージョン（Ｆｕｓｉｏｎ）(米国メリーランド州ゲイサーズバーグ（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，  ＭＤ）Ｆ６００紫外線照射ランプ下を通過させて重合した。焦点で試料を照射するように、ランプを垂直方向に配置した。試料は、両面をランプ下を線速度９．１メートル／分で３回通過させることによって硬化した。エマルジョンを硬化した後、シリコーンでコーティングされた剥離ライナ上に移し、６５℃の強制空気オーブンに終夜入れて、乾燥する。図１は、発泡体の横断面を撮った走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。
【００８５】
実施例２
第四級アンモニウム含有ポリ電解質であるポリ（塩化ジアリルメチルアンモニウムクロリド）、ＰＤＭＡｃ（４０ｗｔ％水溶液、アルドリッチケミカル（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．））でアルミナ粒子を官能化させた点以外は実施例１と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製した。アルミナ分散液は、０．０８９グラムのポリ電解質、２８．４９グラムの水、および３．４２グラムのアルミナを用いて調製した。アルミナと水の混合物を音波ホーンで２分間撹拌して、分散液を生成した。示した量のポリ電解質を添加し、混合物を３時間振とうし、続いて遠心した。上清を除去し、等量の脱イオン水を添加し、アルミナを再懸濁した。次いで、この懸濁液を脱イオン水で５．５倍に希釈した。３２グラムの懸濁液を実施例１に記載した５．１３グラムの油相に添加した。硬化させ乾燥させた後、ＨＩＰＥ発泡体は、ＰＤＭＡｃ０．１２５重量％、およびアルミナ７．３重量％であった。
【００８６】
実施例３
０．３６グラムのポリ電解質、２８．２グラムの水、および３．４グラムのアルミナを用いてアルミナ分散液を調製した点以外は実施例２と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製した。
【００８７】
実施例４
０．１７９グラムのポリ電解質、２８．４グラムの水、および３．４２グラムのアルミナを用いてアルミナ分散液を調製した点以外は実施例２と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製した。
【００８８】
実施例５
アルミナ粒子をイオン性種である塩化ｎ−トリメトキシシリルプロピルｎ，ｎ，ｎ−トリメチルアンモニウム（５０ｗｔ％水溶液、米国ペンシルベニア州モリスビルのゲレスト（Ｇｅｌｅｓｔ  Ｉｎｃ．，  Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，  ＰＡ））でコーティングし、それをアルミナの表面上で重合させた点以外は実施例２と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製した。０．１４７４グラムのイオン性種、２８．４３グラムの水、および３．４２グラムのアルミナを用いて分散液を調製した。
【００８９】
発泡体の結合特性を実証するため、発泡体を、リテイナーリングを頂部に、かつ支持用のポーレックス（Ｐｏｒｅｘ）フリット（米国ジョージア州フェアバーンのポーレックス（Ｐｏｒｅｘ  Ｃｏｒｐ．，  Ｆａｉｒｂｕｒｎ，  ＧＡ））を底部に備えた直径４ｍｍのカラムに入れた。２マイクロリットルのビッグダイ（ＢＩＧＤＹＥ）ミックス（知的所有権下にあるダイターミネーター、Ｔａｑポリメラーゼ酵素、ｄＮＴＰおよび緩衝液のミックス、ビッグダイターミネーター（ＢＩＧＤＹＥ  Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ）ｖ２．０、米国カリフォルニア州フォスターシティのアプライドバイオシステム（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．，  Ｆｏｓｔｅｒ  Ｃｉｔｙ，  ＣＡ））、２００ナノグラムのＤＮＡテンプレート（ｐＧＥＭ  ３Ｚ  ｆ＋，米国ウィスコンシン州マディソンのプロメガ（Ｐｒｏｍｅｇａ  Ｃｏｒｐ．  Ｍａｄｉｓｏｎ，  ＷＩ））、および１．６ピコモルのプライマー（Ｍ１３フォワードプライマー、−２０）を使用して、１０マイクロリットルの１／４シークエンシング反応混合物を調製した。混合物を、製造業者の指示に従って、ジーンアンプＰＣＲシステム（ＧＥＮＥＡＭＰ  ＰＣＲ  Ｓｙｓｔｅｍ）９７００  サーモサイクラー（アプライドバイオシステム（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ））中でサーモサイクルにかけた。５マイクロリットルの未精製１／４シークエンシング反応混合物（ダイターミネーターおよびその加水分解生成物、ＤＮＡテンプレート、Ｔａｑポリメラーゼ、緩衝液、ｄＮＴＰおよびプライマーを含む）を、発泡体によって６０００ＲＰＭで２分間遠心した。精製した反応物をカラムから取り出し、１５マイクロリットルの蒸留水で希釈し、続いてキャピラリー電気泳動分析した。
【００９０】
内径７５マイクロメートル、長さ３０ｃｍ（検出器まで２０ｃｍ）の溶融石英キャピラリーを使用する、蛍光検出器（４８８ナノメートル励起、５３０〜７００ナノメートル発光）付きのベックマン（Ｂｅｃｋｍａｎ）Ｐ／ＡＣＥ  ＭＤＱキャピラリー電気泳動装置（米国カリフォルニア州フラートンのベックマンコールター（Ｂｅｃｋｍａｎ  Ｃｏｕｌｔｅｒ，  Ｆｕｌｌｅｒｔｏｎ，  ＣＡ））を用いて、シークエンシング反応物のキャピラリー電気泳動分析を行った。泳動は、泳動用緩衝液として５０ミリモルのトリス−ＨＣｌ/ＥＤＴＡ１ミリモル（ｐＨ８．５）を使用して５００ボルト／センチメートル（合計１５ｋＶ）で行った。試料注入は、６９０パスカルで５秒間行った。使用した条件によって、ダイターミネーター（４個の塩基Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃに対応する４個のｄｄＮＴＰ全部、１ピークの保持時間３．２分）、その分解生成物(１ピークの保持時間２．２分）、および組み合わせたシークエンシングラダー（１ピークの保持時間４．１分）の良好な分離がもたらされた。様々な分析物のピーク面積を積分して、シークエンシングラダーおよびダイターミネーターの濃度を得た。それぞれの試料に関して、ベースライン値を分析物値から差し引き、得られた分析物 濃度を出発シークエンシング反応の百分率として示した。分析によって、ダイターミネーター、その分解生成物、およびＤＮＡ含有量の濃度は、元の出発濃度の２％未満に低下したことが示された。
【００９１】
実施例６
アルミナ分散液の代わりにポリスチレンラテックス球の分散液を使用した点以外は実施例１と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製した。０．３５グラムのポリスチレンラテックス球（０．１−１．０μｍ、米国ペンシルベニア州ウォリントンのポリサイエンス（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ，  Ｗａｒｒｉｎｇｔｏｎ，  ＰＡ））を含む水性分散液３２グラムを調製し、実施例１に記載した油相５．１３グラムに添加した。硬化させ乾燥させた後、ＨＩＰＥ発泡体は、ポリスチレン６．４重量％であった。図２は、発泡体の横断面を撮ったＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【００９２】
実施例７
アルミナ分散液の代わりにフェロシアン化コバルトカリウム（ＫＣｏＨｅｘ）粒子の分散液を使用した点以外は実施例１と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製した。平均サイズ約１７ミクロンのＫＣｏＨｅｘ粒子を、ネッチミニゼータ（Ｎｅｔｚｓｃｈ  Ｍｉｎｉ−Ｚｅｔａ）メディアミルを用いて約１〜２ミクロンにメディア粉砕した。ミルに、７２０グラムのイットリア安定化酸化ジルコニウム媒体、および７００グラムの１０ｗｔ％ＫＣｏＨｅｘ水溶液を装填した。混合物を連続して４５分間粉砕し、次いで希釈して１．２５ｗｔ％ＫＣｏＨｅｘにした。次いで、このＫＣｏＨｅｘ分散液を実施例１に記載した油相５．１３グラムに約２滴／秒で添加した。ミキサー速度約４５０ｒｐｍを使用した。分散液を添加すると、油状溶液は直ちに不透明な紫液体になり、分散液を添加するにつれて、漸進的に粘性になった。水相を取り込んだ後、エマルジョンをＰＥＴ不織布（ジョーンズ−マンスビル（Ｊｏｈｎｓ−Ｍａｎｓｖｉｌｌｅ））上にサンドイッチ全厚さ１ｍｍでノッチ付バーコーティングした。発泡体を硬化するために、コーティングした不織布を、全出力で断面腹部（ｃｒｏｓｓ−ｗｅｂ）２５ｃｍの照射フュージョン（Ｆｕｓｉｏｎ）Ｄ電球の真下を６回通過させ、各通過を約９．１メートル／分にして両側を交互に暴露した。次いで、発泡体を室温で乾燥した。硬化させ乾燥させた後、ＨＩＰＥ発泡体は、ＫＣｏＨｅｘ７．３４重量％であった。図３は、発泡体の横断面を撮ったＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【００９３】
実施例８
アルミナ粒子を使用せず、水相を、３１グラムの脱イオン水、０．０５グラムの水溶性光開始剤（イルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）２９５９、チバスペシャルティケミカルズ（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ））、および２．０グラムの塩化メチルで四級化されたジメチルアミノエチルアクリレート（ＤＭＡＥＡ）（チバスペシャルティケミカルズ（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ））を用いて調製した点以外は実施例１と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製した。水相を、実施例１に記載した油相５．１３グラムに添加した。硬化させ乾燥させた後、ＨＩＰＥ発泡体は、ＤＭＡＥＡ１．９重量％であった。
【００９４】
発泡体の結合特性を実証するため、発泡体を、リテイナーリングを頂部に、かつ支持用のポーレックスフリットを底部に備えた直径４ｍｍのカラムに入れた。実施例５に記載したように、１０マイクロリットルの１／４シークエンシング反応混合物を調製した。５マイクロリットルの未精製１／４シークエンシング反応混合物（ダイターミネーターおよびその加水分解生成物、ＤＮＡテンプレート、Ｔａｑポリメラーゼ、緩衝液、ｄＮＴＰおよびプライマーを含む）を、発泡体によって６０００ＲＰＭで２分間遠心した。実施例５に記載したように、精製した反応物をカラムから取り出し、１５マイクロリットルの蒸留水で希釈し、続いてキャピラリー電気泳動分析した。分析によって、ダイターミネーター、その分解生成物、およびＤＮＡ含有量の濃度は、元の出発濃度の２％未満に低下したことが示された。図４は、発泡体の横断面を撮ったＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【００９５】
実施例９
アルミナ粒子を使用せず、水相を、３２グラムの脱イオン水、および０．０５２グラムのＰＳＳＡを用いて調製した点以外は実施例１と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製した。水相を、実施例１に記載した油相５．１３グラムに添加した。硬化させ乾燥させた後、ＨＩＰＥ発泡体は、ＰＳＳＡ１．０重量％であった。
【００９６】
実施例１０
アルミナ粒子を使用せず、油相を、０．５１グラムのアクリル酸イソボルニル、３．３４グラムのアクリル酸２−エチルヘキシル、０．６８グラムのソルビタンモノオレアート、０．５１グラムのＴＭＰＴＡ、および０．０８グラムのダロキュア（Ｄａｒｏｃｕｒ）４２６５（チバスペシャルティケミカルズ（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ））を用いて調製した点以外は実施例１と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製した。３１．９１５グラムの水、０．５７グラムのアクリル酸、および０．０１４２５グラムのイルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）２９５９（チバスペシャルティケミカルズ（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ））から調製した溶液２８．５グラムを、水相として使用した。硬化させ乾燥させた後、ＨＩＰＥ発泡体は、アクリル酸８．７重量％であった。図５は、発泡体の横断面を撮ったＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【００９７】
実施例１１
３９重量％のアルミナを使用した点以外は実施例１と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製した。続いて、発泡体を０．１ｗｔ％ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（ＮａＰＳＳＡ）水溶液４０ｍｌに終夜浸漬することによって、発泡体をＮａＰＳＳＡで処理した。次いで、発泡体を水で数回洗浄して、過剰のＰＳＳＡを除去した。図５は、発泡体の横断面を撮ったＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【００９８】
発泡体の結合特性を実証するため、発泡体を、リテイナーリングを頂部に、かつ支持用のポーレックスフリットを底部に備えた直径４ｍｍのカラムに入れた。２０マイクロリットルの未精製１／４シークエンシング反応混合物（ダイターミネーターおよびその加水分解生成物、ＤＮＡテンプレート、Ｔａｑポリメラーゼ、緩衝液、ｄＮＴＰおよびプライマーを含む）を、発泡体によって６０００ＲＰＭで２分間遠心した。上記で実施例５に記載したように、精製した反応物をカラムから取り出し、キャピラリー電気泳動で分析した。分析によって、ダイターミネーターおよびその分解生成物の含有量は、元の濃度の１５％未満に低下し、溶液のＤＮＡ含有量は出発濃度の少なくとも４０％であったことが示された。アルミナで官能化され、ＰＳＳＡで処理されたＨＩＰＥ発泡体は、ダイターミネーター／分解生成物を捕捉したが、ＤＮＡシークエンシングラダーの相当な部分を損傷のないまま残した。
【００９９】
実施例１２
実施例２と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製し、リテイナーリングを頂部に、かつ支持用のポーレックスフリットを底部に備えた直径４ｍｍのカラムに入れた。
【０１００】
発泡体の結合特性を実証するため、５マイクロリットルの未精製１／４シークエンシング反応混合物（ダイターミネーターおよびその加水分解生成物、ＤＮＡテンプレート、Ｔａｑポリメラーゼ、緩衝液、ｄＮＴＰおよびプライマーを含む）を、発泡体によって３３００ＲＰＭで２分間遠心した。上記で実施例５に記載したように、精製した反応物をカラムから取り出し、１５マイクロリットルの蒸留水で希釈し、キャピラリー電気泳動で分析した。
【０１０１】
キャピラリー電気泳動の結果は、ダイターミネーターおよびその分解生成物の含有量は、元の濃度の２％未満に低下し、溶液のＤＮＡ含有量も出発濃度の２％未満であったことを示している。ＰＤＡＭｃで処理したＨＩＰＥ発泡体は、ダイターミネーター／分解生成物も、ＤＮＡシークエンシングラダーも捕捉した。
【０１０２】
実施例１３
続いて、ＰＤＡＭｃで処理したＨＩＰＥ発泡体（実施例２）をポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩（ＮａＰＳＳＡ）で処理して、ＤＮＡシークエンシングラダーの回収を向上させた。１ｗｔ％ＰＳＳＡナトリウム塩水溶液２０マイクロリットルをカラムを通して流すことによって、発泡体を不動態化した。この後、発泡体を水で洗浄して過剰のＰＳＳＡを除去した。次いで、２０マイクロリットルの未精製シークエンシング反応物を発泡体に適用し、３３００ＲＰＭで２分間遠心した。上記に記載したように、精製した反応物をカラムから取り出し、キャピラリー電気泳動で分析した。
【０１０３】
キャピラリー電気泳動の結果は、ダイターミネーターおよびその分解生成物の含有量は、元の濃度の５％未満に低下し、溶液のＤＮＡ含有量は出発濃度の少なくとも４０％であったことを示している。ＰＤＡＭｃで処理され、ＰＳＳＡで処理されたＨＩＰＥ発泡体は、ダイターミネーター／分解生成物を捕捉したが、ＤＮＡシークエンシングラダーの相当な部分を損傷のないまま残した。
【０１０４】
実施例１４
実施例１と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製し、次いで使い捨てのマイクロ流体装置中のポリプロピレンチャンネルに近づけて、コーティング／充填する。２０ゲージの皮下注射針を備えたガラスシリンジで、ＨＩＰＥをポリプロピレンチャンネルに注入した。過剰のエマルジョンを金属スパチュラできれいに削り取った。このディスクをアルミニウムトレーに置き、Ｄ電球を備えたフュージョン（Ｆｕｓｉｏｎ）(米国メリーランド州ゲイサーズバーグ（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，  ＭＤ）Ｆ６００紫外線照射ランプを使用して硬化させた。電球の下を３回通過させて、完全な硬化を補償した。マイクロ流体装置の頂面図、およびその充填したチャンネルの断面図の顕微鏡写真を図６および７にそれぞれ示す。
【０１０５】
実施例１５
この実施例は、マイクロ流体装置のチャンネルの壁への発泡体の固定が向上するように表面処理された、装置のチャンネルを充填するために、本発明のＨＩＰＥ発泡体を使用できることを実証している。国際公開第０１６６８２０号パンフレット（ディビッド（Ｄａｖｉｄ）ら)に記載記載されているダイヤモンド様ガラス（ＤＬＧ）コーティングで、９６ウェルプレートの内側表面をコーティングした。コーティングされたウェルを９５％エタノール−５％（ｖ／ｖ）水の溶液に浸漬し、酢酸とともに、２ｍｌの３−アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン（ＣＡＳ番号４３６９−１４−６、米国ペンシルベニア州ブリストルのユナイテッドケミカルテクノロジーズ（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．，  Ｂｒｉｓｔｏｌ，  ＰＡ））を添加してｐＨ４．５〜５．５に調整した。ウェルを溶液に１２時間浸漬し続け、それから１１０℃に１０分間維持した。実施例１と同様にして、ＨＩＰＥ発泡体を調製し、次いでポリプロピレンウェルにコーティング／充填する。２０ゲージの皮下注射針を備えたガラスシリンジで、ＨＩＰＥをポリプロピレンチャンネルに注入した。過剰のエマルジョンを金属スパチュラできれいに削り取った。このプレートをアルミニウムトレーに置き、Ｄ電球を備えたフュージョン（Ｆｕｓｉｏｎ）（米国メリーランド州ゲイサーズバーグ（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，  ＭＤ）Ｆ６００紫外線照射ランプを使用して硬化させた。電球の下を３回通過させて、完全な硬化を補償した。ダイヤモンド様ガラス（ＤＬＧ）コーティングによって、発泡体の基材への結合が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】実施例１の電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図２】実施例６の電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図３】実施例７の電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図４】実施例８の電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図５】実施例１１の電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図６】実施例１４の光学顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図７】実施例１４の光学顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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