本发明专利技术提供了一种在对晶体生长敏感的物质中预防或减少晶体生长的方法，在该方法中将具有两亲性结构的胶体颗粒（例如詹纳斯颗粒）与所述物质接触。适于用在本发明专利技术中的胶体颗粒包括由疏水性单体（例如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯）和亲水性单体（例如衍生自丙烯酸和/或甲基丙烯酸的那些）形成的交联、胶体状物质。发现胶体颗粒特别用于生物样品（例如细胞、组织或器官）的低温保藏的方法中、作为冷冻食品中的质地改性剂、抑制气体水合物的形成，以及作为阻垢剂。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及晶体生长抑制剂，更具体地，涉及两亲性胶体物质在降低或抑制冰晶生长中的用途。
技术介绍
本文所描述的物质具有广泛的工业、医学和农业应用。特别地，这些物质应用于降低冷冻食品中大冰晶的形成，在石油化学工业中作为阻垢剂，以及在冷冻及后续的解冻期间作为低温保藏剂将对生物材料如细胞、组织和器官的结构损伤最小化。已经从许多物种(动物和植物)中分离出了在接触零下温度期间保护有机体的抗冻蛋白(AFP)，该蛋白使得有机体在原本会导致冰冻和死亡的气候中存活下来(参见Harding 等人，Eur.J.Biochem.,270:1381-1392, 2003 ；Harding 等人，Eur.J.Biochem.，264:653-665,1999 ;以及 DeVries 等人，Science，1:1073-1075,1969)。存在有两类独特的蛋白:(i)源自极地鱼类的抗冻糖蛋白(AFGP)，其基于一种高度保守且规律性的三肽重复序列(Ala-Ala-Thr)，在苏氨酸残基上连有二糖单元；以及(ii)在许多无关的动物、昆虫和植物中发现的抗冻蛋白，在一级和二级结构上更具结构差异性。这些蛋白显示三种主要的宏观抗冻效应:非平衡性冰点降低(热滞后，TH);动态冰成形(DIS);以及冰再结晶抑制(RI)0以前的研究已提示抗冻蛋白可用在多种不同的应用中，例如用于器官/组织低温保存。然而，使用AFP进行低温保藏很复杂。虽然已研究发现相对低浓度的美洲拟鲽(Pseudoplueronectes americanus) AFP提高了低温保藏在轻乙基淀粉溶液中红细胞的存活率，但其在高浓度下被发现由于在升温细胞附近冰优先生长而会诱导对细胞的额外损伤(参见 Carpenter 等人，Proc.Natl.Acad.Sc1.89:8953-8957, 1992)。这种损害是由于在较高AFP浓度下会形成长薄刺状(即针状)的冰晶。由于形成针状结构(冰成形)而导致的损害与冰点降低性质有关；由于水分子被结合在冰晶的基底面上，从而出现了在滞后冰点下的生长，这使得其生长成长矛状。在测试多种不同类型的天然AFP作为对小鼠精液的低温防护剂时，也发现由于正在升温的细胞外的冰的再结晶而引起了对于精液损伤的增加。在l-100μ g/ml范围内的所有测试浓度下都观察到了这种效应(参见Koshimito等人，Cryobiology45:49, 1992)。已经制得并测试了多种被设计为起AFGP作用的合成肽，但发现均有相同的问题。例如，当以增加的浓度下使用时，发现这些抗冻“模拟物”会降低血液和胰腺胰岛细胞的生存力(参见 Matsumoto 等人，Cryobiology52:90-98, 2006)?还有一些迹象表明，一些AFGP，尤其是在较高浓度下使用时，与细胞毒效应相关。AFGP8，一种短的天然存在的AFGP，已证明在人类细胞中诱导毒性(参见Liu，B i omacromoIe cuIe s8:1456,2007)。已确定，冰再结晶中大冰晶依靠小冰晶而生长是在细胞和器官低温保藏期间细胞损伤的关键原因，被称为“奥斯特瓦尔德熟化”。这种影响也使得冷冻食品(例如冰淇淋和冷冻甜点)质地差。以前使用抗冻蛋白的研究仅集中在TH和DIS上，因此对于RI活性所需要的关键结构特征并不十分了解(参见Tachibana等人，Angew.Chem.1nt.Ed.43:856-862,2004 ；以及 Peltier 等人,Cryst.Grow.Des.10:5066-5077, 2010)。已证明，具有显著简化结构的模拟肽在有些情况下将保持RI活性，但对此负责的确切特征仍然并不了解(Tam等人，J.Am.Chem.Soc.130:17494-17501，2008)。尽管AF(G)P有非常明显的潜力，但它们较低的利用度、可能的毒物学和免疫学的问题、以及在保藏或消毒期间降解的问题截止目前仍限制了它们的应用及对它们作用方式的深入了解。虽然已经给出了合成的AFP，但它们的制备经常涉及复杂的多步合成步骤，其使得不能带来商业应用。这些合成的AFP还面临着一些与天然物质相同的毒物学问题。因此，对于能够抑制晶体生长的替代性物质，特别是为了商业用途而可通过合成路线生产并很容易地进行放大试验以大量且低成本地生产的这类物质的需要仍然存在。
技术实现思路
本专利技术人已意识到，在抑制晶体生长方面有效(即具有RI活性)的物质是克服已知的抗冻剂的局限性的关键。具体地，本专利技术人已发现新的晶体生长抑制剂，其可用于对最小化或防止晶体生长重要的广泛应用中，例如用于细胞和器官的低温保藏以及用在改善冷冻食品的质地。这些试剂包括具有两亲性结构的胶体颗粒。它们简单的结构意味着这些物质能够使用简单且能够采用颗粒合成的常规工业方法容易地放大的已知制造路线进行制备。重要的是，它们的作用机制不需要晶体抑制剂精确“匹配”特定的冰晶面，而这一要求对于某些AFP被指明是重要的。 根据专利技术人的研究，他们惊奇地发现在性质上具有两亲性的胶体颗粒是冰再结晶的强效抑制剂。在有些情况下，发现其在皮摩尔浓度下有效。一方面来说，本专利技术因此提供了具有两亲性结构的胶体颗粒作为晶体生长抑制剂的用途。预防或减少晶体生长的方法(其中有效量的这种颗粒与对晶体生长敏感的物质接触)也构成了本专利技术的一个方面。本文所描述的胶体颗粒在预防或减少冰晶生长方面尤为有效，这构成了本专利技术的一个优选方面。然而，专利技术人的研究结果扩展到了其生长会引起不利效果的其它类型的无机和有机晶体。例如，在油气田中，在钻孔操作期间井下的结晶水合物例如包合物的生长以及在运输管道中由于矿床(例如碳酸钙)累积而形成结垢(scale)都是严重的问题。根据定义，“胶体颗粒”的至少一个尺寸为大约Iym或更低。优选地，它们的一个或多个尺寸在Inm到I μπι的范围内。更优选地，它们没有尺寸大于I μ m。术语“颗粒”用于指代具有明确相界面的固体物质。术语“两亲性”在用于本文所描述的颗粒时，用于表示它们具有至少一个区域比它们的其它区域更为疏水。所述颗粒可以具有多于一个的这种区域。典型地，所述颗粒具有至少一个疏水性区域和至少一个亲水性区域。用于本专利技术的胶体颗粒的精确特性是非限制性的；在其可被有意采用的条件下具有所希望的两亲性特性的任何胶体颗粒都可以使用。两亲性的胶体颗粒是通常已知的并在文献中描述过。这类颗粒通常被称为“詹纳斯”颗粒(Janus particle)，在形状上可以有所变化，例如，从球形到卵形(椭圆体)，“雪人”和哑铃形(花生状)。颗粒的确切形状对于本专利技术的完成并不是关键的，且它们可以例如具有双表面官能性，也可以由具有所需的疏水性/亲水性的两个或更多个连接组分所组成。那些具有一个或多个带来所希望的各向异性的“凸起(lobe)”或“突出(protrusion)”(即非球形)的颗粒通常是优选的。尤为优选的是具有两个凸起的哑铃形颗粒；这两个凸起中一个为疏水性，另一个为亲水性。凸起的尺寸可以不同，这些凸起不必在形状和尺寸上相同，即颗粒可以是不对称的。凸起的相对尺寸的变化改变了颗粒的疏水性/亲水性比；控制凸起的相对大小的能力使得颗粒的性质能够根据所希望的最终用途而精确地调整。本专利技术中使用的颗粒通常直径比晶体的长本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在对晶体生长敏感的物质中预防或减少晶体生长的方法，其中将有效量的具有两亲性结构的胶体颗粒与所述物质接触。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.07 GB 1117304.41.一种在对晶体生长敏感的物质中预防或减少晶体生长的方法，其中将有效量的具有两亲性结构的胶体颗粒与所述物质接触。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述晶体选自冰晶、结晶水合物和结垢。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中每一个所述颗粒均包括至少一个疏水性区域和至少一个亲水性区域。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述疏水性区域占每个颗粒的按体积计至少30%。5.根据先前权利要求中任一项所述的方法，其中所述颗粒的颗粒直径的范围为从Inm至Ij I μ m,优选 5nm 至Ij I μ m。6.根据先前权利要求中任一项所述的方法，其中所述颗粒为胶体聚合物颗粒，优选为詹纳斯颗粒。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述聚合物颗粒由具有式R1R2C=CH2的疏水性单体形成，其中R1和R2为有机基团。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述疏水性单体为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，或乙烯基芳族单体，优选为苯乙烯。9.根据权利要求6到8中任一项所述的方法，其中所述颗粒由亲水性单体形成，所述亲水性单体包括具有一个或多个亲水基团的乙烯基单体。10.根据权利要求9 所述的方法，其中所述亲水性单体衍生自丙烯酸和/或甲基丙烯酸。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述亲水性单体包括苯乙烯磺酸盐和PEG-甲基丙烯酸酯。12.根据权利要求6到11中任一项所述的方法，其中所述聚合物颗粒为交联的，优选与选自下述的一种或多种交联剂交联:二乙烯基苯、丁二烯、异戊二烯、乙二醇、二(甲基)丙烯酸酯和双...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·I·吉布森，S·A·F·邦，
申请(专利权)人：华威大学，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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