Способ получения пористого стекла

Изобретение относится к технологии производства пористых стекол. Проводят травление порошка стекла в автоклаве при давлении 100-150 кг/см² в четыре стадии, а именно: вначале травление в 0,5-2 Н растворе серной кислоты в течение 30-60 мин при температуре 120-200°С, затем промывание в дистиллированной воде до значения рН раствора >6, затем травление в 0,5-1 Н растворе гидроксида натрия в течение 30-60 мин при температуре 120-200°С, затем промывание в дистиллированной воде до значения рН раствора <8. Технический результат изобретения заключается в получении пористых стекол с размером пор в диапазоне 100-400 нм и узким распределением пор по размерам (± 10 нм). 1 ил.

 

Изобретение относится к технологии пористых стекол и может быть использовано для производства материалов с контролируемым размером пор, применяемых в качестве твердофазного носителя при синтезе олигонуклеотидов.

Для использования в области биотехнологий применяют порошковые пористые стекла с размером пор 50-1000 нм в силу их уникальных механических свойств, превосходящих аналогичные полимерные материалы. Подобные стекла применяли для газопроникающей хромотографии в водных растворах белков, углеводов, компонентов нуклеиновых кислот; фракционирования синтетических полимеров в органических растворителях, а также в качестве инертных носителей для жидкостной распределительной хроматографии [Haller W., Nature, 1965, v. 206, No. 4985, p. 693-696].

Для области биотехнологий, связанной с получением олигонуклеотидов методом твердофазного синтеза необходимо использование пористого стекла с контролируемым размером пор и узким распределением пор по размерам [Pon R.Т. Solid-Phase Supports for Oligonucleotide Synthesis // Current Protocols in Nucleic Acid Chemistry. - Wiley, 2001]. Синтез олигонуклеотидов проводится в вертикальных колоннах, заполненных пористым стеклом, куда подается реакционная смесь. Каждая пора стекла является отдельным реактором для синтеза одного олигонуклеотида - при проведении реакции первый мономер цепи прикрепляется к поверхности поры, после чего другие мономеры присоединяются один за другим к неподвижному терминальному концу растущего полимера, в результате завершенная полимерная цепь отсоединяется от поры твердофазного носителя и очищается. Важнейшим требованием к пористым стеклам является наличие пор (100-400 нм) с узким распределением по размерам (±10 нм). От узкого распределения по размерам зависят две ключевые характеристики синтеза олигонуклеотидов: масштаб, определяемый числом активных функциональных групп на единицу массы носителя и максимальная длина синтезируемого олигонуклеотида.

Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения

Известны способы получения пористых стекол с размерами пор нанометрового размера, описанные, например, в [AC SU №1304339, №1544737], которые состоят в том, что щелочеборосиликатные стекла с двухкаркасной структурой, формирующейся в результате процесса метастабильной ликвации при тепловой обработке стекла, обрабатывают в растворах кислот, промывают в воде и сушат.

Известен способ получения пористого стекла по заявке [US 2011/0269621], которое получают путем приготовления смеси, включающей порошок стекла, содержащего щелочной компонент, порошок В, включающий по меньшей мере один кристалл, выбранный из а) глинистый минерал, который имеет слоистую кристаллическую структуру и б) цеолита и порошок С в виде водорастворимой неорганической соли, формируют смесь, содержащую от 0,05 до 3 частей по массе В порошка и от 0,2 до 4 частей по массе порошка С по отношению к 1 части по массе порошка стекла, формуют смесь; обжигают формованное изделие при температуре ниже, чем температура плавления водорастворимой неорганической соли и равной или выше, чем температура размягчения стекла, после чего осуществляют выщелачивание растворимых в воде неорганических солей из обожженного стекла для получения гранулированного пористого стекла.

Известен способ получения пористого стекла по заявке [US 2012/0189844] из фосфоросиликатного сырья путем смешения с растворимым порообразователем, нагрева и выщелачивания до получения стекла, имеющего взаимосвязанную систему макропор.

Известен способ получения пористого стекла по патенту [РФ №2540751] включающий обработку исходного стекломатериала путем ионообменной обработки в расплавах нитрата натрия в интервале температур 350-500°С при изотермической выдержке в течение 2-192 часов, после чего полученный образец стекла остужают на воздухе, затем отмывают от остатков соли в дистиллированной воде при комнатной температуре и высушивают в сушильном шкафу при температуре 50-70°С в течение 2-3 часов.

Известен способ получения пористого стекла [AC SU №1779674], выбранный в качестве прототипа, при котором пористое стекло получают путем термообработки щелочеборосиликатного стекла и травления в 0,1-5 М растворах соляной кислоты, при этом с целью повышения скорости выщелачивания после выдержки в растворе кислоты 5-20 ч продолжают травление с воздействием ультразвуковых колебаний с амплитудой 3-15 АПор, где АПор - амплитуда колебаний, соответствующая порогу кавитации. С целью оптимизации режима амплитуду колебаний излучателя устанавливают по максимальному подъему раствора в стеклянном капилляре, помещенном вертикально в рабочей емкости с раствором соляной кислоты. Способ позволяет ускорить в 2-5 раз процесс травления.

Недостатком прототипа и всех известных аналогов является отсутствие возможности получения пористого стекла с узким распределением пор по размерам (±10 нм) в диапазоне 100-400 нм, необходимого для применения в качестве основы твердофазного носителя при синтезе олигонуклеотидов.

Задачей изобретения является получение пористого стекла с узким распределением пор по размерам (±10 нм) в диапазоне 100-400 нм.

Поставленная задача решается способом получения пористого стекла, включающим травление порошка стекла, полученного путем термообработки и травления щелочеборосиликатного стекла, при это, травление проводят в автоклаве при давлении 100-150 кг/см² в четыре стадии, а именно в начале травление в 0,5-2 Н растворе серной кислоты в течение 30-60 мин при температуре 120-200°С, затем промывание в дистиллированной воде до значения рН раствора >6, затем травление в 0,5-1 Н растворе гидроксида натрия в течение 30-60 мин при температуре 120-200°С, затем промывание в дистиллированной воде до значения рН раствора <8.

В результате применения предлагаемого способа получают пористое стекло с узким распределением пор по размерам (±10 нм) в диапазоне 100-400 нм, которое можно использовать в качестве основы твердофазного носителя при синтезе олигонуклеотидов.

Достижение заявляемого технического результата подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Порошок стекла со средним размером частиц 100 мкм исходного состава 6,5 Na₂O; 26,5 B₂O₃; 1,0 Al₂O₃; 66,0 SiO₂ мас. %, термообработанного при 650°С в течение 12 ч, помещают во фторопластовый стакан с 0,5 Н раствором серной кислоты, стакан помещают в автоклав с установленным давлением 150 кг/см2 и температурой 120°С и проводят травление в течение 30 мин, затем стакан достают из автоклава, раствор промывают дистиллированной водой при температуре 90°С до значения рН раствора 6,5, затем в стакан добавляют 0,5 Н раствор гидроксида натрия, стакан помещают в автоклав с установленным давлением 150 кг/см2 и температурой 120°С и проводят травление в течение 30 мин, затем стакан достают из автоклава, раствор промывают дистиллированной водой при температуре 90°С до значения рН раствора 7,5. В результате получают пористое стекло со средним размером пор 100±10 нм. Размер пор определяется по изображению, полученному с электронного микроскопа (фиг. 1).

Пример 2. Порошок стекла со средним размером частиц 100 мкм исходного состава 6,5 Na₂O; 26,5 B₂O₃; 1,0 Al₂O₃; 66,0 SiO₂ мас. %, термообработанного при 650°С в течение 24 ч, помещают во фторопластовый стакан с 2 Н раствором серной кислоты, стакан помещают в автоклав с установленным давлением 100 кг/см2 и температурой 200°С и проводят травление в течение 60 мин, затем стакан достают из автоклава, раствор промывают дистиллированной водой при температуре 90°С до значения рН раствора 6,5, затем в стакан добавляют 1 Н раствор гидроксида натрия, стакан помещают в автоклав с установленным давлением 100 кг/см2 и температурой 200°С и проводят травление в течение 60 мин, затем стакан достают из автоклава, раствор промывают дистиллированной водой при температуре 90°С до значения рН раствора 7,5. В результате получают пористое стекло со средним размером пор 400±10 нм.

Способ получения пористого стекла, включающий травление порошка стекла, полученного путем термообработки и травления щелочеборосиликатного стекла, отличающийся тем, что травление проводят в автоклаве при давлении 100-150 кг/см² в четыре стадии, а именно: вначале травление в 0,5-2 Н растворе серной кислоты в течение 30-60 мин при температуре 120-200°С, затем промывание в дистиллированной воде до значения рН раствора >6, затем травление в 0,5-1 Н растворе гидроксида натрия в течение 30-60 мин при температуре 120-200°С, затем промывание в дистиллированной воде до значения рН раствора <8.