一種內表面疏水外表面親水的介孔材料的製備方法
2023-06-04 03:21:36
專利名稱：一種內表面疏水外表面親水的介孔材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及雜化介孔材料，具體地說是一種在介孔矽材料的孔內外表面分別修飾
不同有機功能基團的製備方法。
背景技術：
近年來，有基於介孔材料吸附藥物及生物分子的研究報導，使得介孔材料在生物 領域得到了蓬勃的發展。特別是利用介孔材料嚴格限制的孔徑，來選擇性萃取相對於孔徑 較小的目標分子。但是，介孔材料在選擇性萃取方面也存在一定的問題1 、雖然孔徑可以嚴 格限制大蛋白進入孔內，但是孔外表面還是可以吸附分子尺寸大於孔徑的分子，經常會被 誤認為孔內的吸附，而且外表面所吸附的較大蛋白阻礙了介孔對較小的目標蛋白的孔內吸 附，從而影響了選擇性吸附能力和吸附容量。(A. Katiyar， L. Ji， P. Smirniotis， N. Pinto， Microporous Mesoporous Mater. 80 (2005) 311.)在以前的工作中，關亞風等人已採用烷基 二醇基對介孔二氧化矽材料的孔外表面進行修飾，減少了高分子量蛋白的非選擇性吸附。 (專利申請號200810228227.6)。 2、二氧化矽材料雖然對蛋白分子具有吸附作用，但是吸 附上去的蛋白的解吸率比較低，大部分蛋白存在不可逆吸附作用。需要對二氧化矽介孔材 料進行改性，使其不僅對蛋白等目標分子等具有高的篩分能力，還需要吸附到材料上的蛋 白具有很好的脫附效率。
發明內容
本發明的目的在於提供一種孔內外表面分別修飾不同功能基團的介孔材料的制 備方法。可以根據實際需要，將材料孔內外表面修飾不同的官能基團。方法簡單易行。當採 用內表面乙烯基外表面烷基二醇基修飾時，該材料可以提高對生物基質中的低分子量蛋白 和肽的篩分能力和萃取回收率.材料孔外表面的烷基二醇基可以減少大分子基質的幹擾， 孔內表面的乙烯基對小分子蛋白及肽具有較高的萃取效率。乙烯基-烷基二醇基介孔材料 適合於複雜生物基質中藥物及低分子量蛋白的選擇性萃取。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案為 —種在介孔材料的孔內外表面分別修飾乙烯基和烷基二醇基的製備方法。1)材
料的共沉澱合成四甲(或乙)氧基矽烷含有疏水官能團的矽氧烷成孔劑催化劑 水以i : 0.05-0.5 : 0.02-0.5 : o. 004-10 : 100-2200摩爾比混合，40-i20。c水熱反應
1-5天。後過濾、洗滌、乾燥材料。 2)外表面修飾將0. 5-5. 0g上述合成的粉末在60-10(TC下真空乾燥2_20小時， 將乾燥好的含有成孔劑的材料加入到圓底燒瓶中，並在氮氣保護下向燒瓶內加入30-150mL 乾燥有機溶劑，待材料完全分散於乾燥有機溶劑後，加入2-10mL含有或可生成親水官能團 的矽氧烷，氮氣保護下在40-ll(TC下回流反應3-24小時。反應後抽濾得到產品，並用乾燥 有機溶劑多次洗滌，真空乾燥備用。 3)去除成孔劑將上面反應後乾燥的材料0. 5-5. 0g放到100-1000mL無水醇中，並加入3-10mLl-12M濃鹽酸，20-9(TC下攪拌6_24小時，萃取後，過濾，用無水醇多次洗滌，
真空乾燥。 所述反應是採用共沉澱法將疏水基團引入到介孔材料中的。含有疏水官能團的矽 氧烷包括苯基三甲(或乙)氧基矽烷、烷基(C「C18)三甲(或乙)氧基矽烷、烯基(c2-c18) 三甲(或乙)氧基矽烷、芳烴基三甲(或乙)氧基矽烷等。所述催化劑為氫氧化鈉、氨水或 鹽酸等。 所述外表面親水基團修飾是在成孔劑存在的條件下進行的，這樣才能保證親水 基團是修飾在孔外表面的；所述成孔劑為陽離子型如十六烷基三甲基溴化銨，陰離子型如 十二烷基硫酸鈉和非離子型如聚環氧乙烷_聚環氧丙烷_聚環氧乙烷三嵌段共聚物；
所述外表面修飾試劑為含有或可生成親水官能團的矽氧烷。所述含有或可生成親 水官能團的矽氧烷為3-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷、5，6-環氧己基三乙氧基矽烷 以及其它含有或可生成鄰二醇基的矽氧烷等。 所述無水有機溶劑為乾燥甲苯、異丙醇、正己烷、環己烷、苯等惰性有機溶劑。所述 萃取成孔劑試劑無水醇可以是甲醇、乙醇或異丙醇等。 本發明所製備的介孔材料可為M41S系列、FSM-16、HMS、SBA-n、KIT-l和MSU等類型。
本發明具有如下優點 1.該材料可以提高對生物基質中的低分子量蛋白和肽的篩分能力和萃取效 率.這是由於修飾在材料孔外表面的親水基團降低了其與高分子量蛋白的吸附作用，從而 減少了吸附在孔外表面蛋白對孔的堵塞作用，使低分子量蛋白更易吸附到孔內；孔內表面 的疏水基團減少了矽羥基對蛋白及肽的不可逆吸附，提高了解析效率。疏水_親水介孔材 料適合於複雜生物基質中藥物及低分子量蛋白的高效、選擇性萃取。 2.用途廣。可根據具體目標分子或需要來選擇修飾試劑，將材料孔內外表面修飾 不同的官能基團。方法簡單易行。
圖1為實施例1製備的乙烯-烷基二醇修飾材料結構示意圖。乙烯基是採用共沉 澱法引入到介孔材料的孔道內部的。由於乙烯基是疏水基團，在合成過程中，疏水基團傾 向於指向成孔劑的膠束內，所以乙烯基存在於介孔材料的孔道內部(Chem.Mater. 2003,15， 4247-4256)。外表面修飾是在介孔材料成孔劑存在的條件下與3-(2， 3-環氧丙氧)丙基三 甲氧基矽烷反應，這就保證了反應是發生在介孔材料的孔外表面的。採用鹽酸酸化乙醇萃 取成孔劑的同時將外表面的環氧烷基轉化為烷基二醇基。 圖2為實施例1製備的乙烯_烷基二醇修飾介孔材料的孔徑分布和透射電鏡圖。
圖3為實施例1製備的乙烯_烷基二醇材料萃取胰島素、細胞色素c與牛血清蛋 白酶切肽段混合物a)b)後解吸液c) d)亂DI-TOF MS圖；a) ， c) 1-3. 5kDa ;b) ， d) 3-14kDa。
圖4為實施例1製備的乙烯_烷基二醇材料萃取人血漿a)b) c)後解吸液d) e) f) MALDI-TOF MS圖；a) ， d) 1-5kDa ;b) ， e) 5-10kDa ;c) ， f) 10-90kDa。
具體實施方式
本方法包括材料的共沉澱合成、外表面修飾和成孔劑去除三步。採用四烷氧基矽烷和含有疏水官能團的矽氧烷為混合矽源，鹼性條件下水解合成含有成孔劑的疏水介孔材 料。將該材料與含有或可生成親水官能團的矽氧烷在甲苯中反應，該反應在氮氣保護下進 行。將反應後產物採用酸化醇萃取，除去成孔劑。疏水-親水介孔材料不僅可以大大降低 樣品預處理過程中高分子量生物基質的幹擾，提高對蛋白質或肽的篩分能力，而且對小分 子蛋白及肽具有很高的洗脫回收率，適合於複雜生物基質中藥物及低分子量蛋白的選擇性 萃取。 實施例1 1)材料的共沉澱合成 以四乙氧基矽烷乙烯基三乙氧基矽烷十六烷基三甲基溴化銨氫氧化鈉 水以一定的摩爾比為i : o.25 : o. 15 : 0.38 : 125的比例混合，87t:下水熱反應2天。
後過濾、水洗、乾燥材料。(參考文獻Lim， M.H. ;Blanford， C. F. ;Stein， A. J. Am. Chem. Soc.1997，119,4090.)
2)外表面修飾 外表面修飾將1. 0g上述合成的粉末在9(TC下真空乾燥12小時，將乾燥好的含 有成孔劑的材料加入到圓底燒瓶中，並在氮氣保護下向燒瓶內加入60mL乾燥甲苯，待材料 完全分散於乾燥有機溶劑後，加入3mL 3-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷，氮氣保護下 在10(TC下反應24小時。反應後抽濾得到產品，並用乾燥甲苯多次洗滌，真空乾燥備用。
3)去除成孔劑將上面反應後乾燥的材料1. 0g放到200mL無水乙醇中，並加入 3mL4M濃鹽酸，6(TC下攪拌12小時，萃取後，過濾，用無水乙醇6次洗滌，真空乾燥，得到乙 烯-烷基二醇介孔材料。 N2吸附測定材料孔徑分布範圍窄，透射電鏡測定材料具有有序介孔結構，由於引
入較大量的有機基團，有序度不高。 實施例2 1)材料的共沉澱合成 以四乙氧基矽烷乙烯基三乙氧基矽烷十六烷基三甲基溴化銨氫氧化鈉 水以一定的摩爾比為i : 0.25 : o. 15 : 0.38 : 125的比例混合，87t:下水熱反應2天。
後過濾、水洗、乾燥材料。(參考文獻Lim， M.H. ;Blanford， C. F. ;Stein， A. J. Am. Chem. Soc.1997，119,4090.)
2)外表面修飾 外表面修飾將2. 0g上述合成的粉末在8(TC下真空乾燥15小時，將乾燥好的含 有成孔劑的材料加入到圓底燒瓶中，並在氮氣保護下向燒瓶內加入lOOmL乾燥環己烷，待 材料完全分散於乾燥環己烷後，加入6mL 3-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷，氮氣保護 下在6(TC下反應24小時。反應後抽濾得到產品，並用乾燥環己烷多次洗滌，真空乾燥備用。
3)去除成孔劑將上面反應後乾燥的材料2. 0g放到300mL無水甲醇中，並加入 5mL 5M濃鹽酸，5(TC下攪拌14小時，萃取後，過濾，用無水甲醇5次洗滌，真空乾燥，得到乙 烯-烷基二醇介孔材料。 N2吸附測定材料孔徑分布範圍窄，透射電鏡測定材料具有有序介孔結構，由於引
入較大量的有機基團，有序度不高。 應用例1
5
圖3為實施例1製備的乙烯_烷基二醇材料萃取胰島素、細胞色素c與牛血清蛋 白酶切肽段混合物a)b)後解吸液c)d)MALDI-TOF MS圖。 樣品處理條件胰島素、細胞色素c與牛血清蛋白酶切肽段混合物與乙烯-烷基二 醇材料混合，2小時後離心混合液，去上清，水洗材料後，採用50%乙腈水溶液(0. 1% TFA) 解吸吸附到材料上的蛋白(肽)。 質譜分析條件MALDI-T0F MS採用Applied Biosystems 4800蛋白分析儀。酶切 肽段和低分子量蛋白和肽(m/z 5000)採用線 性模式。儀器採用肌球蛋白的酶切肽混合物作為內標校正儀器。每個譜圖由iooo次採集 得到。 由圖3可知，實施例1製備的乙烯_烷基二醇材料可以選擇性富集低分子量物質 (牛血清蛋白酶切肽段和胰島素)，而將高分子量蛋白(細胞色素c)排除掉。
應用例2 圖4為實施例1製備的乙烯_烷基二醇材料萃取人血漿a)b) c)後解吸液d) e) f) MALDI-TOF MS圖。 血漿樣品的處理過程與蛋白(肽)混合物處理步驟基本相同，只是在萃取之前將 血漿原液稀釋1. 5倍，解吸時先採用50 %乙腈水溶液(0. 1 % TFA)解吸，再採用80%乙腈水 溶液(0. 1% TFA)解吸，使解吸完全。質譜條件與上面相同。 由圖4可知，實施例1製備的乙烯_烷基二醇材料可以可以選擇性富集血漿中分 子量小於llkDa的蛋白和肽，排除了高豐度人血清蛋白等高分子量蛋白的幹擾，對臨床上 疾病相關的低豐度蛋白的發現具有潛在的應用價值。
權利要求
一種內表面疏水外表面親水的介孔材料的製備方法。其特徵在於1)材料的共沉澱合成四甲氧基矽烷或乙氧基矽烷∶含有疏水官能團的矽氧烷∶成孔劑∶催化劑∶水以1∶0.05-0.5∶0.02-0.5∶0.004-10∶100-2200摩爾比混合，40-120℃水熱反應1-5天；後過濾、洗滌、自然乾燥，得粉末材料；2)外表面修飾將0.5-5.0g上述合成的粉末在60-100℃下真空乾燥2-20小時，將乾燥好的含有成孔劑的材料加入到圓底燒瓶中，並在氮氣保護下向燒瓶內加入30-150mL乾燥有機溶劑，待材料完全分散於乾燥有機溶劑後，加入2-10mL含有或可生成親水官能團的矽氧烷，氮氣保護下在40-110℃下回流反應3-24小時；反應後抽濾得到產品，並用乾燥有機溶劑2-6次洗滌，真空乾燥備用；3)去除成孔劑將上面反應後乾燥的材料0.5-5.0g放到100-1000mL無水醇中，並加入3-10mL1-12M濃鹽酸，20-90℃下攪拌6-24小時，萃取後，過濾，用無水醇多次洗滌，真空乾燥。
2. 按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於步驟1)所述反應是採用共沉澱法將疏水基團引入到介孔材料中的，含有疏水官能團的矽氧烷為苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、C「C18烷基三甲氧基矽烷、C「C18烷基三乙氧基矽烷、C2-C18烯基三甲氧基矽烷、C2-C18烯基三乙氧基矽烷、芳烴基三甲氧基矽烷或芳烴基三乙氧基矽烷。
3. 按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述催化劑為氫氧化鈉、氨水或鹽酸。
4. 按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於步驟2)所述外表面親水基團修飾是在成孔劑存在的條件下進行的，這樣才能保證親水基團是修飾在孔外表面的；步驟1)所述成孔劑為陽離子型十六烷基三甲基溴化銨，陰離子型十二烷基硫酸鈉或非離子型聚環氧乙烷_聚環氧丙烷_聚環氧乙烷三嵌段共聚物。
5. 按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於步驟2)所述外表面修飾試劑是含有或可生成親水官能團的矽氧烷，其為3-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷、5，6-環氧己基三乙氧基矽烷或或其它含有或可生成臨二醇基的矽氧烷。
6. 按照權利要求l所述的製備方法，其特徵在於步驟2)所述乾燥有機溶劑為惰性有機溶劑無水甲苯、異丙醇、正己烷、環己烷或苯。
7. 按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於步驟3)所述萃取成孔劑試劑無水醇為甲醇、乙醇或異丙醇。
全文摘要
本發明涉及一種孔內表面疏水孔外表面親水的介孔材料的製備方法。本方法包括材料的共沉澱合成、外表面修飾和成孔劑去除三步。採用四烷氧基矽烷和含有疏水官能團的矽氧烷為混合矽源，鹼性條件下水解合成含有成孔劑的疏水介孔材料。將該材料與含有或可生成親水官能團的矽氧烷在甲苯中反應，該反應在氮氣保護下進行。將反應後產物採用酸化醇萃取，除去成孔劑。疏水-親水介孔材料不僅可以大大降低樣品預處理過程中高分子量生物基質的幹擾，提高對蛋白質或肽的篩分能力，而且對小分子蛋白及肽具有很高的洗脫回收率，適合於複雜生物基質中藥物及低分子量蛋白的選擇性萃取。
文檔編號B01J20/10GK101733066SQ20081022888
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者關亞風, 盧烈娟, 朱道乾, 王 華, 祁豔霞 申請人:中國科學院大連化學物理研究所