一種利用微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法

2023-06-08 17:15:36

專利名稱：：一種利用微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法一種利用微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法
技術領域：
：本發明屬於化學工程
技術領域：
，涉及利用微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法。
背景技術：
：分子印跡技術是一種新興的、高效的分離分析技術，其能夠製備對目標分子具有預定選擇性的聚合物，所製得的聚合物被稱為分子印跡聚合物(MolecularlyImprintedPolymers,通常簡寫為MIPs)。由於MIPs與目標分子具有"鎖-鑰"關係，具有高選擇性和高強度(即耐熱、耐有機溶劑、耐酸鹼)的優點，近年來得到快速發展。分子印跡聚合物已廣泛應用於藥物分析、獸藥殘留檢測、農藥殘留檢測、抗體或受體模擬、傳感器等諸多領域，已顯示出良好的應用前景。早期報導的分子印跡聚合物通常為塊狀，解析度低，並且容易引起色譜峰展寬、拖尾嚴重。近年來，分子印跡聚合物微球的製備技術已成為本領域的研究熱點。分子印跡聚合物微球的製備方法主要有分散聚合、沉澱聚合、種子溶脹懸浮和多步溶脹懸浮聚合、表面模板聚合、表面印跡等，上述方法多數很難製備單分散性好的分子印跡微球。採用微流控裝置(MicrofluidicDevice,也可稱作微流控晶片)或微流控反應器(MicrofluidicReactor)製備微球是最近幾年才出現的一種製備尺寸均一、可控微球的有效方法。目前已有將該技術用於製備分子印跡微球的的報導，其設計了一個螺旋形的微流控通道裝置，與大多數製備其它微球的微流控裝置一樣，只有一個油相/水相交叉口，即只有一個形成乳滴(液滴)交叉口，這種"單交叉口(或叫單通道)"的微流控裝置製備微球速度慢、量少、費時。此外，分子印跡聚合物微球的合成中，影響分子印跡效果的因素有很多，包括功能單體、交聯劑種類的選擇，模板分子與功能單體和交聯劑比例的選擇，聚合反應時間，致孔劑種類以及用量等，並且當利用懸浮聚合或反相懸浮聚合時，還需要考慮分散劑種類和用量的選擇。因此，為了獲得一種最佳效果的分子印跡微球，往往需要經過大量實驗，篩選各種條件。並且一些檢測中，往往有很多種物質需要檢測，需要建立分子印跡庫，如獸藥殘留檢測的分子印跡庫，在製備這些分子印跡聚合物時，需要花費大量時間。
發明內容本發明的目的是利用微流控反應器，採用組合合成方法，實現分子印跡微球的組合合成與篩選，能夠用於分子印跡合物微球合成條件的篩選，也能用於分子印跡微球庫的建立，而且當n組"P"型微通道同時用於一種分子印跡微球製備時，其製備速度"單交叉口"微流控裝置快。本發明的利用微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法，其特徵在於，微流控反應器系統包括流體驅動單元(注射泵組或平流泵組)、液滴或乳滴形成單元、紫外光照聚合單元。3上述微流控反應器包括n組相同結構的型微通道，每組"P"型微通道包括2個微通道，一個微通道運行連續相溶液，另一個微通道運行分散相溶液；分散相和連續相分別在注射泵的驅動下進入各自的微通道，當分散相在通道交叉口進入連續相時，形成乳滴或液滴，製得的液滴或乳滴到達紫外光照單元進行聚合反應。上述流體驅動單元包括多個注射泵或平流泵，其中注射泵是單通道、雙通道、六個通道或10個通道的注射泵，這裡的單通道、雙通道、六個通道或10個通道的注射泵分別指能夠同時驅動l、2、6或IO個注射器的注射泵。利用微流控反應器的每組"卩"型微通道，製備分子印跡微球的方法，包括以下步驟-①配製分散相溶液，由功能單體、模板分子、致孔劑、交聯劑、引發劑組成的混合溶液，超聲脫氣312min，通入氮氣1060min,然後將該溶液轉入注射泵的注射器中，並與微流控反應器中的分散相入口連接；②配製連續相溶液，將分散劑加入分散介質即連續相中，超聲脫氣312min，通入氮氣1560min,然後將該溶液轉入注射泵的注射器中，並與微流控反應器中的連續相入口連接；③在注射泵的驅動下，當分散相溶液與連續相溶液在型微通道的交叉口相遇時，形成液滴或乳滴；當(D中生成的液滴或乳滴流動到微流控反應器的紫外光照單元時，在365nm左右的紫外光照下進行聚合反應得到微球，這裡的紫外光源是紫外燈管(其發光波長的中心波長為365nm土10nm)或汞燈，優選紫外燈管；⑤將④得到的微球進行洗滌、衝洗，以除掉微球中的模板分子和未反應的功能單體，便得到具有與模板分子在立體空間或官能團上互補的空穴的分子印跡微球。當n組"P"型微通道同時(或平行)運行時，便可以同時(或平行)製備n種模板分子的分子印跡微球，或者可以在n種條件下進行同一種模板分子的分子印跡微球製備，或者在某一優化條件下進行某一種模板分子的分子印跡微球，可以增大產量。上述方法，利用微流控反應器並結合組合化學的方法來進行分子印跡微球的合成條件篩選與優化，並且可在各自的優化條件下，進行不同模板分子的分子印跡微球製備，為建立分子印跡庫提供了快速、高通量的合成方法；並且與傳統的攪拌懸浮聚合法相比，該法製備的分子印跡微球粒徑分布窄，變異係數CV值小。上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法能夠用於多類分子印跡微球的組合合成，如以獸藥為模板分子的分子印跡微球、以農藥為模板分子的分子印跡微球、以天然活性分子為模板的分子印跡微球的製備。上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法，所述模板分子、功能單體、交聯劑的摩爾比為1:48:1540，致孔劑用量為交聯劑質量的0.53倍，引發劑為交聯劑和致孔劑質量總和的0.1%20%。上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法中，模板分子是藥物分子氯黴素、紅黴素、利福平、強力黴素、土黴素、西咪替丁、環丙沙星或四環素；4上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法中，模板分子是農藥精喹禾靈、三唑酮、敵百蟲、對硫磷、久效磷、馬來醯肼、丁醯胼或孔雀石綠。上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法中，模板分子是槲皮素、葛根異黃酮、(3-胡蘿蔔素、銀杏黃酮或大豆異黃酮。上述的微流控反應器包括n組型微通道，其中2^nS0，且為整數。上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法中，功能單體是甲基丙烯酸、丙烯醯胺、4-乙烯基吡啶、2-乙烯基吡啶、苯乙烯、環糊精或甲基丙烯酸甲酯中的1種或2種。上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法中，交聯劑是乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)、二乙烯基苯、甲苯-2,4-二異氰酸酯或2,2-羥甲基丁醇三甲基丙烯酯。上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法中，致孔劑是氯仿、環己烷、甲苯、四氫呋喃、乙睛、甲醇、乙酸乙酯、環己醇或十二醇中的l種、2種或3種。上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法中，所述的分散介質(即連續相)是矽油、液體石蠟或水。上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法中，當分散相含有非極性較強的致孔劑(如氯仿、環己烷)時，其連續相為水，並在水中添加一定量合適的分散劑，如聚乙烯醇PVA，？￥八的量為水質量的0.2%8%;當分散相含有極性致孔劑如乙睛時，其連續相為矽油或液體石蠟，並在矽油或液體石蠟中添加表面活性劑，如吐溫20、吐溫40、吐溫80，表面活性劑的量為連續相的0.5%8%。上述的微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法中，分散相與連續相的體積流速比為200:11:500。圖i為具有6組"P"型微通道的微流控反應器的結構示意圖，其中流體驅動單元是2臺6通道注射泵，1、2、3、4、5、6為6個"P"型微通道，a、b、c、d、e和f是紫外光照單元。當在注射泵驅動下，分散相在微通道交叉口進入連續相時，形成液滴或乳滴，液滴繼續向前流動到達紫外光照單元，在365nm紫外光照下發生聚合反應，最後進入收集瓶。具體實施方式實施例1.氯黴素分子印跡微球合成條件的篩選。在一個含有4組"P"型微通道的微流控反應器中，每組型微通道可以分別在不同條件下合成微球，可以同時得到4種不同條件下的分子印跡微球。首先配製分散相溶液，將模板分子氯黴素超聲溶解在致孔劑或溶劑氯仿中，加入功能單體甲基丙烯酸或4-乙烯基吡啶，交聯劑EDMA60mmo1、引發劑偶氮二異丁腈AIBN0.24g，溶液經過超聲脫氣5min，通氮氣除氧15min，然後將此溶液移入注射泵的注射器中(儘量避免空氣進入注射器)；配製連續相溶液，將分散劑PVA加入水中，攪拌溶解，超聲脫氣5min，5通入氮氣除氧20min。氯黴素分子印跡微球製備的4種條件見表1。表1.氯黴素分子印跡微球製備的4種條件tableseeoriginaldocumentpage6將上述4種條件下製得的微球用先用氯仿衝洗，然後用乙酸乙酯衝洗，再用甲醇-乙酸(9:l，v/v)溶液衝洗，最後用甲醇衝洗，得到4種分子印跡微球，分別將4種分子印跡微球振蕩吸附法分析，即將100mg分子印跡微球置入5ml的離心管中，再加入3ml、0.06mmol/L的氯黴素甲醇-水(5:5，v/v)溶液，振蕩吸附2小時後，離心，測定上清液的氯黴素濃度，便可計算出分子印跡微球的吸附率。結果表明No.2所得的分子印跡微球效果較好，對氯黴素的吸附率為92%。實施例2.三唑酮分子印跡微球合成條件的篩選。在一個含有6組"P"型微通道的微流控反應器中，每組"^"型微通道可以分別在不同條件下合成微球，可以同時得到6種不同條件下的分子印跡微球。首先配製分散相溶液，將模板分子三唑酮超聲溶解在致孔劑或溶劑甲苯中，加入功能單體甲基丙烯酸或4-乙烯基吡啶，交聯劑EDMA60mmo1、引發劑偶氮二異丁腈AIBN0.20g，溶液經過超聲脫氣6miri，通氮氣除氧20min，然後將此溶液移入注射泵的注射器中(儘量避免空氣進入注射器)；配製連續相溶液，將分散劑PVA加入水中，攪拌溶解，超聲脫氣5min，通入氮氣除氧25tnin。三唑酮分子印跡微球製備的6種條件見表2。表2.三唑酮分子印跡微球製備的6種條件tableseeoriginaldocumentpage6將上述6種條件下製得的微球真空千燥，用含有乙酸的水衝洗微球，再用乙睛衝洗，得到6種分子印跡微球，分別將6種分子印跡微球振蕩吸附法分析，即將120mg分子印跡微球置入5ml的離心管中，再加入3ml、0.08mmol/L的三唑酮的乙睛溶液，振蕩吸附2小時後，離心，測定上清液的三唑酮濃度，便可計算出分子印跡微球的吸附率。結果表明No.3所得的分子印跡微球效果較好，對三唑酮的吸附率為86%。實施例3.土黴素分子印跡微球合成條件的篩選。在一個含有8組"P"型微通道的微流控反應器中，每組型微通道可以分別在不同條件下合成微球，可以同時得到8種不同條件下的分子印跡微球。首先配製分散相溶液，將模板分子土黴素超聲溶解在致孔劑或溶劑乙睛中，加入功能單體甲基丙烯酸或4-乙烯基吡啶，交聯劑EDMA60mmo1、引發劑偶氮二異丁腈AIBN0.20g，溶液經過超聲脫氣6min，通氮氣除氧20min，然後將此溶液移入注射泵的注射器中(儘量避免空氣進入注射器)；配製連續相溶液，將表面活性劑吐溫80加入到液體石蠟中，攪拌溶解，超聲脫氣5min，通入氮氣除氧25min。土黴素分子印跡微球製備的8種條件見表3。表3.土黴素分子印跡微球製備的8種條件序號No.模板分子(mmol)功能單體(mmoi;iEDMA(mmol)AIBN(g)連續相中吐溫80濃度(％)甲基丙烯酸丙烯醯胺112600.203.0215600.203.03318600.203.04320600.203.0312600.203.0615600.203.07318600.203.08320600.203.0將上述8種條件下製得的微球懸浮液離心，用丙酮衝洗，再用含有乙酸的乙睛溶液衝洗，得到8種條件下的分子印跡微球，分別將8種分子印跡微球振蕩吸附法分析，即將100mg分子印跡微球置入5ml的離心管中，再加入3ml、0.08mmol/L的土黴素的乙睛溶液，振蕩吸附2小時後，離心，測定上清液的土黴素濃度，便可計算出分子印跡微球的吸附率。結果表明No.7所得的分子印跡微球效果較好，對土黴素的吸附率為87%。權利要求1、一種利用微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法，其特徵在於，微流控反應器包括n組微通道，n組微通道同時運行，可同時製備n種模板分子的分子印跡微球，或者可以在n種條件下進行同一種模板分子的分子印跡微球製備。2、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在微流控反應器中，利用微通道製備液滴，製得的液滴在隨後的微通道中通過紫外光照聚合反應；利用微流控反應器的每組微通道製備分子印跡微球的方法，包括以下步驟①配製分散相溶液，由功能單體、一種模板分子、致孔劑、交聯劑、引發劑組成的混合溶液，超聲脫氣510min，通入氮氣15min，然後將分散相溶液轉入注射泵的注射器中；②配製連續相溶液，將分散劑加入分散介質即連續相中，超聲脫氣510min，通入氮氣20min，然後將連續相溶液轉入注射泵的注射器中；③啟動注射泵，當①所述溶液與②所述溶液在型微通道的交叉口相遇時，便形成液滴；當(D形成的液滴流動到微流控反應器的紫外光照聚合部分時，在紫外光照下進行聚合反應得到微球；⑤將④得到的微球進行衝洗，以除掉微球中的模板分子和未反應的功能單體，便得到分子印跡聚合物微球。3、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，微流控反應器包括n組微通道，其中2^n230，n為整數。4、根據權利要求l所述的分子印跡微球的製備方法，其特徵在於，所述模板分子、功能單體、交聯劑的摩爾比為1:48:1540。5、根據權利要求1和2所述的方法，其特徵在於，模板分子是藥物分子氯黴素、紅黴素、利福平、強力黴素、土黴素、西咪替丁、環丙沙星或四環素。6、根據權利要求l和2所述的方法，其特徵在於，模板分子是農藥精喹禾靈、三唑酮、敵百蟲、對硫磷、久效磷、馬來醯肼、丁醯肼或孔雀石綠。7、根據權利要求1和2所述的方法，其特徵在於，模板分子是槲皮素、葛根異黃酮或大豆異黃酮。8、根據權利要求l和2所述的方法，其特徵在於，功能單體是甲基丙烯酸、丙烯醯胺、4-乙烯基吡啶、2-乙烯基吡啶、苯乙烯、環糊精或甲基丙烯酸甲酯。9、根據權利要求1和2所述的方法，其特徵在於，交聯劑'是乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯、甲苯-2,4-二異氰酸酯或2,2-羥甲基丁醇三甲基丙烯酯。10、根據權利要求1和2所述的方法，其特徵在於，致孔劑是氯仿、環己烷、甲苯、四氫呋喃、乙睛、甲醇、乙酸乙酯或環己醇。11、根據權利要求l和2所述的方法，其特徵在於，分散介質是矽油、液體石蠟或水。全文摘要本發明涉及利用微流控反應器組合合成分子印跡微球的方法，其特徵在於，微流控反應器系統包括流體驅動單元(注射泵組)、液滴或乳滴形成單元、紫外光照聚合單元。該微流控反應器包括n組結構相同的「」型微通道，可以同時進行n個條件下的分子印跡微球製備或n種模板分子的分子印跡微球製備。分散相和連續相分別在注射泵的驅動下進入各自的微通道，當在微通道交叉口相遇時，形成乳滴，製得的乳滴到達紫外光照單元進行聚合反應。文檔編號B01J13/02GK101507909SQ200910078319公開日2009年8月19日申請日期2009年2月25日優先權日2009年2月25日發明者蘇志國,雷建都,馬光輝申請人:中國科學院過程工程研究所