聚合物整體分離介質及其製備方法
2023-05-07 00:08:11
專利名稱：聚合物整體分離介質及其製備方法
技術領域：
本發明涉及聚合物整體分離介質及其製備方法。
技術背景隨著科學技術的不斷進步，特別是生命科學和製藥工業的快速發展，大批量複雜 的生物樣品和藥物急待分離和製備，分離科學面臨巨大的挑戰。但是目前通常使用的 顆粒型填充介質由於柱效的限制，對分離對象難以實現既高效又快速的分離。另外， 顆粒型填充柱對裝填技術要求高，稍有不慎，易造成柱體的塌陷或斷流現象。為適應 科學技術的進步，迫切需要開發一種既高效又可實現快速分離的色譜填充介質。整體分離介質作為一種新型的分離材料近年來引起了人們的廣泛關注。有機聚合 物整體介質作為整體分離介質的一大分支，具有製備簡單、低柱壓、傳質快、易於修 飾的優點，在生物大分子的分離和製備中得到廣泛應用。但是，該技術目前也正面臨著嚴峻的挑戰。傳統的聚合物整體介質由於在製備過 程中反應初期形成的線性聚合物鏈之間的範德華相互作用力遠大它們之間的空間排 斥作用，導致了這些聚合物鏈之間迅速集聚呈球形，和反應物溶液相之間相分離後便形成了最後的微球堆積結構(其SEM圖如圖1)。這種不均勻的內部結構導致表面功 能基團分布不均一，從而致使分離柱效偏低，只適合用於生物樣品的分離純化，而在 分析應用中受到限制。因此，迫切需要改進整體介質的內部結構，開發一種既能用於 分離純化又能用於分析的具有三維網絡骨架結構的聚合物整體分離介質。發明內容本發明的目的是提供一種具有規則網絡骨架結構的聚合物整體分離介質及其制 備方法。本發明所提供的聚合物整體分離介質，具有規則的三維網絡骨架結構，由聚合物骨架和貫穿孔組成，在聚合物骨架表面和/或內部有納米級中孔；貫穿孔孔徑介於 O.l陶-l(mm,中孔孔徑介於0nm-50nm，骨架尺寸為0.2-2toi。在本發明的聚合物整體分離介質中，貫穿孔相互交聯，形成通透結構。 聚合物整體介質按如下過程製備在乾燥的模具中加入反應單體、交聯劑、引發劑、制孔劑的混合溶液，所述混合溶液中，反應單體的質量百分含量為15%-45%， 交聯劑為5%-25%， 引發劑為O %-1.5%，制孔劑為40%-80%;抽真空後密封反應，然後用溶劑洗滌除去殘餘的制 孔劑和未反應的單體，得到所述聚合物整體分離介質。其中，常用的反應單體為甲基丙烯酸酯類、取代苯乙烯類或環氧樹脂類；交聯劑 為甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯、胺類或酐類環氧樹脂固化劑；所述致孔劑為醇 類、甲苯、四氫呋喃、線性聚合物等；所述引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、 過硫酸銨等。製備過程反應的溫度為45'C-20(TC;反應時間為3h以上。為了提升分離柱的性能，還可以對整體柱進行各種化學修飾。常見化學修飾有陰離子修飾將有機胺類(乙二胺、二乙胺等)的溶液(體積濃度為40-60%) 在75 — 85t:條件下，循環通過整體分離介質，進行反應；反應完全後，衝洗整體分離 介質，即得到陰離子交換整體分離柱。陽離子修飾將乙二胺溶液(體積濃度為40-60%)在75 — 85。C條件下，循環通 過整體分離介質，進行反應；反應後衝洗整體分離介質，除去殘餘的反應物；然後在 65 —85。C條件下，用一氯乙酸溶液(質量百分比為10-20%)循環流過整體分離介質， 反應完全後，用過量溶劑衝洗分離介質，即得到弱陽離子交換整體分離柱。本發明通過採用聚合反應速度易於控制的縮聚反應體系或是對自由基聚合反應 過程加以調控，控制反應體系中的相分離過程，從而製備一種具有三維網絡骨架結構 的聚合物整體分離介質，該介質由聚合物骨架和貫穿孔組成，在聚合物骨架表面和/ 或內部有納米級中孔，結構規整有序；通過對骨架表面進行化學修飾後即得到各種不 同分離模式的整體分離介質。本發明整體介質由於其規則的網絡骨架結構，具有柱壓 低、柱壓與流速基本呈線性關係，柱壓隨流速變化小等優點；並且其表面化學性質的 可修飾性，使本發明整體介質在大分子的分離純化及固相萃取領域表現出極大的應用 潛能，如將離子交換模式用於藥物的血樣處理，可以達到同時脫除血漿蛋白和富集低 濃度荷電藥物的目的。
圖1為現有聚合物整體分離介質的SEM照片，顯示為微球堆積結構。 圖2為本發明聚合物整體分離介質的SEM照片，顯示為網絡骨架結構； 圖3為血清和酸性藥物在陰離子交換柱上的分離圖譜； 圖4為藥物在陽離子交換柱上的富集(1)和洗脫過程(2)。
具體實施方式
下面結合具體實施例子對本發明做進一步描述。 實施例1、製備整體柱及弱陽離子交換修飾將1.2mL甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、0.8mL甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)、 3mL環己醇、0.4mL十二醇、0.045g偶氮二異丁腈(AIBN)的混合液超聲溶解成透 明均一溶液，通氮氣15分鐘。然後將此混合液裝入乾燥的不鏽鋼空柱管中，封口置 入55"C水浴中反應24小時後，取出用四氫呋喃衝出致孔劑及未反應單體。將乙二胺/四氫呋喃(體積比為1: 1)溶液在恆溫80。C條件下，以0. 1 mL/min的 流速循環通過色譜柱24 h。反應完全後，依次用二氧六環/20%氫氧化鈉(3: 2， v/v)、 二氧六環/水(3: 2， v/v)、甲醇衝洗介質，最後用過量的甲醇、水衝洗色譜柱。然 後恆溫70。C條件下，用14%—氯乙酸溶液以0. 1 mL/min循環流過色譜柱24h。反應 完全後，用水衝洗色譜柱，即得到弱陽離子交換整體柱。所得聚合物整體分離介質的SEM照片如圖2所示，由圖顯示該聚合物整體分離 介質具有三維網絡骨架結構，由聚合物骨架和貫穿孔組成，在聚合物骨架表面和/或內 部有納米級中孔，結構規整有序。掃描電鏡顯示貫穿孔孔徑約為3.6tai，氮吸附實驗顯示中孔孔徑平均為14nm。 以水為流動相，對於50腿X4.6腿i.d.柱，流速為lmL/min時，壓降為1. 3Mpa;流速 為2mL/min時，壓降為2. 6Mpa;流速為5mL/min時，5cm柱壓降為6. 4Mpa。實施例2:製備整體柱及弱陰離子交換修飾l.lmL氯甲基苯乙烯、0.6mL 二乙烯基苯溶於3.5mL環己醇和0.5mL十二醇的混 合液中，然後加入0.045gAIBN，超聲溶解成均一溶液，通氮氣15分鐘。然後將此混 合液裝入乾燥的不鏽鋼空柱管中，封口置入65'C水浴中反應24小時後，取出用四氫 呋喃衝出致孔劑及未反應單體。將乙二胺/四氫呋喃(體積比為1: 1)溶液在恆溫85。C條件下，以O. lmL/min的 流速循環通過色譜柱24h。反應完全後，依次用過量的甲醇、水衝洗色譜柱，即得到 弱陰離子交換整體柱。掃描電鏡顯示貫穿孔孔徑約為4.5tai，氮吸附實驗顯示中孔孔徑為32rnn。以水 為流動相，對於50mmX4.6腿i. d.柱，流速為lraL/min時，壓降為1. 2Mpa;流速為 2mL/min時，壓降為2. 5Mpa;流速為5mL/min時，5cm柱壓降為6. 1Mpa。實施例3:環氧樹脂基體整體分離柱的製備先將6.5ml的聚乙烯醇-200置於試驗瓶中，然後加入O. 52g的4，4'-二胺基二環 己基甲烷溶解，最後加入2.51g的雙酚A二縮水甘油醚，所得溶液澄清透明。將上述 膠液傾入聚四氟乙烯管中，密封后8(TC反應2小時後，升溫至16(TC反應2h,然後緩 慢降至室溫，取出即製得溼環氧樹脂整體介質。將該整體介質先用水洗，然後用丙酮 反覆洗滌，最後6(TC真空乾燥24h，即得到環氧樹脂基體整體分離柱。掃描電鏡顯示貫穿孔孔徑約為3tai左右。對於100mmX4.6 i. d.柱，流速為 lmL/min時，壓降為1. 9Mpa;流速為2mL/min時，壓降為3. 8Mpa;流速為5mL/min時， 5cm柱壓降為9. 2Mpa。實施例4:弱陰離子交換整體柱用於血漿中低濃度藥物的測定 採用實例1得到的弱陰離子交換整體柱，對血漿和煙酸、依諾沙星、諾氟沙星、 左氧氟沙星等藥物的混合液在該柱上的保留行為進行考察。在以水為流動相的情況 下，血漿幾乎沒有保留，而藥物的保留都相當強，都在十幾分鐘以上，有些藥物甚至 在考察時間內未被洗脫下來。而換甲醇為流動相後，這些藥物則被很快洗脫下來。經 測定，人血清白蛋白HSA回收率為857。左右，藥物回收率均為90%以上。進樣多次 後，保留時間和柱壓幾乎不變。色譜圖見圖3。實施例5:弱陽離子交換整體柱用於血漿中低濃度藥物的測定 採用實例2得到的弱陽離子交換整體柱，對人血清白蛋白HSA和地平、利嗪類 藥物的混合液在該柱上的保留行為進行考察。在以水為流動相的情況下，HSA幾乎沒 有保留，而藥物的保留都相當強。而換甲醇/水(體積比為70: 30)為流動相後，這 些藥物則被很快洗脫下來。經測定，HSA回收率為90%以上，藥物回收率為90%左右。 進樣多次後，保留時間和柱壓幾乎不變。色譜圖見圖4，圖中l為上樣過程；2為洗 脫過程。
權利要求
1、一種聚合物整體分離介質，其特徵在於所述分離介質具有規則的三維網絡骨架結構，由聚合物骨架和貫穿孔組成，在聚合物骨架表面和/或內部有納米級中孔；貫穿孔孔徑介於0.1μm-10μm，中孔孔徑介於0nm-50nm，骨架尺寸為0.2-2μm。
2、 根據權利要求1所述的聚合物整體分離介質，其特徵在於所述貫穿孔相互 交聯，形成通透結構。
3、 根據權利要求1所述的聚合物整體分離介質，其特徵在於所述聚合物整體 分離介質按如下過程製備在乾燥的模具中加入反應單體、交聯劑、引發劑、制孔劑的混合溶液，所述混合 溶液中，反應單體的質量百分含量為15%-45%，交聯劑為5%-25%，引發劑為O %-1.57。，制孔劑為40%-807。；抽真空後密封反應，然後用溶劑洗滌除去殘餘的制 孔劑和未反應的單體，得到所述聚合物整體分離介質。
4、 權利要求1所述聚合物整體分離介質的製備方法，是在乾燥的模具中加入反 應單體、交聯劑、引發劑、制孔劑的混合溶液，所述混合溶液中，反應單體的質量百 分含量為15%-45%，交聯劑為57。-25W，引發劑為0%-1.5%，制孔劑為40%-80 %;抽真空後密封反應，然後用溶劑洗滌除去殘餘的制孔劑和未反應的單體，得到所 述聚合物整體分離介質。
5、 根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於所述反應單體為甲基丙烯酸 酯類、取代苯乙烯類或環氧樹脂類；交聯劑為甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯、胺 類或酐類環氧樹脂固化劑；所述致孔劑為醇類、甲苯、四氫呋喃、線性聚合物等；所 述引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、過硫酸銨等。
6、 根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於所述反應的溫度為45'C-200 。C;反應時間為3h以上。
7、 根據權利要求4-6任一所述的製備方法，其特徵在於所述聚合物整體分離 介質還可經過化學修飾。
8、 根據權利要求7所述的製備方法，其特徵在於所述化學修飾過程為將有 機胺類(乙二胺、二乙胺等)的溶液(體積濃度為40-60%)在75—85。C條件下，循 環通過整體分離介質，進行反應；反應完全後，衝洗整體分離介質，即得到陰離子交 換整體分離介質。
9、 根據權利要求7所述的製備方法，其特徵在於所述化學修飾過程為將乙 二胺溶液(體積濃度為40-60%)在75 —85'C條件下，循環通過整體分離介質，進行反應；反應後衝洗整體分離介質，除去殘餘的反應物；然後在65 — 85'C條件下，用一 氯乙酸溶液(質量百分比為10-20%)循環流過整體分離介質，反應完全後，用過量 溶劑衝洗分離介質，即得到弱陽離子交換整體分離介質。
全文摘要
本發明公開了聚合物整體分離介質及其製備方法。本發明聚合物整體分離介質具有規則的三維網絡骨架結構，由聚合物骨架和貫穿孔組成，在聚合物骨架表面和/或內部有納米級中孔；貫穿孔孔徑介於0.1μm-10μm，中孔孔徑介於0nm-50nm，骨架尺寸為0.2-2μm。本發明採用自由基聚合反應或縮合聚合反應的方法，通過控制反應體系中的相分離過程，從而製備具有三維網絡骨架結構的聚合物整體分離介質，該介質結構規整有序；通過對骨架表面進行化學修飾後即得到各種不同分離模式的整體分離介質。本發明由於其規則的網絡骨架結構和表面化學性質的可修飾性，在大分子的分離純化及固相萃取領域表現出極大的應用潛能。
文檔編號B01J47/02GK101130171SQ20061011258
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月24日 優先權日2006年8月24日
發明者尹俊發, 楊更亮, 賈宏瑛, 辛培勇 申請人:中國科學院化學研究所