聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法

2023-05-16 07:47:56 5

專利名稱：聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法
技術領域：
本發明屬於表面分子印跡技術領域，具體涉及一種聚合物載體表面分子印跡微球
的製備方法，適用於化合物手性分離和複雜樣品分離分析。
背景技術：
分子印跡聚合物(Molecularly Imprinted polymers, MIPs)是近年來發展起來 的一種新型分離材料，是由模板分子(待分離分子)與可聚合的功能單體通過離子作用、氫 鍵、疏水作用等超分子作用形成主-客體配合物，然後通過大量交聯劑聚合製得。待除去模 板分子後，聚合物中留下與模板分子空間結構精確匹配的空穴，而且空穴上帶的功能基團 對模板分子有特異性結合能力。由於分子印跡聚合物的預定性的特異分子識別能力和穩定 的化學物理性質，分子印跡技術現已廣泛應用於手性分離和富集、酶受體模擬和生物傳感 器等方面。如醫藥、環境和生物等複雜樣品的成分分析，需要進行多部處理，過程複雜、耗能 耗時、分離效率低下，以具有特異性識別性能的分子印跡材料作為分離材料，富集某類結構 類似的組分，除去其他性質相近的雜質，具有簡化步驟、高效低耗的優勢。
傳統的分子印跡聚合物採用本體聚合法製備，先在有機溶劑中將功能單體、印跡 分子和大量過量的交聯劑等混合在一起，然後再引發聚合形成高度交聯的塊狀聚合物；聚 合物在使用前需經過研磨、過篩等過程來選取大小合適的顆粒，費時費力收率不高，而且顆 粒得形狀很不規則印跡分子難以進入吸附位點，吸附容量也很低。相比之下，分子印跡聚合 物微球(Molecularlylmprinted Microspheres,MIMs)製備和應用方便、色譜效率高且便於 功能設計，特別是由於近年來檢測晶片技術的出現，使得分子印跡微球的製備和應用成為 研究的熱點。 目前製備分子印跡微球的方法主要有懸浮聚合、多步溶脹法、沉澱聚合以及表面 印跡技術等。使用沉澱聚合、懸浮聚合法等方法所得印跡聚合物的識別位點大都在聚合物 微球內部，導致待印跡分子與識別位點結合困難，結合速率低，溶液的分離處理效率不高。 採用表面印跡技術的聚合物微球因其識別位點建立在聚合物表面，其結合速率和分離效率 較高，可極大降低非特異吸附對選擇性的影響，並減少包埋現象。 目前採用表面嫁接技術製備分子印跡微球，主要採用在矽膠載體表面嫁接引發劑 引發聚合反應，形成印跡聚合物層，但是常用的偶氮引發劑產生的一部分未連接到載體上 的自由基會在聚合溶液中引發聚合反應造成凝膠化。本發明因此而來。

發明內容
本發明目的在於提供一種聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，解決了現有 技術中採用表面嫁接技術製備分子印跡微球時引發劑在聚合溶液中容易凝膠化而其他制 備方法製備的分子印跡微球包埋現象嚴重、分離處理效率低等問題。
為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是 —種聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟 (1)製備有機聚合物微球載體，並在有機聚合物微球載體表面耦合引發轉移終止 劑； (2)耦合後的有機聚合物微球載體在適宜的溶劑下加入模板分子、功能單體或功 能單體的混合以及交聯劑對載體表面進行光接枝聚合形成所需的聚合物載體表面分子印 跡微球。 優選的，所述方法步驟(1)中有機聚合物微球載體選用聚苯乙烯微球載體。
優選的，所述聚苯乙烯微球載體的製備方法包括將適量的二乙烯苯和對氯甲基苯 乙烯在偶氮二異丁腈的作用下進行聚合反應得到聚苯乙烯微球載體的步驟。
優選的，所述引發轉移終止劑選用二乙基二硫代氨基甲酸鈉。 優選的，所述步驟(2)中模板分子選自藥物分子、農藥分子、胺基酸及胺基酸衍生 物。 優選的，所述模板分子為D-扁桃酸。 優選的，所述功能單體選自羧酸類、磺酸類、雜環弱鹼以及甲基丙烯酸甲酯、甲基 丙烯酸羥乙酯、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺的一種。 優選的，所述羧酸類選自丙烯酸、甲基丙烯酸、三氟甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸、亞 甲基丁二酸；所述磺酸類選自2-丙烯醯胺-2-甲基-1-丙磺酸；所述雜環弱鹼選自2-乙烯 基吡啶、4_乙烯基吡啶、乙烯基咪唑。 優選的，所述交聯劑選自二甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯、三羥甲基丙烷三甲 基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、N，N'-亞甲基雙丙烯醯胺的一種。 優選的，所述方法步驟(2)中模板分子、功能單體或功能單體混合和交聯劑的摩
爾比例為i : (2 12) : (2 40)。 更為具體，聚苯乙烯微球載體的製備方法包括量取二乙烯苯和對氯甲基苯乙烯
(二乙烯苯和對氯甲基苯乙烯的體積比為(l-4) : i)，溶於乙腈後置於燒瓶中，加入引發劑
偶氮二異丁腈，超聲脫氣後通& 10min密封。於60-8(TC下加熱24h。反應結束後所得聚 合物分別以四氫呋喃、丙酮和乙醇清洗3次後，5(TC真空乾燥過夜。 而在聚苯乙烯微球載體表面耦合引發轉移終止劑時可以按如下步驟進行聚苯
乙烯微球載體超聲分散於乙醇中，緩慢滴加10%的二乙基二硫代氨基甲酸鈉乙醇溶液後，
40-5(TC下攪拌過夜，所得產物分別以四氫呋喃和乙醇清洗3次，真空乾燥過夜。 另外，耦合後的聚苯乙烯微球載體表面進行光接枝聚合時可以採用如下步驟進
行耦合後的微球超聲分散於乙腈中，加入模板分子、功能單體(功能單體可以是2種及以
上組合)和交聯劑充分溶解後置於石英玻璃管中，模板分子、功能單體和交聯劑的比例為
1 : 2-12 : 2-40通^ 10min後密封，於室溫下以300W中壓汞燈光照聚合6-12h，所得聚
合物置於索氏提取器中，用甲醇-乙酸混合溶劑(4-9 : l，體積比)洗脫24-48h，最後用甲
醇洗去殘留乙酸，真空乾燥至恆重。 工藝路線可以如下formula see original document page 5 相對於現有技術中的方案，本發明的優點是 1.本發明的製備方法中採用引發轉移終止劑作為引發劑在紫外光照射下，引發轉 移終止劑可以斷裂形成一個可以引發單體聚合的反應性活性自由基和一個進行自由基終 止反應和鏈轉移反應的惰性自由基。將引發轉移終止劑接枝到載體的表面，使活性自由基 的一端連接在載體的表面，從而避免了凝膠化的現象。 2、本發明技術方案中採用具有足夠機械強度的有機聚合物微球作為載體，不僅可 以避免現有技術中採用矽膠作為載體時需要的進行矽膠矽烷化、封端等表面處理步驟，簡 化了製備步驟；而且製得的載體鍵合固定相可以在更寬的pH值範圍下使用，更適用於生命 科學和環境科學的研究需要。 綜上所述，本發明通過沉澱聚合製備聚苯乙烯微球載體，再通過表面接枝的手段， 並以引發轉移終止劑作為表面引發劑，製備單分散的表面分子印跡聚合物微球，解決了目 前表面印跡技術製備的以矽膠為載體的印跡微球過程中的凝膠化現象，簡化了製備步驟， 並擴展了印跡微球的適用pH範圍，廣泛適用於高效液相色譜、固相萃取等分析測試領域。


下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述 圖1為本發明實施例製備的分子印跡微球在2500倍下掃描電鏡圖； 圖2為本發明實施例製備的分子印跡微球在5000倍下掃描電鏡圖； 圖3為本發明實施例製備的分子印跡微球的熱重分析曲線圖； 圖4為本發明實施例製備的印跡聚合物微球的手性分離色譜圖；其中(a)為L-扁
桃酸，(b)為D-扁桃酸。
具體實施例方式以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用於說明 本發明而不限於限制本發明的範圍。實施例中採用的實施條件可以根據具體廠家的條件做 進一步調整，未註明的實施條件通常為常規實驗中的條件。
實施例1聚苯乙烯表面分子印跡微球的製備
1、聚苯乙烯微球載體的製備 量取二乙烯苯(8mL)和對氯甲基苯乙烯(2mL)溶於5Q0mL乙腈後置於1000mL燒瓶中，加入引發劑AIBN(O. 2g)，超聲脫氣後通N2 10min密封。於7(TC下加熱24h。反應結 束後所得聚合物分別以四氫呋喃、丙酮和乙醇清洗3次後，5(TC下真空乾燥過夜。
2 、聚苯乙烯微球載體表面耦合弓I發轉移終止劑 稱取聚苯乙烯微球(4g)超聲分散於20mL乙醇中，緩慢滴加12mL 10%二乙基二 硫代氨基甲酸鈉乙醇溶液後，5(TC下攪拌過夜，所得產物分別以四氫呋喃和乙醇清洗3次， 4(TC下真空乾燥過夜。 3、耦合後的有機聚合物微球載體光接枝聚合 稱取耦合後的微球(2g)超聲分散於80mL乙腈中，加入模板分子D-扁桃酸 (0. 20g)、功能單體丙烯醯胺(0. 37g)和交聯劑二甲基丙烯酸乙二醇酯(4.90mL)充分溶解 後置於石英玻璃管中，通N2 10min後密封，於室溫下以300W中壓汞燈光照聚合12h，所得聚 合物置於索氏提取器中，甲醇-乙酸(9 : l，體積比)洗脫24h，最後用甲醇洗去殘留乙酸，
真空乾燥至恆重。 將實施例得到的聚苯乙烯表面分子印跡微球在掃描電鏡下觀察，發現得到的聚苯 乙烯表面分子印跡微球具有良好的球形度、粒徑分布均勻(如圖1和圖2所示)。測得其平 均粒徑為4. 38 ii m，多分散指數dp = 1. 02，屬於單分散顆粒。
實施例2聚苯乙烯表面分子印跡微球的製備
1、聚苯乙烯微球載體的製備 量取二乙烯苯(6mL)和對氯甲基苯乙烯(4mL)溶於500mL乙腈後置於1000mL燒 瓶中，加入引發劑AIBN(O. 2g)，超聲脫氣後通N2 10min密封。於7(TC下加熱24h。反應結 束後所得聚合物分別以四氫呋喃、丙酮和乙醇清洗3次後，5(TC下真空乾燥過夜。
2 、聚苯乙烯微球載體表面耦合弓I發轉移終止劑 稱取聚苯乙烯微球(4g)超聲分散於20mL乙醇中，緩慢滴加12mL 10%二乙基二 硫代氨基甲酸鈉乙醇溶液後，4(TC下攪拌過夜，所得產物分別以四氫呋喃和乙醇清洗3次， 4(TC下真空乾燥過夜。 3、耦合後的有機聚合物微球載體光接枝聚合 稱取耦合後的微球(2g)超聲分散於80mL乙腈中，加入模板分子D-扁桃酸 (0. 20g)、功能單體甲基丙烯酸(0. 44mL)和交聯劑季戊四醇三丙烯酸酯(1. 30mL)充分溶解 後置於石英玻璃管中，通N2 10min後密封，於室溫下以300W中壓汞燈光照聚合6h，所得聚 合物置於索氏提取器中，甲醇一乙酸(4 : l，體積比)洗脫24h，最後用甲醇洗去殘留乙酸，
真空乾燥至恆重。 將實施例得到的聚苯乙烯表面分子印跡微球在掃描電鏡下觀察，發現得到的聚苯
乙烯表面分子印跡微球具有良好的球形度、粒徑分布均勻。測得其平均粒徑為4. 78ym，多
分散指數dp = 1. 045，屬於單分散顆粒。 實施例3聚苯乙烯表面分子印跡微球的製備 1、聚苯乙烯微球載體的製備 量取二乙烯苯(7mL)和對氯甲基苯乙烯(3mL)溶於500mL乙腈後置於1000mL燒 瓶中，加入引發劑AIBN(O. 2g)，超聲脫氣後通N2 10min密封。於7(TC下加熱24h。反應結 束後所得聚合物分別以四氫呋喃、丙酮和乙醇清洗3次後，5(TC下真空乾燥過夜。
2 、聚苯乙烯微球載體表面耦合弓I發轉移終止劑
稱取聚苯乙烯微球(4g)超聲分散於20mL乙醇中，緩慢滴加12mL10X二乙基二 硫代氨基甲酸鈉乙醇溶液後，5(TC下攪拌過夜，所得產物分別以四氫呋喃和乙醇清洗3次， 5(TC下真空乾燥過夜。 3、耦合後的有機聚合物微球載體光接枝聚合 稱取耦合後的微球(2g)超聲分散於80mL乙腈中，加入模板分子D-扁桃酸 (0. 20g)、功能單體丙烯醯胺0. 18g和4-乙烯基吡啶0. 28mL的混合物和交聯劑三羥甲基丙 烷三甲基丙烯酸酯(1.70mL)充分溶解後置於石英玻璃管中，通^ 10min後密封，於室溫下 以300W中壓汞燈光照聚合12h，所得聚合物置於索氏提取器中，甲醇-乙酸(6 : l，體積 比)洗脫24h，最後用甲醇洗去殘留乙酸，真空乾燥至恆重。 將實施例得到的聚苯乙烯表面分子印跡微球在掃描電鏡下觀察，發現得到的聚苯 乙烯表面分子印跡微球具有良好的球形度、粒徑分布均勻。測得其平均粒徑為4. 50ym，多 分散指數dp = 1. 02，屬於單分散顆粒。
實施例4聚苯乙烯表面分子印跡微球的性能測試將實施例1製備的單分散的印跡聚合物微球裝填到100mmX4. 6mm(i. d.)不鏽鋼 色譜柱中進行高效液相色譜評價，流動相為乙腈/乙酸(99 : 1， V/V)，取10yL的混旋L， D-扁桃酸樣品(濃度為lmmol/L)，流速為0. 5mL/min。
試驗結果分析如下 經測試，得到的聚苯乙烯分子印跡微球顆粒具有良好的化學和機械穩定性，萃取 試驗多次後無碎裂和表層脫落現象，微球在30(TC以下無分解失重，437t:時達到最大失重 速率，具有良好的熱穩定性(如圖3所示)。 利用本發明所述方法製備的分子印跡微球對模板分子及其手性對應體具有良好 的分離能力(如圖4所示)，分離因子a二9.2，分離度Rs二 1.12。 上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人是 能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精
神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟(1)製備有機聚合物微球載體，並在有機聚合物微球載體表面耦合引發轉移終止劑；(2)耦合後的有機聚合物微球載體在適宜的溶劑下加入模板分子、功能單體或功能單體的混合以及交聯劑對載體表面進行光接枝聚合形成所需的聚合物載體表面分子印跡微球。
2. 根據權利要求1所述的聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述 方法步驟(1)中有機聚合物微球載體選用聚苯乙烯微球載體。
3. 根據權利要求2所述的聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述 聚苯乙烯微球載體的製備方法包括將適量的二乙烯苯和對氯甲基苯乙烯在偶氮二異丁腈 的作用下進行聚合反應得到聚苯乙烯微球載體的步驟。
4. 根據權利要求1所述的聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述 弓I發轉移終止劑選用二乙基二硫代氨基甲酸鈉。
5. 根據權利要求1所述的聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述 步驟(2)中模板分子選自藥物分子、農藥分子、胺基酸及胺基酸衍生物。
6. 根據權利要求1所述的聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述 模板分子為D-扁桃酸。
7. 根據權利要求1所述的聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述 功能單體選自羧酸類、磺酸類、雜環弱鹼以及甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯醯 胺、甲基丙烯醯胺的一種。
8. 根據權利要求7所述的聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述 羧酸類選自丙烯酸、甲基丙烯酸、三氟甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸、亞甲基丁二酸；所述磺酸 類選自2-丙烯醯胺-2-甲基-l-丙磺酸；所述雜環弱鹼選自2-乙烯基吡啶、4_乙烯基吡 啶、乙烯基咪唑。
9. 根據權利要求1所述的聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述 交聯劑選自二甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯、三羥甲基基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四 醇三丙烯酸酯、N， N' _亞甲基雙丙烯醯胺的一種。
10. 根據權利要求1所述的聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所 述方法步驟(2)中模板分子、功能單體或功能單體混合和交聯劑的摩爾比例為1 : (2 12) : (2 40)。
全文摘要
本發明公開了一種聚合物載體表面分子印跡微球的製備方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟(1)製備有機聚合物微球載體，並在有機聚合物微球載體表面耦合引發轉移終止劑；(2)耦合後的有機聚合物微球載體在適宜的溶劑下加入模板分子、功能單體或功能單體的混合以及交聯劑對載體表面進行光接枝聚合形成所需的聚合物載體表面分子印跡微球。該方法解決了目前表面印跡技術製備的以矽膠為載體的印跡微球過程中的凝膠化現象，簡化了製備步驟，並擴展了印跡微球的適用pH範圍，廣泛適用於高效液相色譜、固相萃取等分析測試領域。
文檔編號B01J20/281GK101733081SQ201010045838
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月11日 優先權日2010年1月11日
發明者付德剛, 戎非, 顧忠澤 申請人:東南大學