基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法
2023-12-04 07:41:11 1
基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法
【專利摘要】基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，涉及色譜填料的製備。將四甲氧基矽烷和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷以及聚乙二醇加入乙酸溶液中，在冰水浴下水解成水解液，再加入水溶性鹼性胺基酸，超聲至完全溶解後作為分散相；將油溶性表面活性劑溶於油中作為連續相；將分散相引入微流控晶片的水平通道中，另將連續相引入微流控晶片的豎直通道中，在水平通道與豎直通道的界面處，調節分散相和連續相的流速比率，產生不同粒徑的液滴；將液滴分別在30～50℃條件下進行縮合反應10～14h和60～80℃條件下環氧開環反應10～14h，再分別用異丙醇和甲醇水溶液交替洗滌，真空乾燥後得到產物。
【專利說明】基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及色譜填料的製備，尤其涉及一種基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控的色譜填料的方法。
【背景技術】
[0002]高效液相色譜法(HPLC)是現代色譜學的一個重要分支，HPLC以其高速、高效、高靈敏度的特點被廣泛地應用於石油化工、生命科學、製藥工業、環境監測等領域。色譜柱是高效液相色譜儀最重要的組件之一，色譜柱內的固定相，即色譜柱填料(或稱分離材料或分離介質)是色譜分離的核心，高質量的色譜填料是獲得高效色譜分離的關鍵。高效色譜技術要求色譜填料粒度分布範圍窄，最好能實現單分散。單分散的球形填料能帶來良好的滲透性，顯著提高的分離柱效和分析結果的重現性，優良單分散性的填料一直是色譜技術追求的目標。
[0003]傳統的製備色譜填料的方法有懸浮聚合、分散聚合、種子溶脹法和膜乳化技術等，然而懸浮聚合法(見 P.J.Dowding and B.Vincent, Coll.Surf.A., 2000, 161, 259)製得微球的粒徑較大，一般有20?1000 μ m,懸浮聚合就算是嚴格控制反應條件，所得多孔微球仍具有相當大的多分散性，這對於作為色譜填料來講是非常不利的；分散聚合法由英國ICI公司的研究者最先提出，分散聚合製備的微球單分散性比較好，且適宜製備I?10 μ m範圍的微球，但分散聚合的主要缺點是所得聚合物微球的交聯度低，表面無孔或者僅有少量微孔，所以一般不直接用於多孔聚合物微球的製備；種子溶脹法(見J.Ugelstad，H.R.Mfutakamba, P.C.1terk，T.Ellingsen, A.Berge, R.Schmid, L.Holm, A.J0rgedal,F.K.Hansen, and K.Nustad, J.Polym.Sc1.，1985，72，225)是目前普遍認為合成單分散多孔微球的較好方法，但是步驟比較繁瑣，需時較長，也在一定程度上限制其應用；膜/微孔道乳化製備技術(見 Μ.T.Gokmen, F.E.Du Prez, Prog.Polym.Sc1.，2012，37，365)相對比較簡單，適宜I?100 μ m的微球，但是製備的微球的單分散性並不是太理想，特別是選擇多孔玻璃膜時，因為它自身的孔就有一定的分散性(CV=10%?17%);當然，在使用微孔道時，目前已經有研究者製備出分散性較好的二氧化矽、金屬、高分子微孔(CV=5%)，但是這種微孔道需要特別定製，而且費用比較高和需要一定的經驗，所以在應用方面有一定的限制。因此，開發合成簡便，粒徑尺寸可控，顆粒單分散且免分選的填料製備方法一直是色譜固定相研究的重點。
[0004]非連續流微流控技術(微流控液滴技術)是近年來在晶片實驗室研究領域內出現的一個新的分支，該技術使用不相溶的兩相流體在微孔道界面處形成液滴，此類液滴具有較高的比表面積，是一種優良的微化學反應器。在微流控系統中可以高速地生成液滴，液滴生成頻率高達上千赫茲。此外，通過調控晶片孔道尺寸、表面化學性質以及兩相流速等條件即可靈活地控制液滴的體積，製備高度均一的微液滴。通過控制液滴的生成頻率、大小以及重現性可以快速製備粒徑大小可控、粒徑分布範圍窄(單分散)的色譜填料。目前，液滴技術已被應用於製備量子點、膠粒及藥物載體等材料，但未見有關於製備色譜固定相的報導。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於針對傳統的顆粒型色譜填料單分散性差的缺點，提供一種基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法。
[0006]本發明包括以下步驟:
[0007]I)將四甲氧基矽烷(TMOS)和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷(GPTMS)以及聚乙二醇(PEG)加入乙酸溶液中，在冰水浴下磁力攪拌至完全水解成水解液，再加入水溶性鹼性胺基酸，超聲至完全溶解後作為分散相；
[0008]在步驟I)中，所述四甲氧基矽烷和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷的摩爾比可為4: (2?5)，聚乙二醇的用量按質量百分比可為水解液總質量的3%?12%，所述乙酸溶液可採用濃度為0.0lM的乙酸溶液，乙酸溶液的用量按質量百分比可為水解液總質量的40%?60% ;所述水溶性鹼性胺基酸可選自L-賴氨酸鹽酸鹽、L-組氨酸鹽酸鹽、L-精氨酸鹽酸鹽等中的一種，水溶性鹼性胺基酸的用量按質量百分比可為水解液總質量的2%?8% ；所述磁力攪拌的時間可為lh。
[0009]2)將油溶性表面活性劑溶於油中作為連續相；
[0010]在步驟2)中，所述油溶性表面活性劑選自失水山梨醇脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚類等中的至少一種；油溶性表面活性劑佔連續相的質量百分比可為0.1%?10%;所述油可選自礦物油、矽油、十六烷、氟化油等中的一種。
[0011]3)將步驟I)得到的分散相引入微流控晶片的水平通道中，另將步驟2)得到的連續相引入微流控晶片的豎直通道中，在水平通道與豎直通道的界面處，調節分散相和連續相的流速比率，產生不同粒徑的液滴；
[0012]在步驟3)中，所述將步驟I)得到的分散相引入微流控晶片的水平通道中可利用注射泵將分散相引入微流控晶片的水平通道中；所述另將步驟2)得到的連續相引入微流控晶片的豎直通道中可通過另一個注射泵將連續相引入晶片的豎直通道中；所述微流控晶片可採用單通道微流控晶片或多通道微流控晶片；所述微流控晶片可由聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃、石英等材料製備；所述水平通道的尺寸可為I μ m?IOcm,所述豎直通道的尺寸可為I μ m?IOcm ;所述分散相的流速可為0.05?20 μ L/min，連續相的流速可為0.05?20 μ L/min，分散相與連續相的流速比率可為1:(I?10);所述產生不同粒徑的液滴的方式可以是正交結構(T-Junction)、流式聚焦(flow-focusing)或共軸流(co-axial flow)等方式。
[0013]4)將步驟3)得到的液滴分別在30?50°C條件下進行縮合反應10?14h和60?80°C條件下環氧開環反應10?14h，再分別用異丙醇和甲醇水溶液交替洗滌，真空乾燥後得到粒徑均一可控色譜填料。
[0014]在步驟4)中，所述甲醇水溶液中甲醇和水的體積比可為7: (2?5)。
[0015]本發明製備的色譜填料粒徑可以通過晶片的孔道尺寸以及連續相與分散相兩相的流速比率來控制，填料的變異係數CV〈5%，明顯低於傳統方法製備的填料；其中粒徑變異係數計算公式如下:
【權利要求】
1.基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)將四甲氧基矽烷和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷以及聚乙二醇加入乙酸溶液中，在冰水浴下磁力攪拌至完全水解成水解液，再加入水溶性鹼性胺基酸，超聲至完全溶解後作為分散相； 2)將油溶性表面活性劑溶於油中作為連續相； 3)將步驟I)得到的分散相引入微流控晶片的水平通道中，另將步驟2)得到的連續相引入微流控晶片的豎直通道中，在水平通道與豎直通道的界面處，調節分散相和連續相的流速比率，產生不同粒徑的液滴； 4)將步驟3)得到的液滴分別在30~50°C條件下進行縮合反應10~14h和60~80°C條件下環氧開環反應10~14h，再分別用異丙醇和甲醇水溶液交替洗滌，真空乾燥後得到粒徑均一可控色譜填料。
2.如權利要求1所述基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特徵在於在步驟I)中，所述四甲氧基矽烷和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷的摩爾比為4: 2~5，聚乙二醇的用量按質量百分比為水解液總質量的3%~12% ;所述乙酸溶液採用濃度為0.01M的乙酸溶液，乙酸溶液的用量按質量百分比為水解液總質量的40%~60% ;水溶性鹼性胺基酸的用量按質量百分比為水解液總質量的2%~8%。
3.如權利要求1所述基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特徵在於在步驟I)中，所述水溶性鹼性胺基酸選自L-賴氨酸鹽酸鹽、L-組氨酸鹽酸鹽、L-精氨酸鹽酸鹽中的一種。
4.如權利要求1所述基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特徵在於在步驟I)中，所述磁力攪拌的時間為lh。
5.如權利要求1所述基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特徵在於在步驟2)中，所述油溶性表面活性劑選自失水山梨醇脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚類中的至少一種；油溶性表面活性劑佔連續相的質量百分比為0.1%~10%O
6.如權利要求1所述基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特徵在於在步驟2)中，所述油選自礦物油、矽油、十六烷、氟化油中的一種。
7.如權利要求1所述基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特徵在於在步驟3)中，所述將步驟I)得到的分散相引入微流控晶片的水平通道中是利用注射泵將分散相引入微流控晶片的水平通道中；所述另將步驟2)得到的連續相引入微流控晶片的豎直通道中是通過另一個注射泵將連續相引入晶片的豎直通道中。
8.如權利要求1所述基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特徵在於在步驟3)中，所述微流控晶片採用單通道微流控晶片或多通道微流控晶片；所述微流控晶片可由聚二甲基矽氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、石英材料製備；所述水平通道的尺寸可為I μ m~IOcm,所述豎直通道的尺寸可為I μ m~10cm。
9.如權利要求1所述基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特徵在於在步驟3)中，所述分散相的流速為0.05~20 μ L/min，連續相的流速為0.05~20 μ L/min，分散相與連續相的流速比率為1:1~10;所述產生不同粒徑的液滴的方式可以是正交結構、流式聚焦或共軸流方式。
10.如權利要求1所述基於液滴微流控技術製備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特徵在於在步驟4)中，所述`甲醇水溶液中甲醇和水的體積比為7: 2~5。
【文檔編號】B01J20/281GK103816881SQ201410084209
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2014年3月10日
【發明者】張博, 王鑫, 丁芳芳, 王林, 周拙恆 申請人:廈門大學