CN102702447B

CN102702447B - 一种超支化改性分子印迹聚合物及其应用

Info

Publication number: CN102702447B
Application number: CN 201210213605
Authority: CN
Inventors: 寿崇琦; 刘冰
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: CN102702447A

Abstract

本发明涉及分子印迹技术领域，特别涉及一种超支化改性分子印迹聚合物，包括模板分子、功能单体、交联剂、引发剂、催化剂、超支化聚合物、超支化聚合物为经丙烯酸改性的超支化聚胺酯。超支化改性分子印迹聚合物在微流控芯片中的应用：将微流控芯片在氧气氛中氧化；将微流控芯片的微通道使用γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷改性；将超支化改性分子印迹聚合物注入PDMS微流控芯片的微通道内，60℃水浴中反应4h。将超支化聚合物应用于改性分子印迹聚合物可以提高分子印迹聚合物对模板分子的吸附能力，解决单纯使用分子印迹聚合物改性芯片不能完全拆分手性氨基酸的问题，也可以解决分子印迹聚合物与PDMS微流控芯片微通道内壁接枝的问题。

Description

一种超支化改性分子印迹聚合物及其应用

技术领域

本发明涉及分子印迹技术领域，特别涉及一种超支化改性分子印迹聚合物，还涉及所述超支化改性分子印迹聚合物在微流控芯片中的应用。

背景技术

微流控芯片技术是指采用微细加工技术，在一块几平方厘米的芯片上制作出微通道网络结构和其他功能单元，并将进样、预处理、生物与化学反应、分离和检测等基本操作集成在芯片上进行的一门新技术。它充分体现了21世纪分析设备微型化、集成化和便携化的发展趋势，并已成为生物、化学等诸多学科的研究热点和发展前沿，广泛应用于氨基酸、DNA及其限制片段、聚合酶反应、免疫分析、单细胞分离等领域。

超支化聚合物具有其独特的支化分子结构，分子之间无缠结，并且含有大量的末端官能团，因此表现出高溶解度、低粘度、高的化学反应活性等许多线型聚合物所不具有的特殊性能，在表面改性和共混改性聚合物、涂料领域、药物载体方面等有极好的应用。

分子印迹技术是指制备对某一特定分子具有特异性选择的聚合物的过程。模板分子与聚合物单体接触时会形成多重作用点，通过聚合过程这种作用会被记录下来，当模板分子去除后，聚合物中就行成了与模板分子空间构型匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴将对模板分子及其类似物具有极好的选择识别性。

现有技术中，单纯使用分子印迹聚合物改性芯片不能完全拆分手性氨基酸，并且分子印迹聚合物与微流控芯片微通道内壁的接枝也是个难题。

发明内容

为了解决以上单纯使用分子印迹聚合物改性芯片不能完全拆分手性氨基酸，并且分子印迹聚合物与微流控芯片微通道内壁的接枝的难题，本发明提供了一种与微流控芯片微通道内壁易接枝的超支化改性分子印迹聚合物。

本发明还提供了所述的超支化改性分子印迹聚合物在微流控芯片中的应用。

一种超支化改性分子印迹聚合物，是由模板分子、功能单体、交联剂、引发剂、催化剂和端羟基超支化聚合物组成。

所述的超支化改性分子印迹聚合物，所述改性超支化聚合物为经丙烯酸改性的超支化聚胺酯。

所述的超支化改性分子印迹聚合物，所述的端羟基超支化聚胺酯是通过以下步骤得到的：

由以下步骤制备而成：

（1）取等摩尔的二乙醇胺和丙烯酸甲酯，加入甲醇，混合均匀后加入反应器中，升温至35 ℃保持4 h，得到N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯；

（2）将N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯、对甲苯磺酸和三羟甲基丙烷加入反应器中，通氮气，搅拌溶解，升温至85℃，搅拌24 h，

当三羟甲基丙烷与N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯的摩尔比为1：9时，得到G2代端羟基超支化聚胺酯聚合物；

当三羟甲基丙烷与N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯的摩尔比为1：21时，得到G3代端羟基超支化聚胺酯聚合物；

（3）将合成的超支化聚胺-酯聚合物（G2，G3）与过量丙烯酸加入有搅拌和冷凝回流的反应容器内，加入对苯二酚，适量对甲苯磺酸钠做催化剂，85-90℃反应3h，将产物用大量去离子水冲洗至中性，真空干燥得到最终丙烯酸改性的超支化聚胺酯。

所述的超支化改性分子印迹聚合物，原料配比为模板分子：功能单体：交联剂：引发剂=1 mmol:4 mmol:16mmol:2mmol，端羟基超支化聚合物1g，催化剂占总质量的千分之二。

所述的模板分子为L-色氨酸，所述的功能单体为甲基丙烯酸，所述的交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯，所述的引发剂为偶氮二异丁腈。

所述的超支化改性分子印迹聚合物，是通过以下步骤得到的：

将模板分子、功能单体、交联剂、引发剂和丙烯酸改性超支化聚合物使用超声波溶解于乙腈中，得改性溶液。

所述的超支化改性分子印迹聚合物在微流控芯片中的应用，包括以下步骤：

（1）将PDMS微流控芯片在氧气氛中氧化；

（2）将PDMS微流控芯片的微通道使用γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷改性；

（3）将所述的改性溶液注入PDMS微流控芯片的微通道内，60℃水浴中反应4h，即得。

PDMS微流控芯片在氧气氛中氧化步骤为在容器中加入NaOH水溶液和H₂O₂水溶液，将制作好的微流控芯片放入容器中，固定在液面以上氧化。

所述的应用，γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷配制成质量分数为5%的甲醇溶液。

所述的应用， NaOH水溶液的浓度为1mol/L，H₂O₂水溶液的质量浓度为30%，NaOH水溶液与H₂O₂水溶液的体积比为1:4。

本专利中使用的硅烷偶联剂γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷是一种具有特殊结构的有机硅化合物。在其分子中同时具有能和无机质材料（如玻璃、硅砂、金属等）化学结合的反应基团及与有机质材料（合成树脂等）化学结合的反应基团。其中的Si-OCH₃可以与经氧气氛处理过的PDMS表面的硅羟基反应，环氧基可以与改性超支化聚合物中的羟基反应。改性超支化聚胺酯中的双键在聚合形成分子印迹聚合物，以达到将分子印迹聚合物键合到在芯片内壁的效果。

本发明的有益效果：将端羟基超支化聚合物应用于改性分子印迹聚合物可以提高分子印迹聚合物对模板分子的吸附能力，解决单纯使用分子印迹聚合物改性芯片不能完全拆分手性氨基酸的问题，也可以解决分子印迹聚合物与PDMS微流控芯片微通道内壁接枝的问题。

附图说明

图1 G2、G3代端羟基超支化聚胺酯分子红外光谱图，

图2 传统分子印迹聚合物改性PDMS微通道SEM照片，

图3 G2代超支化分子印迹聚合物改性PDMS微通道SEM照片，

图4 G3代超支化分子印迹聚合物改性PDMS微通道SEM照片，

图5 未经改性的微流控芯片分离D-色氨酸与L-色氨酸分离图，

图6 经传统分子印迹聚合物改性的微流控芯片分离D-色氨酸与L-色氨酸分离图，其中1为D-色氨酸，2为L-色氨酸，

图7 经G2代超支化型分子印迹聚合物改性的微流控芯片分离D-色氨酸与L-色氨酸分离图，其中1为D-色氨酸，2为L-色氨酸，

图8 经G3代超支化型分子印迹聚合物改性的微流控芯片分离D-色氨酸与L-色氨酸分离图，其中1为D-色氨酸，2为L-色氨酸。

具体实施方式

实施例1 超支化改性分子印迹聚合物改性溶液

L-色氨酸：甲基丙烯酸：二甲基丙烯酸乙二醇酯：偶氮二异丁腈=1 mmol:4 mmol:16 mmol:2mmol，丙烯酸改性超支化聚合物1g，再加入占总质量千分之二的催化剂三氟化硼乙基醚，溶于10ml乙腈，超声波除气震荡4小时后，制得改性基础溶液。

本实施例只是以模板分子L-色氨酸为例，也可以为其他模板分子，具体以想要分离的原料不同而不同，超支化改性分子印迹聚合物并不仅仅限于这一种模板分子的。

超支化改性分子印迹聚合物中使用的功能单体、交联剂、引发剂和催化剂，可以是分子印迹聚合物领域常用的功能单体、交联剂、引发剂和催化剂，并不仅仅限于上述实施例1中列举到的这几种。

在本具体实施方式中，具体以模板分子为L-色氨酸为例说明超支化聚合物在分子印迹聚合物领域中的应用，但并不仅仅限于模板分子为L-色氨酸。

本实施例中所使用的超支化聚合物为丙烯酸改性的超支化聚胺酯。

丙烯酸改性的超支化聚胺酯的制备方法为现有技术，如采用以下制备方法得到的丙烯酸修饰的G2超支化聚胺酯或丙烯酸修饰的G3超支化聚胺酯：

（1）制备G2代端羟基超支化聚胺酯聚合物：

向250 mL三口瓶中通氮气约10 min后，加入0.2mol二乙醇胺和10ml甲醇，混合物在室温和持续的氮气保护下，磁力搅拌直至二乙醇胺完全溶解。缓慢滴加0.2 mol丙烯酸甲酯，待滴加完成后，水浴升温至40℃，保持4h，然后减压蒸馏去除甲醇，得到N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯一种无色透明油状液体。

向250 mL四口瓶中加入0.045 mol N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯、0.045 g对甲苯磺酸和0.005 mol三羟甲基丙烷，通氮气10 min，搅拌待溶解后升温至85 ℃保持不变，搅拌反应24 h，再蒸馏除去反应中的甲醇和未反应的小分子化合物，即得G2代端羟基超支化聚胺-酯聚合物。其中，三羟甲基丙烷和N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯的摩尔比为1：9。

（2）制备G3代端羟基超支化聚胺酯聚合物

向250 mL四口瓶中加入0.1 mol实施例1合成的N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯、0.0986 g对甲苯磺酸和0.004761 mol三羟甲基丙烷，通氮气10 min，搅拌待溶解后升温至85 ℃保持不变，搅拌反应24 h，再蒸馏除去反应中的甲醇和未反应的小分子化合物，即得G3代端羟基超支化聚胺-酯聚合物。其中，三羟甲基丙烷和N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯的摩尔比为1：21，

将上述得到的G2代、G3代端羟基超支化聚胺酯聚合物进行IR表征，IR谱图如图1所示，超支化聚合物在3400cm-1处左右都有明显的羟基吸收峰，表明所合成的超支化聚合物中含有大量羟基。

（3）制备丙烯酸改性的G2超支化聚胺酯

取5g G2超支化聚胺-酯与20ml丙烯酸加入带有搅拌及冷凝分水装置的三口烧瓶中，加入0.2g 对苯二酚，适量对甲苯磺酸，在90~95℃下反应3h后，自然冷却。加入大量去离子水，静止1h，体系分层，去除上层清液。用大量去离子水冲洗底部产物，直至洗涤液为中性为止。将产物低温真空干燥后，得到棕褐色粘稠油状液体，此产物即为丙烯酸改性的超支化聚胺酯。

（4）制备丙烯酸改性的G3超支化聚胺酯

将实施例3 中的G2代端羟基超支化聚胺-酯聚合物替换为G3代端羟基代超支化聚胺-酯聚合物，即得到丙烯酸改性的超支化聚胺酯。

实施例2 超支化改性分子印迹聚合物在PDMS微流控芯片中的应用

（1）制备PDMS微流控芯片基片：

用CAD软件设计一个具有三个液池的双“T”型微流控芯片通道，进样宽度设计为宽度为50μm；分离通道设计宽度为50μm，长度4cm；末端部连接通道设计宽度为200微米，长度1cm。按照CAD图纸的设计，通过紫外曝光是SU-8胶固化，在硅片上制备阳模。PDMS预聚物和引发剂按质量比10：1的比例混合，真空脱气，将混合物浇铸在模具上，70℃固化1h，剥离模具得到含有与设计图样相同微通道的PDMS微流控芯片基片。

（2）PDMS芯片改性：

①将PDMS微流控芯片基片在氧气氛中氧化；

②将PDMS微流控芯片基片的微通道使用γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷改性；

③将所述的改性溶液注入PDMS微流控芯片基片的微通道内，60℃水浴中反应4h，即得。

上述步骤①可为如下具体操作：在250 mL试剂瓶中加入10 mL 1 mol/L的NaOH和40mL (30% ) H2O2，混合均匀，反应产生的氧气立即充满瓶子。将洁净干燥的PDMS芯片置入瓶中液面以上固定，加盖并在盖上设一单向放气阀门，然后避光保存，3d后取出与另一干洁平整的PDMS盖片封接，得到完成的PDMS微流控芯片。

上述步骤②可为如下具体操作：将质量分数 5% γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷甲醇溶液在氮气的压力下注入微通道内，放入110℃的烘箱反应40min后，用二次水反复冲洗微通道后用氮气吹干，得到硅烷偶联剂接枝改性的PDMS微流控芯片。

分别使用实施例1中得到的丙烯酸改性的G2超支化聚胺酯和丙烯酸改性的G3超支化聚胺酯制备得到超支化改性分子印迹聚合物，并将其分别使用在PDMS微流控芯片中。

测试例1

将上述实例2得到丙烯酸改性的G2超支化聚胺酯超支化分子印迹聚合物（以下简称G2超支化分子印迹聚合物）改性PDMS微流控芯片和丙烯酸改性的G3超支化聚胺酯超支化分子印迹聚合物（以下简称G3超支化分子印迹聚合物）改性PDMS微流控芯片进行接触角和SEM表征。

未经改性的PDMS的表面接触角为108°，是高度疏水的，G2超支化分子印迹聚合物改性PDMS芯片的接触角转为90°，G3超支化分子印迹聚合物改性PDMS芯片的接触角为84°。随着超支化聚胺-酯代数的增加，接触角越来越小，亲水性越来越好，这是因为随着超支化聚胺-酯代数的增加，其分子末端羟基的数量也不断的增加，所以改性用的超支化聚胺-酯代数越大，改性后的PDMS微流控芯片亲水性越好。

G2超支化分子印迹聚合物改性PDMS芯片和G3超支化分子印迹聚合物改性PDMS的表面形貌SEM进行表征。图2是未经改性分子印迹聚合物PDMS表面的SEM照片，图3是G2超支化分子印迹聚合物改性PDMS芯片表面的SEM照片，图4是G3超支化分子印迹聚合物改性PDMS芯片表面的SEM照片。图2中分子印迹微球直径较大，结构松散。图3、图4中分子印迹微球半径变小，排布致密。

测试例2

将磷酸氢二钠和磷酸二氢钠用二次水分别配成40mmol·L^-1的溶液按一定比例混合，再用0.01mol/L的氢氧化钠和磷酸溶液进行精确调节pH为5的磷酸缓冲溶液，然后用0.45μm的微滤膜过滤，超声脱气10min，放入冰箱备用。

用二次去离子水将L-色氨酸和D-色氨酸配成0.2mg/mL的溶液，然后用45μm的微滤膜过滤，并用超声波进行脱气处理10min，放入冰箱中备用。

使用紫外检测，分离电压8kV，检测波长214nm。将上述实例2中得到的G2和G3超支化分子印迹聚合物改性PDMS芯片分别对色氨酸手形体进行拆分。图5为未经改性的微流控芯片分离D-色氨酸与L-色氨酸分离图，图6为经传统分子印迹聚合物改性的微流控芯片分离D-色氨酸与L-色氨酸分离图，图7为经G2代超支化型分子印迹聚合物改性的微流控芯片分离D-色氨酸与L-色氨酸分离图，图8为经G2代超支化型分子印迹聚合物改性的微流控芯片分离D-色氨酸与L-色氨酸分离图。从图5、6、7、8中可以看出，使用超支化分子印迹聚合物改性的微流控芯片分离D-色氨酸与L-色氨酸比未经改性的和使用普通分子印迹聚合物改性的微流控芯片的分离效果都好，其中G3超支化分子印迹聚合物改性的微流控芯片比G2超支化分子印迹聚合物改性的微流控芯片分离效果好。

虽然上述实施例和检测例中使用的超支化聚合物为丙烯酸改性的超支化聚胺酯，但并不仅仅限于此种丙烯酸改性的超支化聚胺酯，只要是其末端官能团能够与γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂能够发生偶联的超支化聚合物，均可使用在本发明的超支化分子聚合物中，只是限于篇幅的考虑，本说明书不可能一一列举。

以上实施例是对本发明进行的详细的描述，其目的在于说明本发明的构思及特点，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超支化改性分子印迹聚合物，其特征是由模板分子、功能单体、交联剂、引发剂、催化剂和端羟基超支化聚合物组成；

所述端羟基超支化聚合物为丙烯酸改性的超支化聚胺酯，所述的丙烯酸改性的超支化聚胺酯是通过以下步骤得到的：

（2）将N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯、对甲苯磺酸和三羟甲基丙烷加入反应器中，通氮气，搅拌溶解，升温至85 ℃，搅拌24 h，

（3）将合成的端羟基超支化聚胺酯聚合物与过量丙烯酸反应，加入对苯二酚和对甲苯磺酸钠，85-90℃反应3h，得到丙烯酸改性的超支化聚胺酯；

原料配比为模板分子：功能单体：交联剂：引发剂=1 mmol:4 mmol:16 mmol:2mmol，端羟基超支化聚合物1g，催化剂占总质量的千分之二，所述的模板分子为L-色氨酸，所述的功能单体为甲基丙烯酸，所述的交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯，所述的引发剂为偶氮二异丁腈，所述的催化剂为三氟化硼乙基醚。

2.根据权利要求1所述的超支化改性分子印迹聚合物，其特征是通过以下步骤得到的：

将模板分子、功能单体、交联剂、引发剂溶于乙腈中，溶解，得改性基础溶液，将超支化聚合物和催化剂加入，溶解。

3.根据权利要求2所述的超支化改性分子印迹聚合物，其特征是模板分子、功能单体、交联剂、引发剂溶于乙腈中，使用超声波溶解。

4.一种权利要求1、2、3中任一项所述的超支化改性分子印迹聚合物在微流控芯片中的应用，其特征是包括以下步骤：

（1）将PDMS微流控芯片在氧气氛中氧化；

（3）将所述的超支化改性分子印迹聚合物注入PDMS微流控芯片的微通道内，60℃水浴中反应4h，即得。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征是PDMS微流控芯片在氧气氛中氧化步骤为在容器中加入NaOH水溶液和H₂O₂水溶液，将制作好的微流控芯片放入容器中，固定在液面以上氧化。

6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷配制成质量分数为5%的甲醇溶液。

7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于NaOH水溶液的浓度为1mol/L，H₂O₂水溶液的质量浓度为30%，NaOH水溶液与H₂O₂水溶液的体积比为1:4。