CN103285941A

CN103285941A - 一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法和应用

Info

Publication number: CN103285941A
Application number: CN2013102300345A
Authority: CN
Inventors: 马言顺; 叶长宁
Original assignee: SICHUAN AOBO BIOMEDICAL ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: SICHUAN AOBO BIOMEDICAL ELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-09
Also published as: CN103285941B

Abstract

本发明公开了一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法和应用，所述方法包括以下步骤：（1）采用自溶胀聚合法制备交联高分子微球，自溶胀聚合法的具体步骤为：将交联剂单体、功能单体和引发剂组成的油相分散在水相中形成水包油的乳液，油相间经过自溶涨后再通过引发聚合制得交联高分子微球；（2）将步骤（1）中所制得的交联高分子微球经过化学修饰后获得弱阳性离子交换树脂。该方法在制备交联高分子微球的过程工艺简单、无需进行繁琐的种子制备等多个步骤、且具有可大规模产业化生产、反应产率高、生物相容性好等优点。所述无孔弱阳离子交换树脂可用于生物大分子的分离提纯。

Description

一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法和应用

技术领域

本发明属于离子交换树脂制备领域，具体地说，涉及一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法和应用。

背景技术

高效液相色谱法从上世纪70年代后发展最快的分析化学分子学科之一，现已成为生化、医学、化学化工、食品卫生、环保监测、商检和法检等领域最常用的分离分析手段。作为一种分离方法，其分离的核心是色谱柱的填料。离子交换填料可分为有孔填料和无孔填料，与有孔填料相比，无孔填料具有最大传质和最小横向扩撒的优点，因此可使样品得到更快速、高效的分离。而有一定交联度的高分子基质填料，具有更好的化学和热稳定性、灵活的化学修饰和良好的生物相容性，且具有生物活性物质的分离分析方面具有独特的优势，一直是色谱填料研究的热点。

用于制备无孔交联高分子微球的方法主要有悬浮聚合法、溶胀聚合法和沉淀聚合法。悬浮聚合法具有工艺简单、易于规模化生产等优点，但此法制备的微球粒径较大、粒径分布过宽，难以直接用做色谱固定相填料，沉淀聚合法具有聚合工艺简单、制备的微球粒径均匀和表面洁净等优点，但该方法存在产率低，交联剂限于二乙烯基苯其成本较高等缺点。溶胀聚合法制备的微球粒径均一、孔结构可控，可以直接用做色谱固定相填料，因而目前用溶胀聚合法制备微球受到较多关注。

现有的溶胀聚合技术须先采用无皂乳液聚合或分散聚合法制备粒径单分散的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球，然后以其为种子实现聚合单体在种子里的溶胀吸附，然后加热聚合，常常还需要将种子采用溶剂加以提取。现有的种子溶胀聚合法制备繁琐，涉及种子的制备、种子的溶胀、种子的聚合和种子的提取等过个步骤。如公开号为CN1785526A，名称为无孔单分散聚合物弱阳离子交换树脂及其制备方法和用途的专利中，建立了一步种子分散聚合制备小颗粒种子到“一步种子溶胀聚合法”制备无孔单分散亲水性的交联聚甲基丙烯酸环氧丙酯微球的方法，该方法与原始的“二步种子溶胀聚合法”比较，把两步种子溶胀聚合过程简化为“一步种子溶胀聚合”，有了较大的进步，但制备过程仍然繁琐。且原有的溶胀聚合法在溶胀过程中需添加种子，在完全溶胀后种子难以完全除尽从而具有难以规模化生产的缺点。

发明内容

本发明克服现有制备径粒微米级交联高分子微球聚合方法具有的步骤繁琐、难以工业化生产等缺点，提供一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法和应用，该方法是一种新的溶胀聚合方法即自溶胀聚合法，该方法在制备交联高分子微球的过程工艺简单、无需进行繁琐的种子制备等多个步骤、且具有可大规模产业化生产、反应产率高、生物相容性好等优点；用该方法所制备的无孔弱阳离子交换树脂可用于生物大分子的分离提纯或分析，具有很高的分离效能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，包括以下步骤：（1）采用自溶胀聚合法制备交联高分子微球，自溶胀聚合法的具体步骤为：将交联剂单体、功能单体和引发剂组成的油相分散在水相中形成水包油的乳液，油相间经过自溶涨后再通过引发聚合制得交联高分子微球；（2）将（1）中所制得的交联高分子微球经过化学修饰后获得弱阳性离子交换树脂。交联单体、功能单体和引发剂种类很多，可以任意选择一个交联剂单体、一个功能单体和一个引发剂组成油相。水相可由单纯的水分子构成，也可以由含有水的溶剂构成。油相分散在水相中形成水包油的乳液，通过对乳液进行搅拌或震动，利用水包油的结构不稳定特性实现乳液中的油相相互碰撞而发生油相间的自溶胀，最后引发聚合得微米级功能微球。制得的交联高分子微球经过化学修饰后获得弱阳性离子交换树脂。

目前用种子溶胀聚合法制备离子交换树脂步骤繁琐，涉及种子的制备、种子的溶胀、种子的聚合和种子的提取等过个步骤。在制备微球后对微球进行改性过程中如不提取种子，难保种子在后续化学改性反应中不溶解而导致种子流失。本制备离子交换树脂方法即自溶胀聚合法与目前所用制备离子交换柱的溶胀聚合法不同在于，省略有关种子的制备等一系列步骤，可直接利用有机相间的自溶涨和聚合，即可方便快捷的制备径粒微米级的无孔交联高分子微球，溶胀过程中不需要添加种子，聚合后不需对种子进行提取。本方法中在油相聚合溶胀过程中无需加入其它溶剂，所制备的微球为无孔微球。该方法具有可大规模产业化生产、反应产率高、生物相容性好等优点。在目前的溶胀聚合法中对所制得微球的化学修饰或化学改性过程中仍需要提取种子，本发明中的方法对制得微球的化学修饰或化学改性过程中无需提取种子。

所述交联单体为多烯类单体，功能单体为单烯类单体，引发剂为自由基引发剂。多烯类交联单体，包括二乙烯苯、双甲基丙烯酸乙二醇酯、三乙烯酸甘油酯、三羟甲基丙基三甲基丙烯酸、季戊四醇三丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、二缩三乙二醇二甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯和1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯。单烯类功能单体包括苯乙烯、乙基苯乙烯、氯甲基苯乙烯、苯烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯腈。自由基引发剂包括硫酸铵、过氧酸铵、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑啉、偶氮异丁氰基甲酰胺和偶氮二氰基戊酸。

交联单体、功能单体和引发剂类型很多，交联单体为多烯类单体，功能单体为单烯类单体，引发剂为自由基引发剂是一种优化选择。由于多烯类交联单体、单烯类功能单体和自由基引发剂三种类型物质容易获得且各自包含的单体种类多，可以任意选择以上其中的一个多烯类交联单体、一个单烯类功能单体和一个自由基引发剂组成油相，可以组成不同的油相。

所述引发聚合的方式包括光引发、热引发以及光热复合引发。可引发聚合的方式多样化，可以根据生产条件采用相对应的引发聚合方式进行制备交联高分子微球。在三种引发方式中最佳方式是加热，因为容易实现，只需简单加热，成本较低。当采用光引发方式时需要具备价格较昂贵的设备仪器。如需要加快引发聚合的速度时，可采用光热复合引发的方式。

所述交联高分子微球的粒径为0.5-20微米。用本方法制备所得的微球的粒径一般100微米以下，其中大多微球的径粒集中在为0.5-20，选取交联高分子微球的径粒是一种优化选择。当微球的径粒集中在为0.5-20，更有利于对微球进行化学修饰，可直接用于色谱固定相填料。

所述交联单体、功能单体在所有单体中所占的体积比分别为20-80%、20-80%，引发剂为所有单体重量的0.5%-10%，油相和水相的体积比为1:2-1:20。交联单体、功能单体和引发剂在单体中所占的比例范围是一种优化选择，油相和水相的体积比范围也是一种优化的选择，选用优化的选择范围内进行油相和水相的混合，可以制得更为均匀的微粒。

所述在热引发的聚合方式的过程中，温度为40-100℃。温度范围是一种优化选择，当温度低于40℃时，所提供的热量达不到引发聚合的所需热量，当温度大于100℃时，容易使有机相发生质的改变，不利于聚合反应的顺利进行。

所述在光引发的聚合方式的过程中，功率为30-2000W。光引发过程的功率范围是一种优化的选择，当功率小于30W时，启动光引发聚合的必须时间过长，当功率大于2000W时，由于功率过高，所提供的能量过大，对有机相造成变性或变质，不利于聚合反应的顺利进行。

所述水相中含有表面活性剂和/或分散剂。当水相中含有表面活性剂或分散剂时，由于表面活性剂可以使液体表面张力下降，分散剂可减少完成分散过程所需要的时间和能量，在水相中添加表面活性剂或分散剂，或表面活性剂和分散剂同时使用，可以使油相能够更好的分散在水相中，形成均匀的水包油的乳液。例如常用的表面活性剂为十二烷基磺酸钠、硬脂酸、季铵化物、氨基酸型等。常用的分散剂为脂肪酸类、皂类、低分子蜡类等。

所述交联剂单体、功能单体和引发剂组成的油相自溶胀时间为1-48小时。油相自溶胀的时间范围是一个优化的选择范围，当自溶胀的时间小于1小时时，油相间的自溶胀不完全，从而影响聚合过程。当溶胀时间超过48小时时，时间过长影响制备微球的效率。

所述水相中含有的表面活性剂和/或分散剂，占水相的质量比为0.1%-5%。表面活性剂和/或分散剂占水相的质量比范围是以优选的比例范围。

一种无孔弱阳离子交换树脂的应用，权利要求1所述的无孔弱阳离子交换树脂可用于生物大分子的分离提纯。用本发明无孔弱阳离子交换树脂的制备方法制备所得的无孔弱阳离子交换树脂可用于生物大分子的分离提纯或检测分析，具有很高的分离效能。

综上所述，本发明的有益效果是：

（1）本发明的一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，用该方法制得的弱阳离子交换树脂具有制备工艺简单、可进行大规模产业化生产、反应产率高、生物相容性好等优点；

（2）所制得的无孔离子交换树脂可用于生物大分子的分离提纯或分析，具有很高的分离效能；

（3）该方法区别现有的溶胀聚合法，无需进行繁琐的种子制备、种子聚合以及种子提取等步骤，简化了制备离子交换柱中填料的步骤，提高了制备无孔弱阳离子交换树脂的效率。

（4）本方法中所用到的交联剂、功能单体和引发单体易得，且交联剂、功能单体和引发单体三种类型的单体中各自包括多个单体，可以任意选择一种交联剂、以后总功能单体和一种引发单体组合成油相，使油相的可选择性增多。

附图说明

图1是本发明用自溶胀聚合法制备的交联高分子微球的扫面电子显微镜图；

图2是本发明中一种无孔弱阳离子交换树脂应用于分离提纯并分析血液中的糖化血红蛋白的色谱图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但发明的实施方式不仅限于此。

实施例1：

一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，包括以下步骤：（1）采用自溶胀聚合法制备交联高分子微球，自溶胀聚合法的具体步骤为：将交联剂单体、功能单体和引发剂组成的油相分散在水相中形成水包油的乳液，油相间经过自溶涨后再通过引发聚合制得交联高分子微球；（2）将（1）中所制得的交联高分子微球经过化学修饰后获得弱阳性交换树脂。本发明克服现有制备径粒微米级交联高分子微球聚合方法具有的步骤繁琐、难以工业化生产等缺点，提供一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法和应用，该方法是一种新的溶胀聚合方法即自溶胀聚合法，该方法在制备交联高分子微球的过程工艺简单、无需进行繁琐的种子制备等多个步骤、且具有可大规模产业化生产、反应产率高、生物相容性好等优点。

实施例2：

如图1所示，本实施例中交联剂单体季戊四醇三丙烯酸酯5ml和功能单体氯甲基苯乙烯各5mL，加入引发剂过氧化苯甲酰0.3g溶解后。将其转入100mL水溶液中，高速搅拌，形成水包油的乳液。然后室温下120rpm搅拌下进行油相间的自溶涨使液滴直径变大。以高压汞灯照射乳液，聚合反应20h，得8.2g微米级无孔交联高分子微球。所制得的交联高分子微球经过化学修饰后获得无孔弱阳离子交换树脂。

实施例3：

如图1所示，本实施例中甲基丙烯酸甲酯50ml和二乙二醇二甲基丙烯酸酯各50mL，加入3g偶氮二异丁腈溶解后。将其转入1000mL含有2%十二烷基磺酸钠的水溶液中，高速搅拌，形成水包油的乳液。然后室温下，转速为120rpm搅拌下进行油相间的自溶涨3小时使液滴直径变大。加热乳液至中通氮气5分钟除氧，以高压汞灯照射，聚合反应20小时。以玻砂漏斗过滤，依次用水、甲醇和丙酮洗涤各5次，60℃真空干燥过夜，得8.2g微米级无孔交联高分子微球。微球表面真空镀金后进行扫描电子显微镜分析。所制得的交联高分子微球经过化学修饰后获得无孔弱阳离子交换树脂。

实施例4：

如图1所示，本实施例中甲基丙烯酸甲酯和二乙二醇二甲基丙烯酸酯各5.0mL，加入0.3g偶氮二异丁腈溶解后。将其转入100mL含有2%十二烷基磺酸钠的水溶液中，高速搅拌，形成水包油的乳液。然后室温下，转速为120rpm搅拌下进行油相间的自溶涨使液滴直径变大。最后于乳液中通氮气5分钟除氧，以高压汞灯照射，聚合反应20小时。以玻砂漏斗过滤，依次用水、甲醇和丙酮洗涤各5次，60℃真空干燥过夜，得8.2g微米级无孔交联高分子微球。微球表面真空镀金后进行扫描电子显微镜分析。

实施例4：

量取氯甲基苯乙烯和二乙烯基苯各5.0mL，加入0.3g过氧化苯甲酰并超声溶解得油相。将油相转入200mL 1%十二烷基苯磺酸钠的水溶液中，在200W功率下超声分散10分钟，形成水包油的乳液。然后此乳液在120rpm转速下，室温加热搅拌，实现油相间的自溶涨，并定时以光学显微镜观察油滴的直径大小。粒径合适后通氮气5分钟除氧，在60℃聚合反应24小时后，以玻砂漏斗过滤，所得微球依次用水、甲醇和丙酮各洗涤5次，60℃真空干燥过夜，得8.0g微米级无孔交联聚苯乙烯功能高分子微球。

实施例5：

如图1和图2所示，本实施例中，秤取实施例2所得交联聚苯乙烯功能微球3.0g，分散于含有1.5g四丁基氯化铵和3.0gL-天冬氨酸的100mL水溶液中，于60℃反应24小时。冷却至室温后以玻砂漏斗过滤，所得产物依次以水、甲醇和丙酮洗涤5次，60℃真空干燥过夜，得3.1g弱阳离子交换树脂。将其分散于30mL甲醇中，然后采用匀浆法高压将其填充于液相色谱柱不锈钢柱管，不锈钢柱管的为内径为4.6mm，长度为150mm。以磷酸缓冲液冲洗老化得弱阳离子交换色谱柱。取稀释500倍的血液，采用梯度洗涤分析糖化血红蛋白在血红蛋白中的含量。其结果如图2所示，其中，峰1为HbA1(a+b)、峰2为HbA1c、峰3为HbA0。该交换树脂，除了可以对血红蛋白进行分离检测或提纯外，还可以应用与其他弱阳离子等生物大分子的分离提纯。糖化血红蛋白是人体血液中红细胞内的血红蛋白与血糖结合的产物，它的英文代号为HbA1c。血红蛋白是HbA0。根据每个糖化位点和反应参与物，总的糖化血红蛋白分成若干个亚组分。亚组分（HbA1a1 , HbA1a2 , HbA1b和HbA1c）因血红蛋白β链-N末端缬氨酸的游离氨基与不同碳水化合物糖基化而形成。这些亚组分总称为HbA1。HbA1(a+b)是指亚组分中没有被糖化的血红蛋白，HbA1c是指糖化血红蛋白。通过本发明所制备的无孔弱阳离子交换树脂，可以分离和检测血液中，亚组分中没有糖化的血红蛋白HbA1(a+b)、亚组分中糖化血红蛋白HbA1c 、血红蛋白HbA0的量，也可以通过无孔弱阳离子交换树脂对HbA1(a+b)、为HbA1c、HbA0进行区分后大量的收集。

Claims

1.一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采用自溶胀聚合法制备交联高分子微球，自溶胀聚合法的具体步骤为：将交联剂单体、功能单体和引发剂组成的油相分散在水相中形成水包油的乳液，油相间经过自溶涨后再通过引发聚合制得交联高分子微球；

（2）将（1）中所制得的交联高分子微球经过化学修饰后获得弱阳性离子交换树脂。

2.根据权利要求1所述的一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，其特征在于，所述交联单体为多烯类单体，功能单体为单烯类单体，引发剂为自由基引发剂。

3.根据权利要求1所述的一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，其特征在于，所述引发聚合的方式包括光引发、热引发以及光热复合引发。

4.根据权利要求1所述的一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，其特征在于，所述交联高分子微球的粒径为0.5-20微米。

5.根据权利要求1或2所述的一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，其特征在于，所述交联单体、功能单体在所有单体中所占的体积比分别为20-80%、20-80%，引发剂为所有单体重量的0.5%-10%，油相和水相的体积比为1:2-1:20。

6.根据权利要求3所述的一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，其特征在于，所述在热引发的聚合方式的过程中，温度为40-100℃。

7.根据权利要求3所述的一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，其特征在于，所述在光引发的聚合方式的过程中，功率为30-2000W。

8.根据权利要求1所述的一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，其特征在于，所述水相中含有表面活性剂和/或分散剂。

9.根据权利要求1所述的一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，其特征在于，所述交联剂单体、功能单体和引发剂组成的油相自溶胀时间为1-48小时。

10.根据权利要求8所述的一种无孔弱阳离子交换树脂的制备方法，其特征在于，所述水相中含有的表面活性剂和/或分散剂，占水相的质量比为0.1%-5%。

11.一种无孔弱阳离子交换树脂的应用，其特征在于，权利要求1所述的无孔弱阳离子交换树脂可用于生物大分子的分离提纯。