CN104861130B

CN104861130B - 一种高分子刷接枝硼酸亲和分离材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN104861130B
Application number: CN201510228136.2A
Authority: CN
Inventors: 许欢欢; 王超展; 卫引茂
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2017-06-16
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: CN104861130A

Abstract

本发明公开了一种高分子刷接枝硼酸亲和分离材料及其制备方法。本发明采用可逆‑加成断裂链转移（RAFT）聚合法，以含苯硼酸基团的酰胺类化合物为单体，在聚丙烯酸、硅胶、琼脂糖和磁性纳米粒子表面进行聚合，得到高分子刷接枝的硼酸亲和分离材料。本发明的分离材料具有吸附容量高，选择性好，传质速率快的特点，可用于含顺式邻二醇生物分子的分离制备和含量分析，可大大提高分离富集效率。

Description

一种高分子刷接枝硼酸亲和分离材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种新型分离材料及其制备方法，具体涉及一种硼酸亲和分离材料，属于分离技术和功能材料制备领域。

背景技术

含顺式邻二醇的分子在生物体内具有重要的生理作用。一些顺式邻二醇分子，如糖，糖蛋白，RNA、核苷、儿茶酚胺等是很多疾病诊断过程中的标志物，由于这些顺式邻二醇物质在生物样品中含量很低，并且有大量干扰物质存在，高效分离富集是准确分析顺式二醇类物质的关键。此外，一些顺式邻二醇分子，如某些黄酮类、蒽醌类和多酚类物质是中药和蔬菜、水果中的主要药用成分，高效分离这类物质对药物开发和生产具有非常重要的意义。

硼酸与顺式二醇能够在碱性溶液中生成五元或六元环酯，而当pH降至酸性或向溶液中加入较高浓度其他顺式二醇类物质时，硼酸酯又会发生解离。因此，硼酸对顺式二醇类分子具有选择性识别作用，硼酸亲和是分离和富集顺式邻二醇物质的有效手段。近年来，硼酸亲和材料的研究及应用得到了很大的发展。然而，目前该类材料的制备普遍采用的是将含硼酸基分子键合在无机或有机基质表面（Analyst, 2013, 138: 1876-1885），或将硼酸基单体与交联剂共聚制成整体柱（Trends Anal. Chem., 2012, 37, 148-161）。所得材料只有非常有限的单层吸附作用层，吸附位点少，造成实际应用中分离和富集效率较低，因而吸附容量较低。此外，现有硼酸亲和材料对顺式邻二醇分子的吸附动力学较慢，不利于快速分离富集。

可逆加成断裂链转移（RAFT）是高分子材料合成领域的一种新方法。RAFT聚合就是增长链自由基与链转移试剂（双硫酯或三硫酯）之间快速的可逆加成断裂的过程。RAFT聚合有以下优点：1）可以在多种类型试剂中发生可控聚合，聚合环境比较温和；2）用于表面修饰时，可显著提高聚合物接枝密度；3）可以向聚合产物引入各种端基官能团，从而实现分子层面的设计，得到不同用途的材料；4）可形成各种聚合物结构，如嵌段共聚物、星状聚合物、分子刷等。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸附容量高、传质速率快的高分子刷接枝的新型硼酸亲和分离材料，以克服现有硼酸亲和分离材料吸附容量低、传质速率慢等不足。

本发明的另一目的是提供上述硼酸亲和分离材料的制备方法。

本发明的还有一个目的是提供上述硼酸亲和分离材料在含顺式邻二醇生物分子分离和富集中的应用。

本发明实现过程如下：

结构式所示的分离材料，

。

上述分离材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将3-氨基苯硼酸溶解到氢氧化钠溶液中，然后加入丙烯酰氯，盐酸调节溶液pH为1-2，析出白色固体，过滤、洗涤、干燥，得间丙烯酰胺苯硼酸；

(2) 将正十二烷基硫醇和甲基三辛烷基氯化铵溶于丙酮中，依次加入二硫化碳、氯仿和氢氧化钠反应，最后加入盐酸调节溶液pH 1-2，过滤、重结晶得结构如下所示的RAFT试剂十二烷基-2，2-二甲基乙酸三硫酯（DDATC），

（3）将表面氨化的固相基质分散于四氢呋喃中，加入十二烷基-2，2-二甲基乙酸三硫酯、二环己基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺，室温下反应，过滤、洗涤得到RAFT试剂修饰的固相基质；

（4）将RAFT试剂修饰的固相基质、N,N-二甲基甲酰胺、间丙烯酰胺苯硼酸和偶氮二异丁腈在氮气保护下在60 ~80 ℃反应，反应结束后用冰甲醇沉淀，过滤、洗涤、干燥得到高分子刷接枝硼酸亲和分离材料。

所述的表面氨化的固相基质为氨化聚丙烯酸、氨化硅胶、氨化琼脂糖或氨化磁性纳米粒子。

步骤（4）中间丙烯酰胺苯硼酸与固相基质质量比为1:1~3:1，间丙烯酰胺苯硼酸与偶氮二异丁腈摩尔比为100:1~200:1，聚合温度为60 ~ 80 ℃，聚合反应时间为6 ~ 24 h。

高分子刷接枝硼酸亲和分离材料在分离和富集含顺式邻二醇生物分子中的应用。

本发明的优点与积极效果：

（1）本发明聚合条件温和可控，不需要重金属催化反应，反应后期不需要脱除重金属粒子，制备过程重复性好；

（2）所得硼酸亲和分离材料具有吸附容量高、选择性好、传质速率快的特点，可提高含顺式邻二醇分子的分离和富集效率；

（3）所得硼酸亲和分离材料使用寿命长，反复使用100次后，对含顺式邻二醇物质的吸附选择性和容量无明显变化。

附图说明

图1高分子刷接枝硼酸亲和材料在pH=9的氨-氯化铵缓冲溶液中，核苷与脱氧核苷（干扰物）浓度比为1：0~1：100选择性富集含有顺式邻二羟基的核苷洗脱液色谱图。色谱条件：4.6×200mmC18表面氨化的硅胶柱；流动相：磷酸二氢钾/甲醇=90：10；流速：1.0 mL/min;柱温：室温；紫外检测波长：254nm。图中1为胞嘧啶核苷，2脱氧胞嘧啶核苷，3为尿嘧啶核苷，4为鸟嘌呤核苷，5为脱氧鸟嘌呤核苷，6为胸苷，7为腺嘌呤核苷，8为脱氧腺嘌呤核苷。色谱图从下到上依次为：8种核苷与脱氧核苷混合标液、核苷与脱氧核苷浓度之比为1：0、核苷与脱氧核苷浓度之比为1:1、核苷与脱氧核苷浓度之比为1:10 、核苷与脱氧核苷浓度之比为1:100洗脱液；

图2为表面氨化的聚合物微球基质高分子刷接枝硼酸亲和分离材料对核苷的吸附动力学及解吸附动力学。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明。本发明所列的具体实施例仅限于说明本发明，而非对本发明的限定。

实施例1

(1) 间丙烯酰胺苯硼酸单体的合成

将 3-氨基苯硼酸5 g(30 mmol）溶解到0 ℃的75 mL 2 mol/L的氢氧化钠，然后在冰浴搅拌下，将6 mL冷丙烯酰氯缓慢滴加（超过30 min）到混合溶液中。然后缓慢滴加1mol/L HCl使溶液pH=1。析出白色固体，过滤，冷水多次洗涤。向滤液中加入饱和氯化钠，用60 mL乙酸乙酯萃取三次。合并有机相后旋蒸，与上述白色析出物合并。在60 ℃热水中重结晶，用冷水冲洗产物，30 ℃真空干燥，得针状晶体，此为间丙烯酰胺苯硼酸。

(2) RAFT试剂DDACT的合成

将16 g（79mmol）正十二烷基硫醇，38 g(0.65mol)丙酮，1.3 g甲基三辛烷基氯化铵加入到500 mL三颈烧瓶中，通氮气机械搅拌，0~10 ℃反应；20 min后加入6.1 g 50%（m/V）氢氧化钠，再反应30 min；然后缓慢加入8.1 g(0.103 mol)的二硫化碳（溶解在6.1 g丙酮中）；10 min后加入14.3 g(0.119 mol)氯仿；搅拌30 min后滴加32 g 50%（m/V）氢氧化钠，反应过夜。最后，加入120 mL蒸馏水，缓慢滴加30 mL左右的浓盐酸使溶液显酸性（pH 1-2），剧烈搅拌下用氮气吹走丙酮，过滤，固体溶于200~400 mL异丙醇中，搅拌，过滤，将异丙醇溶液旋蒸浓缩干燥，将所得固体在正己烷中重结晶，得RAFT试剂十二烷基-2，2-二甲基乙酸三硫酯（DDATC）。

实施例2：以表面氨化的聚合物微球为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料的制备

将2 g表面氨化的聚合物微球分散于20 mL重蒸四氢呋喃中，加入4g（10mmol）DDATC，再加入1.2 g(6 mmol) DCC(二环己基碳二亚胺)，1.2 g NHS(10 mmol)（N-羟基琥珀酰亚胺），室温搅拌下反应48小时，过滤，分别用乙醇、丙酮多次洗涤，得到RAFT试剂修饰表面氨化的聚合物微球。

向schlenk管中加入2 g RAFT试剂修饰的聚合物微球，30 mL重蒸N,N-二甲基甲酰胺，4 g(20 mmol)间丙烯酰胺苯硼酸，0.032 g(0.2 mmol)偶氮二异丁腈，采用冷冻-解冻-抽真空脱气三次以上，氮气保护下在70 ℃油浴中反应24 h，反应结束后将schlenk管在冰浴中猝冷终止反应，冰甲醇沉淀，过滤，用N,N-二甲基甲酰胺洗涤，再用5%醋酸水溶液反复洗涤，真空干燥，得到高分子刷接枝硼酸亲和分离材料。

实施例3：以表面氨化的硅胶为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料的制备

将2 g表面氨化的硅胶分散于20 mL重蒸四氢呋喃中，加入4g（10 mmol）DDATC，再加入1.2 g DCC（6mmol）(二环己基碳二亚胺)，1.2 g NHS(10mmol)（N-羟基琥珀酰亚胺），室温搅拌下反应48小时，过滤，分别用乙醇、丙酮多次洗涤，得到RAFT试剂修饰表面氨化的硅胶。

向schlenk管中加入2 g RAFT试剂键合的硅胶，20 mL重蒸异丙醇，2 g(10 mmol)间丙烯酰胺苯硼酸，0.008 g(0.005 mmol)偶氮二异丁腈，采用冷冻-解冻-抽真空脱气三次以上，氮气保护下在60 ℃油浴中反应12 h，反应结束后将schlenk管在冰浴中猝冷终止反应，冰甲醇沉淀，过滤，用N,N-二甲基甲酰胺洗涤，再用5%醋酸水溶液反复洗涤，真空干燥，得到以表面氨化的硅胶为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料。

实施例4

将2 g表面氨化的磁性纳米粒子分散于20 mL重蒸四氢呋喃中，加入4 g（10 mmol）DDATC，再加入1.2 g DCC（6 mmol）(二环己基碳二亚胺)，1.2 g NHS(10mmol)（N-羟基琥珀酰亚胺），室温搅拌下反应48小时，过滤，分别用乙醇、丙酮多次洗涤，得到RAFT试剂修饰表面氨化的磁性纳米粒子。

向schlenk管中加入2 g RAFT试剂修饰的磁性纳米粒子，40 mL重蒸N,N-二甲基甲酰胺，4 g(20 mmol)间丙烯酰胺苯硼酸，0.016 g(0.1mmol)偶氮二异丁腈，采用冷冻-解冻-抽真空脱气三次以上，氮气保护下在80 ℃油浴中反应4 h，反应结束后将schlenk管在冰浴中猝冷终止反应，冰甲醇沉淀，过滤，用N,N-二甲基甲酰胺洗涤，再用5%醋酸水溶液反复洗涤，真空干燥，得到以表面氨化的磁性纳米粒子为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料。

实施例5

将2 g表面氨化的琼脂糖微球分散于20 mL重蒸四氢呋喃中，加入4g（10mmol）DDATC，再加入1.2 g DCC（6mmol）(二环己基碳二亚胺)，1.2 g NHS(10mmol)（N-羟基琥珀酰亚胺），室温搅拌下反应48小时，过滤，分别用乙醇、丙酮多次洗涤，得到RAFT试剂修饰的琼脂糖微球。

向schlenk管中加入2 g RAFT试剂修饰的聚琼脂糖微球，50 mL重蒸N,N-二甲基甲酰胺，6 g(30 mmol)间丙烯酰胺苯硼酸，0.048 g(0.3 mmol)偶氮二异丁腈，采用冷冻-解冻-抽真空脱气三次以上，氮气保护下在70 ℃油浴中反应16 h，反应结束后将schlenk管在冰浴中猝冷终止反应，冰甲醇沉淀，过滤，用N,N-二甲基甲酰胺洗涤，再用5%醋酸水溶液反复洗涤，真空干燥，得到以琼脂糖微球为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料。

实施例6：以表面氨化的聚合物微球为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料对儿茶酚的静态吸附

称取20 mg以表面氨化的聚合物微球为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料于50 mL离心管中，加入5 mL儿茶酚母液（浓度为1~1000 μg/mL，用pH=9的氨-氯化铵缓冲液配制），摇床上震荡20 min，4000 r/min离心5 min，取上清液，用反相高效液相色谱检测，该吸附剂对儿茶酚的最大吸附量为87 μmol/g。

实施例7：以表面氨化的硅胶为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料对腺嘌呤核苷的静态吸附

称取20 mg以表面氨化的硅胶为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料于50 mL离心管，分别加入5 mL腺嘌呤核苷母液（浓度为2~500μg/mL，用pH=9的氨-氯化铵缓冲液配制），摇床上震荡5 min，4000 r/min离心5 min，取上清液，用反相高效液相色谱检测，测得该条件下吸附剂对腺嘌呤核苷的最大吸附量为130 μmol/g。

实施例8：以表面氨化的磁性纳米粒子为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料对核苷的选择性

分别称取20 mg以表面氨化的磁性纳米粒子为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料8份于8支50 mL离心管中，分别向其中加入5 mL含胞嘧啶核苷、腺嘌呤核苷、鸟嘌呤核苷、尿嘧啶核苷浓度均为2 μg/mL，含2-脱氧胞嘧啶核苷、2-脱氧鸟嘌呤核苷、2-脱氧腺嘌呤核苷、胸腺嘧啶核苷浓度不同（浓度均为0 ~ 200 μg/mL）的核苷混合溶液（溶解在pH=9的氨-氯化铵缓冲液中），每个样品平行吸附2份。摇床上震荡1~2 min，经磁性分离后，用反相高效液相色谱检测。结果表明即使在有100倍脱氧核苷的存在下，该材料依然能够对含顺式邻二羟基的核苷进行良好的选择性吸附（图1）。

实施例9：以表面氨化的聚合物微球为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料对核苷的吸附动力学

称取20 mg以表面氨化的聚合物微球为基质的高分子刷接枝硼酸亲和分离材料6份于6支50 mL离心管中，分别向其中加入5 mL 2 μg/mL腺嘌呤核苷、鸟嘌呤核苷、尿嘧啶核苷（均溶解在pH=9的氨-氯化铵缓冲液中），摇床上分别震荡不同时间，4000 r/min离心，取上清液，用反相高效液相色谱检测核苷的吸附量，见图2。结果表明该材料对核苷的吸附能够在1 min内达到平衡。

Claims

1.如下结构式所示的分离材料，

。

2.权利要求1所述分离材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(2) 将正十二烷基硫醇和甲基三辛烷基氯化铵溶于丙酮中，依次加入二硫化碳、氯仿和氢氧化钠反应，最后加入盐酸调节溶液pH 1-2，过滤、重结晶得结构如下所示的RAFT试剂十二烷基-2，2-二甲基乙酸三硫酯，

3.根据权利要求2所述分离材料的制备方法，其特征在于：所述的表面氨化的固相基质为氨化聚丙烯酸、氨化硅胶、氨化琼脂糖或氨化磁性纳米粒子。

4.根据权利要求2所述分离材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中间丙烯酰胺苯硼酸与固相基质质量比为1:1~3:1，间丙烯酰胺苯硼酸与偶氮二异丁腈摩尔比为100:1~200:1，聚合温度为60 ~ 80 ℃，聚合反应时间为6 ~ 24 h。

5.权利要求1所述的分离材料在分离和富集含顺式邻二醇生物分子中的应用。