CN108479413A - 一种用于小分子多肽的分离膜制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于分离膜制备领域，特别涉及一种用于小分子多肽的分离膜制备方法。在配有聚四氟乙烯搅拌器、冷凝管的三口烧瓶中，加入硅源前驱体γ‑氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和无水乙醇，充分溶解后加入去离子水，并向其中逐滴滴加氨水，搅拌并升温至溶液沸腾，冷凝回流10～12小时后，即得APTES溶胶。将APTES溶胶涂覆于无机陶瓷支撑体上，在He气氛下高温煅烧得到分离膜，分离膜截留分子量(MWCO)<150Da(g/mol)，在多肽水溶液分离过程中表现良好，水渗透率为3.7×10‑11m3/(m2·s·Pa)，多肽的截留率高达97.2％。

Description

一种用于小分子多肽的分离膜制备方法
技术领域
本发明属于分离膜制备领域，特别涉及一种用于小分子多肽的分离膜制备方法。
背景技术
一些包含特殊氨基酸序列的小分子多肽具有特殊的生物功能，可为人体提供每日必需的氨基酸，协助体内营养物质的输送，调节人体免疫功能以及抗高血压、抗凝血等，因此这类小分子多肽可以制成天然营养品、药品，或者作为食品和化妆品的天然营养添加剂。生产多肽的过程中，系统的纯化方法主要有溶剂提纯，树脂吸附，多效蒸馏等。但这些方法存在污染大，收率低，生产成本高等缺点。膜分离技术由于其过程无相变，高选择性，以及污染小等特点，正在成为一种新型分离方法。
本发明通过在生产工艺中引入膜分离技术，来提高多肽产品的质量并减轻污染问题。小分子多肽的分子量一般为200～2000，从多肽水溶液中分离多肽时，要求分离膜必须非常致密才能满足截留小分子多肽的条件。为了实现分离多肽的目标，本发明采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)作为新的硅源前躯体，通过碱催化的溶胶-凝胶法制备出新型杂化硅膜。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供了一种用于小分子多肽的分离膜制备方法，根据本发明方法制备的多肽分离膜的截留分子量(MWCO)<150Da(g/mol)，可利用该分离膜通过分子筛分原理从水溶液中分离出高纯度的多肽，大大减少传统纯化方法带来的损失。
具体制备方法如下：
(1)在配有聚四氟乙烯搅拌器、冷凝管的三口烧瓶中，加入无水乙醇和有机硅源前驱体APTES，充分溶解后加入去离子水，并逐滴滴加20wt％的氨水使体系的pH值为9～10，搅拌并升温至溶液沸腾，冷凝回流10～12小时后，即得APTES溶胶；
其中加热温度为80℃左右，搅拌转速为400～500rpm，各组分的摩尔比为APTES:EtOH:H2O＝1:120:60；
(2)将上述APTES溶胶涂覆于无机陶瓷支撑体上，在250～300℃的He气氛下煅烧成膜。
其中无机陶瓷支撑体材料为α-Al2O3陶瓷。
本发明的原理如下：
传统硅源前驱体在酸催化下，通过不断水解、聚合首先形成线性为主的链式硅网络结构，链之间再不断交联，最终容易形成粒径分布较宽，交联度较低的无定型硅网络结构。由此制备的分离膜孔径分布较宽，截留分子量较高，在进行小分子多肽分离时截留效果不好。而本发明使用氨水作为碱催化剂提高反应速率，通过改变溶胶-凝胶制备工艺，将溶胶在冷凝回流条件下加热至沸腾并保持10～12小时。在高温下，硅网络中Si-OH进一步缩合，提高了硅网络的交联度。冷凝回流避免了高温条件下溶剂的挥发，保证了溶胶浓度的恒定，最终制备出粒径分布窄，交联度高的聚合硅溶胶。同时本发明采用含有氨基的硅源前驱体—γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，其水解后形成具有弱酸性的硅醇(Si-OH)在NH3·H2O的条件下很快被中和，形成强碱基SiO-，而带负电的强碱基团吸引着周围溶液中的NH+，从而形成一种内负外正的电荷稳定结构。这样的结构之间具有静电排斥能力，从而阻止新生粒子通过吸引溶质的方式生长，有利于形成小粒径且稳定的聚合溶胶。
本发明的有益效果为：本发明通过使用特定结构的硅源前驱体APTES，改变溶胶-凝胶制备工艺，制备出MWCO<150Da的多肽分离膜。首先硅网络结构中引入的侧链官能团—氨丙基(-CH2CH2CH2NH2)，其对水分子具有很强的亲和力，有利于多肽溶液中水分子在膜中快速传输，提高了水通量。其次独特的碱催化工艺使制备出的膜具有致密的交联网络结构，其MWCO<150Da，用于多肽溶液的分离中，实现了较理想的分离效果。将此膜应用于多肽水溶液分离过程中，其截留分子量<150Da，表现出很高的多肽截留率。
附图说明
图1为实施例1的APTES前驱体的水解聚合反应机理图。
图1注释：常温下反应时溶胶中有许多硅醇(Si-OH)并没有发生缩合反应，加热至沸腾后Si-OH进一步缩合，提高了硅网络的交联度，减小了溶胶粒径。
图2(a)为实施例1中所制备的溶胶粒径分布图。
图2(b)为实施例2中所制备的溶胶粒径分布图。
图3为实施例1和实施例2中所制备的分离膜的截留分子量对比图。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明的技术特征，但本发明的保护范围并非限于下列实施例。
实施例1
(1)将1gAPTES充分溶解于24.97g无水乙醇中，然后在搅拌条件下逐滴加入4.88g去离子水，各组分的摩尔比为APTES:EtOH:H2O＝1:120:60，转速500rpm，上述搅拌过程进行5分钟，然后在溶液中逐滴滴加20wt％的氨水使体系的pH值为9～10，将混合溶液在搅拌条件下加热至沸腾，冷凝回流12小时后，即得APTES溶胶；
(2)将步骤(1)中制得的溶胶涂覆在α-Al2O3支撑体上，随后在300℃的He气氛下煅烧20min，重复以上操作3次，得到最终分离膜；
(3)使用分离膜对5wt％浓度的多肽HWH水溶液进行分离，在219nm处检测HWH的吸收，以计算含量。
实施例2
(1)将1gAPTES充分溶解于24.97g无水乙醇中，然后在搅拌条件下逐滴加入4.88g去离子水，各组分的摩尔比为APTES:EtOH:H2O＝1:120:60，转速500rpm，上述搅拌过程进行5分钟，然后在溶液中逐滴滴加20wt％的氨水使体系的pH值为9～10，常温下反应12小时，即得APTES溶胶；
(2)将步骤(1)中制得的溶胶涂覆在α-Al2O3支撑体上，随后在300℃的He气氛下煅烧20min，重复以上操作3次，得到最终分离膜；
(3)使用分离膜对5wt％浓度的多肽HWH水溶液进行分离，在219nm处检测HWH的吸收，以计算含量。
将实施例1、实施例2不同温度氨水催化下制备的多肽分离膜进行性能检测对比，检测结果如表1所示：
表1

Claims (9)

1.一种用于小分子多肽的分离膜制备方法，其特征在于，具体制备方法为：
在配有聚四氟乙烯搅拌器、冷凝管的三口烧瓶中，加入硅源前驱体γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和无水乙醇(EtOH)，充分溶解后加入去离子水，并向其中逐滴滴加氨水来调节体系的pH，搅拌并升温至溶液沸腾，冷凝回流10～12小时后，即得APTES溶胶，然后将APTES溶胶涂覆于无机陶瓷支撑体上，在He气氛下高温煅烧得到分离膜。
2.如权利要求1所述的用于小分子多肽的分离膜制备方法，其特征在于：各组分的摩尔比为APTES:EtOH:H2O＝1:120:60。
3.如权利要求1所述的用于小分子多肽的分离膜制备方法，其特征在于：采用氨水调节体系的pH值为9～10。
4.如权利要求1所述的用于小分子多肽的分离膜制备方法，其特征在于：所述的搅拌转速为400～500rpm。
5.如权利要求1所述的用于小分子多肽的分离膜制备方法，其特征在于：反应过程是在密闭体系中进行的，通过冷凝回流装置来避免溶剂挥发，保持溶胶浓度恒定。
6.如权利要求1所述的用于小分子多肽的分离膜制备方法，其特征在于:所述的APTES溶胶在无机陶瓷支撑体上涂覆进行2～3次。
7.如权利要求1所述的用于小分子多肽的分离膜制备方法，其特征在于：所述的煅烧温度为250～300℃。
8.如权利要求1所述的用于小分子多肽的分离膜制备方法，其特征在于：所述的煅烧时间为20～25min。
9.如权利要求1所述的用于小分子多肽的分离膜制备方法，其特征在于：所述的无机陶瓷支撑体材料为α-Al2O3陶瓷。
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