CN109382052B - 一种可视化全自动偶联反应装置 - Google Patents

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Abstract

一种可视化全自动偶联反应装置，可实现羧基和氨基的共价偶联，其特征在于：所述反应装置由活化室、光源、光电传感器、电磁铁和反应池构成；其中所述活化室用于羧基的EDC/sulfo‑NHS活化，并应用功能化磁性纳米颗粒为指示剂反映活化程度而启动后续的偶联反应；其中所述的光源和光电传感器用于捕捉羧基活化的信号，启动电磁铁；其中所述电磁铁用于分离指示剂和羧基活化液；其中所述反应池用于氨基与活化后的羧基共价偶联。本发明基于功能化磁性纳米颗粒的性质实现羧基活化的可视化及偶联反应控制的自动化，有效解决EDC/sulfo‑NHS偶联反应的偶联效率低和重复性差的问题，可广泛应用于科研和生产，具有广阔的市场前景。

Description

一种可视化全自动偶联反应装置
技术领域
本发明涉及一种化学反应装置，具体说是涉及一种用于羧基和氨基EDC/sulfo-NHS偶联的可视化全自动反应装置。
背景技术
偶联反应是由两个分子通过化学反应而得到一个分子的过程，不仅可以用于有机合成，在生物、医药和检测分析等领域也得到广泛的应用。其中，羧基(-COOH)和氨基(-NH2)的偶联是一种重要的偶联反应，特别是在生物和医药领域具有广泛的应用。
EDC/sulfo-NHS偶联反应因具有反应速度快、副反应少、操作简单和生物活性保持率高的优点，是羧基和氨基偶联中应用最广的偶联法，特别是用于酶、抗体等蛋白质与其他分子的偶联，其反应式如下：
反应物1(-COOH)+EDC→活性酯中间体
活性酯中间体+反应物2(-NH2)→反应物1和反应物2的偶联物
EDC/sulfo-NHS偶联反应的第一步是反应物1羧基的活化，反应物1的羧基在EDC存在的条件下被活化生成非常容易水解的活性酯中间体，sulfo-NHS的存在可以适当延缓该中间体的水解速度；EDC/sulfo-NHS偶联反应的第二步在反应物1羧基活化后加入具有氨基的反应物2，反应物2和活性酯中间体反应，生成酰胺键将反应物1和反应物2共价偶联。可见，EDC/sulfo-NHS偶联反应因活性酯中间体的极不稳定而导致偶联效率低和重复性差，不仅影响反应原料利用率造成资源浪费，还影响偶联产物的稳定性，阻碍其应用。如何提高EDC/sulfo-NHS偶联反应的偶联效率及其重复性，是长期困扰着相关领域的研发和生产人员的问题。
准确掌握EDC/sulfo-NHS偶联反应中反应物羧基的活化过程，精准把握反应物2的添加时间，使反应物2和活性酯中间体的反应时间最优化，是提高EDC/sulfo-NHS偶联反应的偶联效率和重复性的关键。为此，需要一种既可以实时反映反应物1的羧基活化程度，又对偶联反应没有干扰的指示剂，用于准确把握EDC/sulfo-NHS偶联反应的时间节点。
本发明设计一种功能化磁性纳米颗粒作为指示剂，用于实时反映反应物1的羧基活化程度，联合该功能化磁性纳米颗粒在反应物1羧基的活化过程中产生的光信号，启动反应物1和反应物2的偶联反应，实现EDC/sulfo-NHS偶联反应的可视化和自动化，从而有效提高其偶联效率和重复性。
发明内容
本发明的目的正是基于功能化磁性纳米颗粒设计一种用于羧基和氨基EDC/sulfo-NHS偶联的可视化全自动反应装置。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明是一种用于羧基和氨基EDC/sulfo-NHS偶联的可视化全自动反应装置，所述反应装置由活化室、光源、光电传感器、电磁铁和反应池构成；其中所述活化室用于偶联反应物1羧基的EDC/sulfo-NHS活化，活化过程中使用功能化磁性纳米颗粒为指示剂反映活化程度而启动后续的偶联反应；其中所述的光源用于产生平行单色光，透过活化室而被光电传感器检测；其中所述光电传感器用于接收来自光源的因功能化磁性纳米颗粒在羧基EDC/sulfo-NHS活化过程中发生变化而产生的光信号，并启动电磁铁；其中所述电磁铁是在接收到启动信号后产生磁场，使活化室的功能化磁性纳米颗粒和活化后的偶联反应物1分离，后者被自动转移到反应池中；其中所述反应池用于偶联反应物2的氨基与活化后的偶联反应物1的羧基的共价偶联。
本发明具有以下有益效果：
本发明是一种用于羧基和氨基EDC/sulfo-NHS偶联的可视化全自动反应装置，应用功能化磁性纳米颗粒为指示剂，联合光电信号的变化，实现偶联反应物1羧基EDC/sulfo-NHS活化的可视化及偶联反应控制的自动化，有效解决EDC/sulfo-NHS偶联反应遇到的偶联效率低和重复性差的问题，不但可以节省偶联原料，还能改善和拓宽该偶联反应在各个领域中的应用。此外，本发明结构简单、操作方便及成本较低，可广泛配备到科研实验室及生产车间，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明用于羧基和氨基EDC/sulfo-NHS偶联的可视化全自动反应装置实施例1的结构示意图。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步描述，但并不限制本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例的用于羧基和氨基EDC/sulfo-NHS偶联的可视化全自动反应装置，由1-稳压电源、2-光源、3-单色器、4-活化室、5-进样管、6-电磁铁、7-反应池、8-微型控制单元(MCU)和9-光电传感器构成。其工作原理如下：
(1)通电：装置接通220V交流电源，光源、光电感应器、电磁铁和微型控制单元(MCU)同时通电，其中稳压电源给光源提供稳定电压以保证光源的稳定性，单色器把光源产生的光变为波长为300nm的平行单色光；
(2)活化：在活化室中加入300μLMES缓冲液(pH 6.0)、50μL粒径为200nm的羧基化磁珠溶液(50mg/mL)和1mg含羧基的反应物1，充分搅拌使磁珠处于悬浮状态后，依次加入1mol/L Sulfo-NHS溶液和1mol/L EDC溶液各100μL并搅拌均匀，光电传感器持续监测活化室的透光率；
(3)偶联：当光电传感器检测到透光率达到30％时，微型控制单元(MCU)就发出指令，启动电磁铁让功能化磁性纳米颗粒和溶液彻底分离，同时活化室的溶液经进样管被自动转移到反应池中(已在反应池中提前加入500μL含氨基的反应物2)，在室温条件下反应2小时，完成反应物1羧基和反应物2氨基的偶联，生成反应物1和反应物2的偶联物。

Claims (1)

1.一种可视化全自动偶联反应装置，可实现偶联反应物1的羧基和偶联反应物2的氨基的共价偶联，其特征在于：所述偶联反应装置由活化室、光源、光电传感器、电磁铁和反应池构成；其中所述活化室用于偶联反应物1羧基的EDC/sulfo-NHS活化，活化过程中使用功能化磁性纳米颗粒为指示剂反映活化程度而启动后续的偶联反应；其中所述的光源用于产生平行单色光，透过活化室而被光电传感器检测；其中所述光电传感器用于接收来自光源的因功能化磁性纳米颗粒在羧基EDC/sulfo-NHS活化过程中发生变化而产生的光信号，并启动电磁铁；其中所述电磁铁是在接收到启动信号后产生磁场，使活化室的功能化磁性纳米颗粒和活化后的偶联反应物1分离，后者被自动转移到反应池中；其中所述反应池用于偶联反应物2的氨基与活化后的偶联反应物1的羧基的共价偶联；其中所述功能化磁性纳米颗粒是直径在100纳米到500纳米之间的表面羧基化修饰的四氧化三铁颗粒。
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