CN109651572B - 一种双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚合物整体柱制备领域，特别涉及一种双孔道亲水性双连续聚合物整体柱及其制备方法。采用自制的双亲性两嵌段含糖聚合物作为表面活性剂调控连续相乳液，同时该嵌段聚合物还是参与制备整体柱聚合反应的引发剂或链转移剂，结合小分子致孔剂，通过活性乳液聚合一步得到双孔道亲水性双连续聚合物整体柱。本发明制备的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱，整体柱骨架为聚苯乙烯，机械强度高，化学稳定性好，骨架外表面为含糖聚合物，亲水性好容易衍生，且整体柱孔道贯穿，具有超大孔和介孔两种孔道，在细胞培养、酶固定化以及蛋白质快速分离纯化领域具有广泛的应用空间。

Description

一种双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物整体柱制备领域，特别涉及一种双孔道亲水性双连续聚合物整体柱及其制备方法。
背景技术
随着现代生物科技的迅速发展，对蛋白质、病毒疫苗、质粒等生物大分子的研究利用越发广泛，但这些生物大分子大多空间结构复杂、易失活，因此如何选择合适的生物分离介质对其进行高效的分离成为研究热点。为了降低生物大分子在分离过程中的活性损失，在保证分离纯度的前提下应该尽可能缩短分离时间，以减少生物大分子被流体切割的程度，同时，要求分离介质的孔径一般要大于溶质分子10-20倍，否则生物大分子的扩散和传质都会受到限制(Polymer,2007,48:1981-1988)。传统的分离介质孔径一般在10-50nm左右，导致大分子量的蛋白质(直径1-100nm)、病毒疫苗(20-450nm)和质粒(直径150-250nm)等生物大分子很难进入内部孔道，只能停留在分离介质的外表面，介质的分离容量和分离效率明显降低。此外，目前应用较多的多糖类分离介质还存在机械强度低、无法高流速操作的问题。
上世纪90年代初诞生的整体柱是第四代色谱分离介质，它的最大优点就是流速快，渗透率高，溶质传质阻力小，尤其适用于生物大分子的快速分离分析。按基质组成分类，主要包括有机聚合物整体柱、无机硅胶整体柱以及有机-无机杂化整体柱。无机硅胶整体柱机械强度高，孔结构规整，但实验表明只在分离烷基苯、多肽等小分子方面表现良好，同时硅胶柱制备方法复杂，不耐酸碱(只能在pH2-8范围内使用)，对蛋白易产生不可逆吸附。有机聚合物整体柱虽然孔结构不如硅胶整体柱理想，但其制备方法简单、可选单体多元化、容易修饰衍生、机械强度和化学稳定性好，并且对蛋白等生物大分子的分离速度快有助于降低其活性损失，因此近年来作为新一代生物大分子分离介质受到了持续关注。
聚合物整体柱能够快速分离生物大分子，但在实际应用当中还存在一些问题。首先是柱分离容量和分离效率不高，无法与颗粒填充柱相比。研究者们认为主要原因是聚合物整体柱骨架为球状颗粒聚集而成，均匀性差，凝胶孔隙率高，并且骨架缺少介孔结构。活性自由基聚合技术用于整体柱制备可以有效控制成核和相分离过程，有利于形成更加均匀的双连续结构。Kanamori等(Adv.Mater.,2006,18:2407-2411)采用氮氧介导自由基聚合技术制备了聚(二乙烯基苯)整体柱，采用分子量13650的聚二甲基硅氧烷作为相分离剂诱导亚稳态分离，得到的整体柱具有类似硅胶整体柱的双连续结构，并且比表面积达到了600m2/g，但作者没有进一步表征这种整体柱的渗透性能和色谱分离性能。同样采用氮氧自由基聚合技术，Fréchet等(Macromolecules,2000,33:7769-7775)以不同链长脂肪醇作为致孔剂，制备了孔径可控(23.5-1024.1nm)的聚苯乙烯整体柱。Hillymer等(Science,2012,336:1422-1425)最近合成了一种聚乳酸链转移剂，结合聚环氧乙烷采用可逆加成-断裂链转移反应(RAFT)制备了具有亚微米级大孔和8-20nm介孔结构的聚苯乙烯整体柱。这种将宏观相分离和微观相分离进行可控组合的方法兼顾了整体柱的比表面积和传质速率，有关它的色谱应用非常值得期待。
其次是整体柱的生物相容性问题。目前用于分离生物大分子的聚合物整体柱主要有三类：聚苯乙烯类、聚丙烯酰胺类以及聚(甲基)丙烯酸酯类，但都有一定缺陷：聚苯乙烯类整体柱具有良好的机械强度和化学稳定性，但表面缺乏官能团只能用作反相模式，强疏水介质表面外加有机溶剂的使用会导致蛋白变性失活，要想应用只能亲水改性(Macromolecules 2001,34,4361–4369；ACS Appl.Mater.Interfaces,2014,6,12752-12760)。表面改性方法通常受介质表面功能基团数目限制，有时难以完全掩盖疏水表面，并且至少需要2步以上反应才能完成，步骤比较繁琐；聚丙烯酰胺类整体柱机械强度差，缺少固定的孔结构，可以用作固相萃取柱，很少作为色谱介质应用；聚(甲基)丙烯酸酯类整体柱是目前应用最广泛的生物大分子整体柱，通过引入甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯等亲水性单体，这类整体柱生物相容性得到有效提高，但酯类分子不耐酸碱，工业应用时存在清洗困难问题，影响了该类介质的长周期使用。如何开发一种机械强度高、化学稳定性和生物相容性良好的聚合物整体柱对色谱研究者来说同样是一个挑战。
综上所述，聚合物整体柱应用于生物大分子分离还存在分离效率低、机械强度差、生物相容性差等问题，制备一种理想的聚合物整体柱来克服上述问题仍是一种挑战。
发明内容
本发明克服了上述几类聚合物整体柱的不足，开发一种能同时兼顾机械强度、化学稳定性、生物相容性以及分离容量和分离效率的新型整体柱制备方法。采用自制的多功能双亲性两嵌段含糖聚合物为主导，通过活性自由基聚合得到整体柱。双亲性两嵌段含糖聚合物的多功能性表现在以下几个方面：1)可以调节油相和水相形成双连续相乳液；2)作为可逆加成-断裂链转移反应(RAFT)链转移剂或原子转移自由基聚合(ATRP)反应引发剂调控双连续相乳液进行活性自由基聚合，保证了聚合物骨架的均匀性和大孔的贯穿性，通过添加致孔剂还可以在骨架上得到介孔结构；3)双亲性两嵌段含糖聚合物的亲水链段在形成双连续相乳液时会自发排列在面向水通道的油相外表面，聚合后使聚合物整体柱具有类似多糖介质的亲水表面。该双孔道亲水性双连续(骨架连续，孔道连续)聚合物整体柱在细胞培养、酶固定化以及蛋白质快速分离纯化领域具有广泛的应用。
本发明采用的技术方案是：
一种双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备方法，主要包括以下步骤：
(1)以含糖单体作为聚合单体，采用ATRP或RAFT反应聚合制备线性聚合物，反应温度10-100℃；反应时间为1-20h；单体浓度为0.1-10M。对于ATRP反应，单体与引发剂的摩尔比范围10:1～200:1，催化剂的加入量与引发剂相同，配体的加入量为催化剂的0.5-3倍；对于RAFT反应，引发剂与RAFT试剂的摩尔比范围为0.05-2.0之间。反应溶剂可为甲苯、藜芦醚、苯、溴苯、氯苯、二氧六环、二甲基甲酰胺等有机溶剂中的一种；反应结束后，用四氢呋喃或者三氯甲烷稀释反应产物，对于ATRP反应，需要将产物过氧化铝柱除去催化剂，得到的溶液在正己烷、环己烷或石油醚中沉淀两次，离心后，所得高分子真空干燥后进入步骤(2)；
(2)利用步骤(1)制得的聚合物作为ATRP大分子引发剂或者RAFT大分子链转移剂，苯乙烯为单体，用ATRP或RAFT反应进一步聚合得到两嵌段聚合物，反应温度在50-130℃；反应时间为0.5-48h；单体与ATRP大分子引发剂或RAFT大分子链转移剂的摩尔比范围为50:1-600:1；反应结束后产品的处理步骤同步骤(1)；
(3)将步骤(2)得到的两嵌段聚合物进行酸解，利用强酸的水溶液，室温下与聚合物混合搅拌0.5-24h，透析冻干后得到双亲性两嵌段含糖聚合物；
(4)对于ATRP反应，需将苯乙烯、交联剂二乙烯基苯、步骤3)得到的双亲性两嵌段含糖聚合物、致孔剂、配体和催化剂混合配置成油相，搅拌至双亲性两嵌段聚合物和催化剂完全溶解；对于RAFT反应，应将苯乙烯、二乙烯基苯、双亲性两嵌段含糖聚合物、致孔剂和引发剂混合配制成油相；将盐溶解于去离子水中配置成水相；在搅拌条件下，将水相逐滴加入油相中，使油相与水相形成双连续乳液，通氮气除氧30分钟后将乳液用注射器加入到不锈钢或石英玻璃柱管中升温聚合，反应一段时间后得到聚合物整体柱。
(5)步骤(4)所得整体柱分别用乙醇和水进行清洗；室温真空干燥后得到双孔道亲水性双连续聚合物整体柱。
含糖单体是指分子中同时含有糖环和双键的功能性小分子，参考文献方法制备(JPolym Sci,Part A,1998,36:2473-2481；Macromolecules,1998,31:9121-9126)，优选的，步骤1)中所述的含糖单体为本发明中可用的含糖单体为3-O-甲基丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖、6-O-甲基丙烯酰基-双丙酮-D-半乳糖、3-O-甲代烯丙基-双丙酮-D-葡萄糖、3-O-丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖、6-O-丙烯酰基-双丙酮-D-半乳糖、对(双丙酮-D-葡萄糖-3-甲氧基)苯乙烯、对(双丙酮-D-半乳糖-6-甲氧基)苯乙烯的至少一种，但是并不局限以上几种。
Figure BDA0001917279560000041
A：3-O-甲基丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖(MDAGlu)；
B：6-O-甲基丙烯酰基-双丙酮-D-半乳糖(MDAGal)；
C：3-O-甲代烯丙基-双丙酮-D-葡萄糖(MAlDAGlu)；
D：3-O-丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖(DAGlu)；
E：6-O-丙烯酰基-双丙酮-D-半乳糖(DAGal)；
F：对(双丙酮-D-葡萄糖-3-甲氧基)苯乙烯(DAGluMS)；
G：对(双丙酮-D-半乳糖-6-甲氧基)苯乙烯(DAGalMS)。
优选的，步骤(1)中所述的反应体系中，对于ATRP反应，引发剂选自2-溴异丁酸乙酯、2-溴丙酸甲酯、2-碘异丁酸乙酯、苄基氯或2-溴丙腈或1-溴乙基苯或1-氯乙基苯等常见的ATRP反应引发剂的一种；配体是ATRP反应常用配体，如N,N,N,N’,N’-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)，二联吡啶(Bipy)、三[(2-二甲基氨基)乙基]胺(Me6TREN)、三苯基膦或三丁基膦等；催化剂为CuCl、CuBr、FeBr2、FeCl2等还原态过渡金属盐；反应温度30-75℃；反应时间为0.5-12h；单体浓度为1-3M。
优选的，步骤(1)中所述的反应体系中，对于RAFT反应，RAFT试剂选自4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸(CPADB)、2-氰基-2-丙基苯丙二硫(CPDB)、二硫代苯甲酸枯酯(CDB)、4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸(CDPT)、4-氰基-4-[(丙基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸(CPPT)或3-苄硫基硫代羰基硫代丙酸(BSPA)或2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸(DMPA)等常见RAFT试剂的一种；引发剂选自偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮二异庚腈(ABVN)、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化苯甲酰叔丁酯(TBPB)、烷基过氧化氢等常见油溶性引发剂的一种；也可以是它们的混合物。反应温度50-80℃；反应时间为0.5-20h；单体浓度1-5M。
通过步骤(1)得到的聚合物分子量范围在500-20000Da，优选为1000-8000Da。
步骤(2)中所述的ATRP反应体系中，催化剂和配体的选取和加入量同步骤(1)，反应可为溶液聚合也可以是本体聚合，当采用溶液聚合时溶剂可选甲苯、氯苯、藜芦醚、溴苯等有机溶剂的一种。所述的RAFT反应体系中，引发剂的选取和加入量同步骤(1)。
优选的，步骤(2)中的反应温度为90-120℃；反应时间4-18h；。
步骤(2)得到的嵌段聚合物的分子量大小和两嵌段比例的控制是关键步骤，它直接影响着步骤(3)最终得到的双亲性两嵌段含糖聚合物子的亲水亲油平衡值(HLB值)以及分子量大小。嵌段聚合物分子量和嵌段比例通过反应温度、反应时间以及单体与引发剂或链转移剂的加料量控制。
步骤(3)中所述的酸解可选用文献报道的三氟乙酸法(J Polym SCi,Part A,2005,43:752-762)和甲酸法(J Polym SCi,Part A,1998,36:2473-2481)。
步骤(3)中所得的双亲性两嵌段含糖聚合物的HLB值，采用Griffin’s公式进行计算，公式如下：
Figure BDA0001917279560000051
其中MH、ML、M分别为亲水基、疏水基、表面活性剂分子的分子量。
步骤(4)中所述的ATRP反应体系中，催化剂和配体的选取及用量同步骤(1)；所述的RAFT反应体系中，引发剂的选取及用量同步骤(1)。。
步骤(4)中所述的不锈钢或石英玻璃柱管规格同市场销售的规格一致，可以是毛细管柱，也可以是常规色谱柱。
步骤(4)中所述的双亲性两嵌段含糖聚合物的分子量范围2000-100000Da；HLB值范围2-8；双亲性两嵌段聚合物的用量为所有可聚合单体质量的5％-40％。通过选择双亲性两嵌段含糖聚合物的分子量、加入量以及它的HLB值可以控制双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的孔道结构。
优选的，步骤(4)中所述的双亲性两嵌段含糖聚合物的分子量范围5000-100000Da；HLB值范围为3-6；加入量为油相可聚合单体质量的5％-30％。
步骤(4)中盐为氯化钠、硫酸钠或硫酸镁等无机盐，含量为水相质量的0.01％-5％，优选0.1％-1％。所述水相与油相的质量比范围0.1:1-3:1，优选0.5:1-2:1。
步骤(4)中所述交联度5％-50％，优选15％-35％；致孔剂为甲苯、二甲苯、乙腈、氯仿等弱极性有机溶剂的一种，加入量为可聚合单体质量的5％-100％，优选15％-50％。
步骤(4)反应温度为50-130℃，反应时间5-48h。优选的，步骤(4)反应温度为65-95℃；反应时间为10-24h。
本发明还公开了，通过上述方法制备的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱，所述整体柱的骨架为交联的聚苯乙烯，整体柱外表面是亲水性多糖聚合物层。
所述的双孔道亲水性双连续聚苯乙烯整体柱，骨架连续，孔道连续，大孔孔径为0.05-5μm，小孔孔径为2-50nm，孔隙率为40-80％，比表面积5-300m2/g。
本发明的有益效果是：
本发明利用活性聚合方法制备HLB值和分子量均可控的双亲性两嵌段含糖聚合物，利用该聚合物作为油相表面活性剂，加入水相后调节得到双连续相乳液，所得乳液进一步活性聚合后得到双孔道亲水性双连续聚苯乙烯整体柱，整体柱骨架连续，机械强度高，外表面是亲水性良好的多糖聚合物层，孔道连续且具有双重孔道。这种双孔道亲水性双连续聚苯乙烯整体柱有效克服了目前聚合物整体柱存在的骨架不均匀、生物相容性差、机械强度低、比表面积低等缺陷，在细胞培养、酶固定化以及蛋白质快速分离领域具有很大的应用潜力。
附图说明
图1双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备示意图
图中标号1为水相；
标号2为油相；
标号3为油相中的苯乙烯、二乙烯基苯和致孔剂；
标号4为由双亲性两嵌段含糖聚合物形成的反胶团；
标号5代表乳化过程；
标号6为双连续相乳液；
标号7代表升温活性聚合过程；
标号8为双孔道亲水性双连续聚合物整体柱；
标号9代表整体柱中的介孔结构；
标号10代表整体柱骨架表面的含糖聚合物；
标号11代表整体柱中的大孔结构；
标号12代表双亲性两嵌段含糖聚合物；
标号13代表双亲性两嵌段含糖聚合物中可以进一步发生活性聚合的官能团(双硫酯键、三硫酯键、Br或Cl)；
标号14代表双亲性两嵌段含糖聚合物的亲水链段；
标号15代表双亲性两嵌段含糖聚合物的聚疏水链段。
图2为本发明实施例1中制备的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的照片
图3为本发明实施例1中双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的扫描电镜图；
图4为本发明实施例1中整体柱的孔道分布图；
图5为本发明实施例2中双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的扫描电镜图。
具体实施方法
本发明的具体实施方法如下：
实施例1：
1)利用ATRP反应合成聚3-O-甲基丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖(PMDAGlu)
室温下在Schlenk瓶中加入搅拌子，然后顺次加入溴化亚铜(5.9mg)、N,N,N,N’,N’-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)(7.1mg)、MDAGlu(0.98g)及3ml氯苯，经过三个液氮冷冻-抽气-充气-解冻循环过程，除去氧气。最后加入引发剂2-溴异丁酸乙酯(30.4mg)，50℃反应4h，用四氢呋喃溶解反应产物，稀释反应产物后过氧化铝柱除催化剂。得到的无色溶液用正己烷沉淀两次，室温下抽滤，真空干燥，得到0.6g PMDAGlu，经凝胶渗透色谱(GPC)检测分子量Mn＝4700。
2)利用ATRP反应合成聚3-O-甲基丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖-聚苯乙烯嵌段共聚物(PMDAGlu-PS)
室温下在Schlenk瓶中加入搅拌子，然后顺次加入溴化亚铜(7.8mg)、三[(2-二甲基氨基)乙基]胺(ME6TREN)(11.5mg)、苯乙烯(2.36g)，经过三个液氮冷冻-抽气-充气-解冻循环过程，除去氧气。最后加入引发剂PMDAGal(0.163g)，110℃反应12h，用四氢呋喃溶解反应产物，稀释反应产物后过氧化铝柱除催化剂。得到的无色溶液用甲醇沉淀两次，室温下抽滤，真空干燥，得到0.61g PMDAGlu-PS，GPC测得分子量Mn＝17690。
3)PMDAGLu-PS中的羟基脱除保护基团将得到的二嵌段聚合物(PMDAGlu-PS)(0.5g)称取出放于25mL锥形瓶中，向锥形瓶中加入三氟乙酸：水＝9:1的混合溶液10mL，室温下搅拌0.5h，得到的溶液在去离子水中透析2-3天，真空冻干得到白色粉末状产品(ADG)。得到双亲性两嵌段含糖聚合物的HLB＝4.3。
4)利用ATRP反应制备双孔道亲水性双连续聚合物整体柱在小烧杯中加入ADG(0.1g)，苯乙烯(0.625g)，二乙烯基苯(0.21g)，甲苯(0.47g)，PMDETA(20.8mg)，溴化亚铜(20mg)，搅拌使其溶解混合均匀，固体完全溶解。水相1.25g(其中包括1.25mg的NaCl)。在油相剧烈搅拌的情况下逐滴向其中加入水相，继续剧烈搅拌直至两相达到双连续乳液，通氮气除氧30min。将乳液加入到100mm×4.6mm i.d的不锈钢柱中，油浴75℃条件下反应24h。用乙醇和水清洗未反应的单体，真空干燥得到整体柱材料。所得双孔道亲水性双连续聚合物整体柱孔隙率76.3％，比表面积109m2/g,平均孔径1.6μm，照片见图2，扫描电镜见图3，孔径分布见图4。
实施例2
1)利用RAFT聚合合成3-O-丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖(PDAGlu)
室温下在5mL鸡心瓶中加入搅拌子，之后依次加入含糖单体DAGlu(0.7g)，链转移剂CPADB(30mg)，引发剂AIBN(2mg)以及溶剂二氧六环(1mL)，溶解混合均匀后利用氩气吹扫，除去体系中的氧气。之后在75℃下反应15h，用四氢呋喃稀释反应溶液，利用正己烷沉淀两到三次，利用离心法，得到固体产物，室温下真空干燥，得到0.37g PDAGlu，经过GPC测定分子量Mn＝3450。
2)利用RAFT聚合合成PDAGlu-PS
室温下在10mL鸡心瓶中加入搅拌次，之后依次加入一嵌段聚合物PDAGlu(0.3g)，引发剂AIBN(2.8mg)，苯乙烯(3.2g)以及溶剂二氧六环(3mL)，利用氩气吹扫除去氧气，最后在95℃下反应8h，得到1.06g PADAGlu-PS，GPC测得分子量为12700。
3)PADAGLu-PS中的羟基脱除保护基团
将得到的二嵌段聚合物(PADAGlu-PS)(0.5g)称取出放于25mL锥形瓶中，向锥形瓶中加入三氟乙酸：水＝9:1的混合溶液5mL，室温下搅拌0.5h，得到的溶液在去离子水中透析2-3天，真空冻干得到白色粉末状产品(AGD)。经过计算得到双亲性两嵌段含糖聚合物的HLB＝5.5。
4)利用RAFT反应制备双孔道亲水性双连续聚合物整体柱
在小烧杯中加入ADG(0.13g)，苯乙烯(0.625g)，二乙烯基苯(0.21g)，甲苯(0.32g)，引发剂AIBN(2mg)，搅拌使其溶解混合均匀，固体完全溶解。水相1.07g(其中包括1.25mg的NaCl)。在油相剧烈搅拌的情况下逐滴向其中加入水相，继续剧烈搅拌直至两相达到双连续乳液，通氮气除氧30min。将乳液加入到100mm×4.6mm i.d的不锈钢柱中，油浴75℃条件下反应24h。用乙醇和水清洗未反应的单体，室温真空干燥得到整体柱材料。所得双孔道亲水性双连续聚合物整体柱孔隙率50.3％，比表面积39.7m2/g,平均孔径513nm。
实施例3
1)利用ATRP反应合成3-O-丙烯酰基-双丙酮-D-半乳糖(PADAGlu)
室温下在Schlenk瓶中加入搅拌子，然后顺次加入溴化亚铜(5.48mg)、N,N,N,N’,N’-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)(7.65mg)、3-O-甲基丙烯酰基-双丙酮-D-半乳糖(MDAGal)(1.30g)及3.5ml甲苯，经过三个液氮冷冻-抽气-充气-解冻循环过程，除去氧气。最后加入引发剂1-溴乙基苯(18.3mg)，60℃反应4h，用三氯甲烷溶解反应产物，稀释反应产物后过氧化铝柱除催化剂。得到的无色溶液用甲醇沉淀两次，室温下抽滤，真空干燥，得到0.69g PMDAGal，经凝胶渗透色谱(GPC)检测分子量Mn＝6800。
2)利用ATRP反应合成3-O-丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖-聚苯乙烯嵌段共聚物(PADAGlu-PS)室温下在Schlenk瓶中加入搅拌子，然后顺次加入溴化亚铜(7.8mg)、ME6TREN(11.5mg)、苯乙烯(2.36g)，经过三个液氮冷冻-抽气-充气-解冻循环过程，除去氧气。最后加入引发剂PMDAGal(0.136g)，110℃反应12h，用四氢呋喃溶解反应产物，稀释反应产物后过氧化铝柱除催化剂。得到的无色溶液用甲醇沉淀两次，室温下抽滤，真空干燥，得到0.47gPMDAGlu-PS，GPC测得分子量Mn＝25000。
3)PADAGlu-PS中的羟基脱除保护基团
将得到的二嵌段聚合物(PADAGlu-PS)(0.5g)称取出放于25mL锥形瓶中，向锥形瓶中加入三氟乙酸：水＝9:1的混合溶液10mL，室温下搅拌0.5h，得到的溶液在去离子水中透析2-3天，真空冻干得到白色粉末状产品(AGD)。得到双亲性两嵌段含糖聚合物的HLB＝3.8。
4)利用ATRP反应制备双孔道亲水性双连续聚合物整体柱
在小烧杯中加入ADG(0.08g)，苯乙烯(0.67g)，二乙烯基苯(0.17g)，甲苯(0.38g)，ME6TREN(27.8mg)，溴化亚铜(20mg)，搅拌使其溶解混合均匀，固体完全溶解。水相1.25g(其中包括1.25mg的NaCl)。在油相剧烈搅拌的情况下逐滴向其中加入水相，继续剧烈搅拌直至两相达到双连续乳液，通氮气除氧30min。将乳液加入到150mm×3mm i.d的不锈钢柱中，油浴70℃条件下反应24h。用乙醇和水清洗未反应的单体，真空干燥得到整体柱材料。所得双孔道亲水性双连续聚合物整体柱孔隙率53.4％，比表面积57m2/g,平均孔径1.2μm。
实施例4
1)利用RAFT聚合合成PMDAGlu
室温下在5mL鸡心瓶中加入搅拌子，之后依次加入含糖单体MDAGlu(0.9g)，链转移剂CPDB(30mg)，引发剂AIBN(2mg)以及溶剂二氧六环(1mL)，溶解混合均匀后利用氩气吹扫，除去体系中的氧气。之后在75℃下反应15h，用四氢呋喃稀释反应溶液，利用正己烷沉淀两到三次，利用离心法，得到固体产物，室温下真空干燥，得到0.5g PADAGlu，经过GPC测定分子量Mn＝3700。
2)利用RAFT聚合合成PADAGlu-PS
室温下在10mL鸡心瓶中加入搅拌次，之后依次加入一嵌段聚合物PADAGlu(0.3g)，引发剂AIBN(2.8mg)，苯乙烯(3.2g)以及溶剂二氧六环(3mL)，利用氩气吹扫除去氧气，最后在95℃下反应7h，得到0.91g PADAGlu-PS，GPC测得分子量为11200。
3)PADAGLu-PS中的羟基脱除保护基团
将得到的二嵌段聚合物(PADAGlu-PS)(0.5g)称取出放于25mL锥形瓶中，向锥形瓶中加入三氟乙酸：水＝9:1的混合溶液10mL，室温下搅拌0.5h，得到的溶液在去离子水中透析2-3天，真空冻干得到白色粉末状产品(AGD)。经过计算得到双亲性两嵌段含糖聚合物的HLB＝4.5。
4)利用RAFT反应制备双孔道亲水性双连续聚合物整体柱
在小烧杯中加入ADG(0.13g)，苯乙烯(0.43g)，二乙烯基苯(0.43g)，甲苯(0.3g)，，引发剂AIBN(0.2mg)，搅拌使其溶解混合均匀，固体完全溶解。水相1.5g(其中包括2.5mg的NaCl)。在油相剧烈搅拌的情况下逐滴向其中加入水相，继续剧烈搅拌直至两相达到双连续乳液，通氮气除氧30min。将乳液加入到800mm×200μm i.d.的石英毛细柱管中，油浴70℃条件下反应24h。用乙醇和水清洗未反应的单体，真空干燥得到整体柱材料。所得双孔道亲水性双连续聚合物整体柱孔隙率73.4％，比表面积43m2/g,平均孔径973nm。
实施例5
1)利用RAFT聚合合成聚3-O-甲代烯丙基-双丙酮-D-葡萄糖(PMAlDAGlu)
室温下在5mL鸡心瓶中加入搅拌子，之后依次加入含糖单体MAlDAGlu(0.9g)，链转移剂CPDB(44.2mg)，引发剂AIBN(3.3mg)以及溶剂二氧六环(2mL)，溶解混合均匀后利用氩气吹扫，除去体系中的氧气。之后在75℃下反应15h，用四氢呋喃稀释反应溶液，利用正己烷沉淀两到三次，利用离心法，得到固体产物，室温下真空干燥，得到0.5g PMAlDAGlu，经过GPC测定分子量Mn＝2600。
2)利用RAFT聚合合成PMAlDAGlu-PS
室温下在10mL鸡心瓶中加入搅拌次，之后依次加入一嵌段聚合物PMAlDAGlu(0.4g)，引发剂AIBN(2.4mg)，苯乙烯(3.4g)以及溶剂二氧六环(3.3mL)，利用氩气吹扫除去氧气，最后在95℃下反应10h，得到1.6g PADAGlu-PS，GPC测得分子量为10500。
3)PMAlDAGlu-PS中的羟基脱除保护基团
将得到的二嵌段聚合物(PADAGlu-PS)(0.5g)称取出放于25mL锥形瓶中，向锥形瓶中加入三氟乙酸：水：四氢呋喃＝9:0.5:0.5的混合溶液10mL，室温下搅拌12h，得到的溶液在去离子水中透析2-3天，真空冻干得到白色粉末状产品(AGD)。得到双亲性两嵌段含糖聚合物的HLB＝3.5。
4)利用RAFT反应制备双孔道亲水性双连续聚合物整体柱
在小烧杯中加入ADG(0.1g)，苯乙烯(0.625g)，二乙烯基苯(0.21g)，甲苯(0.8g)，引发剂AIBN(0.5mg)，搅拌使其溶解混合均匀，固体完全溶解。水相1.735g(其中包括1.75mg的NaCl)。在油相剧烈搅拌的情况下逐滴向其中加入水相，继续剧烈搅拌直至两相达到双连续乳液，通氮气除氧30min。将乳液加入到100mm×4.6mm i.d的不锈钢柱中，油浴75℃条件下反应24h。用乙醇和水清洗未反应的单体，真空干燥得到整体柱材料。所得双孔道亲水性双连续聚合物整体柱孔隙率62.5％，比表面积237m2/g,平均孔径473nm。
实验例：
为了验证本发明的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的亲水性和机械强度，将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5所制备的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱和自制超大孔聚苯乙烯整体柱(用Span80代替ADG)对牛血清白蛋白(BSA)的吸附作用进行了对比。将实施例1中的整体柱连接到色谱系统，流动相：20％乙醇水溶液，测定其压力流速曲线。
双孔道亲水性双连续聚合物整体柱在3612cm/h的流速下，反压为1.32MPa，并且压力流速曲线在0-3612cm/h范围内都呈良好的线性关系，说明整体柱没有发生形变，机械性能良好。在pH7.0的磷酸盐缓冲液中，25℃时，不同双孔道亲水性双连续聚合物整体柱对牛血清白蛋白(BSA)的吸附作用，见表1。
表1 双孔道亲水性双连续聚合物整体柱与常规聚苯乙烯整体柱对BSA的吸附量对比
Figure BDA0001917279560000111
结果表明，pH7.0，25℃时，自制的超大孔聚苯乙烯整体柱对BSA的平衡吸附量为75.3mg/g，远高于本发明的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5所制备的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱对BSA的平衡吸附量。说明双孔道亲水性双连续聚合物整体柱表面由于含糖聚合物的存在，很好掩盖了整体柱的聚苯乙烯骨架。也就是说，本发明所制备的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱，内部骨架具有聚苯乙烯良好的机械性能和化学稳定性，外表面具有多糖类介质良好的亲水性和生物相容性，同时还具有连续贯穿孔道，流速快，背压低，是一种很有潜力的快流速蛋白质色谱基质。

Claims (8)

1.一种双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备方法，其特征在于步骤包括：
(1)以含糖单体作为聚合单体，采用原子转移自由基聚合反应(ATRP)或可逆加成-断裂链转移反应(RAFT)聚合制备线性聚合物，反应温度10-100℃；反应时间为1-20h；单体浓度为0.1-10M；含糖单体为3-O-甲基丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖、6-O-甲基丙烯酰基-双丙酮-D-半乳糖、3-O-甲代烯丙基-双丙酮-D-葡萄糖、3-O-丙烯酰基-双丙酮-D-葡萄糖、6-O-丙烯酰基-双丙酮-D-半乳糖、对(双丙酮-D-葡萄糖-3-甲氧基)苯乙烯、对(双丙酮-D-半乳糖-6-甲氧基)苯乙烯中的至少一种；对于ATRP反应，单体与引发剂的摩尔比范围10:1～200:1，催化剂的加入量与引发剂相同，配体的加入量为催化剂的0.5-3倍；对于RAFT反应，引发剂与RAFT试剂的摩尔比范围为0.05-2.0之间；反应溶剂为甲苯、藜芦醚、苯、溴苯、氯苯、二氧六环、二甲基甲酰胺中的一种；反应结束后，用四氢呋喃或者三氯甲烷稀释反应产物，对于ATRP反应，还需要将产物过氧化铝柱除去催化剂，得到的溶液在正己烷、环己烷或石油醚中沉淀两次，离心后，所得高分子真空干燥后进入步骤(2)；
(2)利用步骤(1)制得的聚合物作为ATRP大分子引发剂或者RAFT大分子链转移剂，苯乙烯为单体，用ATRP或RAFT反应进一步聚合得到两嵌段聚合物，反应温度在50-130℃；反应时间为0.5-48h；单体与ATRP大分子引发剂或RAFT大分子链转移剂的摩尔比范围为50:1-600:1；反应结束后产品的处理步骤同步骤(1)；
(3)将步骤(2)得到的两嵌段聚合物进行酸解，利用强酸的水溶液，室温下与聚合物混合搅拌0.5-24h，透析冻干后得到双亲性两嵌段含糖聚合物；
(4)对于ATRP反应，需将苯乙烯、交联剂二乙烯基苯、步骤3)得到的双亲性两嵌段含糖聚合物、致孔剂、配体和催化剂混合配置成油相，搅拌至双亲性两嵌段聚合物和催化剂完全溶解；对于RAFT反应，应将苯乙烯、二乙烯基苯、双亲性两嵌段含糖聚合物、致孔剂和引发剂混合配制成油相；将盐溶解于去离子水中配置成水相；在搅拌条件下，将水相逐滴加入油相中，使油相与水相形成双连续乳液，通氮气除氧30分钟后将乳液用注射器加入到不锈钢或石英玻璃柱管中升温聚合，反应一段时间后得到聚合物整体柱；
(5)步骤(4)所得整体柱分别用乙醇和水进行清洗；室温真空干燥后得到亲水性双连续聚合物整体柱。
2.根据权利要求1所述的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的ATRP反应体系中，引发剂为2-溴异丁酸乙酯、2-溴丙酸甲酯、2-碘异丁酸乙酯、苄基氯、2-溴丙腈、1-溴乙基苯或1-氯乙基苯的至少一种；配体为N,N,N,N’,N’-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)、二联吡啶(Bipy)、三[(2-二甲基氨基)乙基]胺(Me6TREN)、三苯基膦或三丁基膦的至少一种；催化剂为还原态过渡金属盐；反应温度30-75℃；反应时间为0.5-12h；单体浓度为1-3M。
3.根据权利要求1所述的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的RAFT反应体系中，RAFT试剂为4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸(CPADB)、2-氰基-2-丙基苯丙二硫(CPDB)、二硫代苯甲酸枯酯(CDB)、4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸(CDPT)、4-氰基-4-[(丙基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸(CPPT)、3-苄硫基硫代羰基硫代丙酸(BSPA)或2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸(DMPA)的至少一种；引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮二异庚腈(ABVN)、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化苯甲酰叔丁酯(TBPB)或烷基过氧化氢至少一种；反应温度50-80℃；反应时间为0.5-20h；单体浓度1-5M。
4.根据权利要求1所述的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所用的双亲性两嵌段含糖聚合物分子量范围2000-100000Da；HLB值范围为2-8；双亲性两嵌段含糖聚合物的用量为所有可聚合单体质量的5％-40％。
5.根据权利要求4所述的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述致孔剂为甲苯、二甲苯、乙腈、氯仿的至少一种；所述致孔剂的加入量范围为可聚合单体质量的5％-100％；交联度5-50％。
6.根据权利要求5所述的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的水相与油相的质量比范围0.1:1-3:1；水相中盐为氯化钠、硫酸钠或硫酸镁，含量为水相质量的0.01％-5％。
7.根据权利要求4-6任一项所述的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱的制备方法，其特征在于，步骤(4)反应时间5-48h；反应温度50-130℃。
8.一种由权利要求1所述的制备方法制得的双孔道亲水性双连续聚合物整体柱，其特征在于所述整体柱的骨架为交联的聚苯乙烯，骨架外表面是亲水性多糖聚合物；所述的聚合物整体柱骨架连续，孔道连续，大孔孔径为0.05-5μm，小孔孔径为2-50nm，孔隙率为40-80％，比表面积5-300m2/g。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116116390B (zh) * 2023-02-28 2024-01-26 中国石油大学(华东) 一种高强度多糖-无机纳米粒子复合整体柱及其制备方法

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JP2006015333A (ja) * 2004-05-31 2006-01-19 Showa Denko Kk 有機ポリマーモノリス、その製造方法、およびその用途
CN104558350B (zh) * 2013-10-12 2017-02-08 中国石油大学(华东) 一种亲水性超大孔聚合物微球及其制备方法
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