CN111097560B - 一种基于二次成形的移液器吸头、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二次成形的移液器吸头、制备方法及应用，属于微型固相萃取技术领域，包括以下步骤：S1：二次成形；S2：后修饰。在所述步骤S1中，二次成形的方式为加热、加压与注模中的一种或多种结合，在所述步骤S1中，二次成形后的形状根据SPE的要求确定。本发明基于商品化移液器吸头的二次定形和物理或化学后修饰改性而成，在保留商品化一次成形移液器吸头所提供的优点的同时；还具有免填充吸附剂、更高的萃取效率以及可定制的形状和尺寸等优点，能更好地满足不同的分析目的与要求；而且该二次成形后修饰移液器吸头的制备方法简单，在应用方面也具有样品用量少、普适性强等优点。

Description

一种基于二次成形的移液器吸头、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及微型固相萃取技术领域，具体涉及一种基于二次成形的移液器吸头、制备方法及应用。

背景技术

随着分离分析技术的不断进步，样品消耗量少、分析速度快以及高通量等分析要求不断提高，操作和装置的微型化成为了近年来固相萃取(SPE)技术领域的一个发展趋势。基于移液器吸头(PT)的固相萃取技术(PT-SPE)已被证明是一种有效、便捷的微型分离、纯化和富集技术。该技术仅通过移液器反复吸取和移除操作即可实现分离分析。由于操作简便、分析快速、样品消耗量少以及吸附剂封装灵活等优势，PT-SPE已吸引了大量科学家们的关注并使其逐渐成为了微型化萃取领域的主要技术手段。PT-SPE已被广泛应用于药物分析、食品检测、环境分析和生化分离以及疾病诊断等领域。

大部分现有PT-SPE装置是由移液器吸头、吸附剂和滤头(如多孔砂芯熔块、脱脂棉和玻璃纤维丝等)组成，滤头包括上下两个，一个置于移液器吸头下端允许溶液通过，另一个置于移液器上端避免移液器被溶剂污染，吸附剂则置于两个滤头中间。

具有该结构的PT-SPE装置不仅制造步骤繁琐，而且存在由于滤头松动而导致吸附剂泄露的风险，这不仅会影响SPE的过程与结果，还可能会污染移液器。更重要的是，所有滤头-吸附剂-滤头夹心结构组成的PT-SPE装置都存在一个无法避免的问题，即粒径小于滤头孔径的吸附剂不能被用于萃取，这样以来许多高容量的纳米吸附材料无法用于PT-SPE，使其应用范围受到极大的限制。虽然多孔聚合物整体材料封装的移液器吸头可直接用于SPE而不需要固定滤头，在药物分析、蛋白质和多肽分离分析等方面也获得了应用，但这类PT-SPE装置的液体流动性相对较差，萃取容量因为聚合物材料的量少也受到限制，而且聚合物整体材料从移液器吸头内壁脱落的风险也不可预知。此外，由于PT-SPE是一项相对而言较新的分离与富集技术，商品化吸附剂的种类与数量有限，因此在常规分析中比传统SPE装置的成本仍然更高。这些因素均限制了PT-SPE在分离分析领域中的应用。为此，提出一种基于二次成形的移液器吸头、制备方法及应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有的PT-SPE装置制备过程繁琐，吸附剂存在泄漏的风险，提供了一种基于二次成形的移液器吸头的制备方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

S1：二次成形

对任意规格的商品化移液器吸头进行二次成形，得到二次成形后的移液器吸头；

S2：后修饰

利用可自聚合的化合物在水相或有机相中的自聚合对步骤S1中经过二次成形的移液器吸头进行后修饰，得到表面含有满足SPE要求的官能团的移液器吸头。

更进一步的，在所述步骤S1中，二次成形的方式包括加热、加压与注模等方式。

更进一步的，在所述步骤S1中，二次成形后的形状根据SPE的要求确定。

更进一步的，二次成形后的形状为拉伸细长形、内置滤头的拉伸细长形、自卷曲形、灯笼形或其他任意可二次成形的形状。

更进一步的，在所述步骤S1中，移液器吸头的规格可多种多样，包括但不限于10μL、200μL、1000μL、5mL和10mL等规格。

更进一步的，在所述步骤S2中，后修饰的方式包括物理修饰和化学修饰，物理修饰为物理涂覆聚合物，化学修饰为化学交联。

更进一步的，在所述步骤S2中，官能团包括但不限于取代苯硼酸、氨基、羧基、巯基、烷基链、不饱和键、芳环或杂环等能发生特定相互作用的基团，作用方式可能为可逆共价结合、静电作用、疏水相互作用等。

更进一步的，在所述步骤S2中，可自聚合化合物是硅烷化试剂或其他能在一定条件下发生自聚合反应且可控性好的单体，如多巴胺及其衍生物、苯胺、间氨基苯硼酸、丙烯酰胺等。

本发明还提供了一种基于二次成形的移液器吸头，通过上述制备方法制得。

本发明还提供了一种基于二次成形的移液器吸头的应用，将所述基于二次成形的移液器吸头用于固相萃取工作中。

更进一步的，所述固相萃取的应用包括但不限于顺式二羟基化合物、有机染料和芳环类化合物的萃取、分离、纯化、富集和检测，尤其是复杂样品中核苷类顺式二羟基化合物的萃取，该移液器吸头的萃取效率高、样品消耗量少，还具有操作简便、萃取速度快、成本低廉等优点。

本发明相比现有技术具有以下优点：该基于二次成形的移液器吸头、制备方法及应用，基于商品化移液器吸头的二次定形和物理或化学后修饰改性而成，在保留商品化一次成形移液器吸头所提供的优点的同时；还具有免填充吸附剂、更高的萃取效率以及可定制的形状和尺寸等优点，能更好地满足不同的分析目的与要求；而且该二次成形后修饰移液器吸头的制备方法简单，在应用方面也具有样品用量少、普适性强等优点，是一种高效、便捷和通用的SPE支持介质，值得被推广使用。

附图说明

图1为本发明的整体技术方案的原理示意图；

图2是本发明实施例二中二次成形管状移液器吸头的制备过程示意图；

图3是本发明实施例三中二次成形自卷曲状移液器吸头的制备过程示意图；

图4是本发明实施例四中内置滤头的二次成形管状移液器吸头的制备过程示意图，其中图e是图d的局部放大图；

图5是本发明实施例四中内置滤头的二次成形管状移液器吸头直接用于几种浑浊样品萃取示意图，其中标号为1的移液器吸头中是含有果粒的果汁，标号为2的移液器吸头中是泥水，标号为3的移液器吸头中是染料废水，标号为4的移液器吸头中是生牛乳；

图6是本发明实施例二中不同规格移液器吸头的二次拉伸成形后的外观图；

图7是本发明实施例二与三中二次成形移液器吸头的扫描电子显微镜图，其中图a和图b表示二次拉伸管状吸头，图c和图d表示二次拉伸自卷曲状吸头，图a和图c的左上角为相应的移液器吸头示意图；

图8是本发明实施例六中氨基功能化二次成形移液器吸头的X射线能量散射表征图，其中图a表示二次成形吸头未功能化的外表面，图b表示二次成形吸头氨基功能化的内表面；

图9是本发明实施例六中硼酸功能化二次成形移液器吸头的X射线能量散射表征图，其中图a表示未功能化的二次成形吸头，图b表示硼酸功能化的二次成形吸头；

图10是本发明实施例六中辛基功能化二次成形吸头的X射线能量散射表征图，其中图表示二次成形吸头未功能化的外表面，图b表示二次成形吸头辛基功能化的内表面；

图11是本发明实施例七中硼酸功能化和未功能化移液器吸头对几种化合物的保留结果示意图，其中A表示硼酸功能化的二次成形管状吸头(拉伸长度为45cm)，B表示硼酸功能化的商品化一次成形吸头，C表示氨基功能化的二次成形管状吸头(拉伸长度为45cm)；

图12是本发明实施例八和九中氨基和辛基修饰后的移液器吸头对不同化合物的萃取结果示意图，其中A表示氨基修饰的和未修饰的二次成形吸头对几种有机小分子染料的萃取结果，B表示氨基修饰的和未修饰的商品化一次成形吸头对相同染料的萃取结果，C表示辛基修饰的和未修饰的二次成形吸头对几种芳环化合物的萃取结果，D表示辛基修饰的和未修饰的商品化一次成形吸头对相同芳环化合物的萃取结果；

图13是本发明实施例十中二次成形移液器吸头的拉伸长度与萃取效率的关系示意图，其中A表示拉伸长度为45cm的硼酸功能化吸头和商品化一次成形的硼酸功能化吸头对几种顺式二羟基化合物萃取量的对比，B表示腺苷的萃取量随二次成形硼酸功能化吸头拉伸长度的变化关系(箭头表示商品化一次成形的硼酸功能化吸头对腺苷的萃取容量)，C表示拉伸长度为60cm的氨基功能化吸头和商品化一次成形的氨基功能化吸头对几种染料的萃取容量对比，D表示拉伸长度为60cm的辛基功能化吸头与商品化一次成形的辛基功能化吸头对几种芳环化合物的萃取容量对比；

图14是本发明实施例十三中硼酸功能化的二次成形吸头萃取人尿液样品中的核苷的萃取结果示意图，其中A是人尿液样品(a)和尿液萃取物(b)的紫外吸收光谱图，B是几种核苷标准样品的紫外吸收光谱图，C是人尿液样品(a)、人尿液样品经硼酸功能化二次成形吸头萃取后剩余部分(b)、肌苷(c)、鸟苷(d)、尿苷(e)、胞苷(f)、腺苷(g)和硼酸功能化二次成形吸头对尿液样品的萃取物(h)的高效液相色谱图，D是尿液(a)和硼酸功能化二次成形吸头萃取尿液样品(b)的电喷雾离子化质谱图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

需要说明的是，本发明中所用的超纯水是指经过美国密理博公司Milli-QAdvantage A10超纯水净化系统得到的水。

实施例一

本实施例提供一种技术方案：一种基于二次成形的移液器吸头的制备方法，包括以下步骤：

S1：移液器吸头的二次成形

将商品化移液器吸头均匀加热，使其充分软化，然后从移液器吸头的两端往外拉伸并进行二次成形，冷却定形后即得到二次成形的移液器吸头；

S2：二次成形后移液器吸头的表面后修饰

将步骤S1得到的二次成形移液器吸头分别用超纯水和乙醇清洗干净并干燥，再利用可自聚合的化合物在水相或有机相中的自聚合在吸头内壁形成含有特定官能团的聚合物层，依据SPE目的决定是否进一步修饰其他的官能团，从而得到二次成形后修饰的移液器吸头。该聚合物层在萃取过程中起到吸附剂的作用，免去了传统萃取装置中吸附剂填充的步骤，不仅简化了萃取装置的制备过程，还能规避吸附剂填充型SPE装置可能存在的诸多问题，如吸附剂存在泄漏风险、无法使用粒径比筛板孔径小的吸附材料等。

本实施例还提供了一种基于二次成形的移液器吸头，通过上述制备方法制得。

在所述步骤S1中，二次成形后的形状根据SPE的要求确定，二次成形后的形状为拉伸细长形、内置滤头的拉伸细长形、自卷曲形、灯笼形或其他任意可二次成形的形状。

在所述步骤S1中，移液器吸头的规格可多种多样，包括但不限于10μL、200μL、1000μL、5mL和10mL等规格。

在所述步骤S2中，后修饰的方式包括物理修饰和化学修饰，物理修饰为物理涂覆聚合物，化学修饰为化学交联。

在所述步骤S2中，官能团包括但不限于取代苯硼酸、氨基、羧基、巯基、烷基链、不饱和键、芳环或杂环等能发生特定相互作用的基团，作用方式可能为可逆共价结合、静电作用、疏水相互作用等。

在所述步骤S2中，可自聚合化合物是硅烷化试剂或其他能在一定条件下发生自聚合反应且可控性好的单体，如多巴胺及其衍生物、苯胺、间氨基苯硼酸、丙烯酰胺等。

本实施例还提供了一种基于二次成形的移液器吸头的应用，将所述基于二次成形的移液器吸头用于固相萃取工作中。

所述固相萃取的应用包括但不限于顺式二羟基化合物、有机染料和芳环类化合物的萃取、分离、纯化、富集和检测，尤其是复杂样品中核苷类顺式二羟基化合物的萃取，该移液器吸头的萃取效率高、样品消耗量少，还具有操作简便、萃取速度快、成本低廉等优点。

实施例二

二次成形管状移液器吸头的制备

制备路线如图2所示。首先将任意规格的吸头均匀加热(此处以1mL规格的吸头为例)，使其充分软化。然后从吸头的两端进行拉伸，拉伸到合适长度后放置冷却至室温，待完全冷却定形后即可得到二次成形管状吸头。所得吸头的外观和形貌见图6和扫描电镜(SEM)照片(图7a和7b)。

实施例三

二次成形自卷曲状移液器吸头的制备

制备路线如图3所示。将商品化一次成形吸头均匀加热，使其充分软化。然后将软化的一端固定在圆柱体上，对另一端进行拉伸，同时均速旋转圆柱体，使软化的吸头不断拉长并规则地卷曲在圆柱体表面。拉伸卷曲到合适长度后放置冷却至室温，待完全冷却定形后将二次成形的吸头从圆柱体上取下即可得到二次成形自卷曲状吸头。所得吸头的外观和形貌见扫描电镜(SEM)图(图7c和7d)。

实施例四

内置滤头的二次成形管状移液器吸头的制备

制备路线如图4所示。首先将具有一定孔径的滤头置于吸头内并塞紧，然后在靠近滤头的位置均匀加热吸头，使其充分软化。接着从吸头的两端进行拉伸，拉伸到合适长度后放置冷却至室温，待完全冷却定形后即可得到内置滤头的二次成形管状吸头。相比其它的移液器吸头而言，内置滤头的二次成形吸头可直接用于浑浊样品(如果粒果汁、泥水、染料废水、生牛乳等)的萃取而不需要任何其他的预处理步骤，如图5所示。

实施例五

移液器吸头的后修饰

(1)移液器吸头的氨基功能化

将实施例二中制得的二次成形管状吸头和商品化的商品化一次成形吸头分别用3mL水和乙醇清洗，然后置于60℃真空干燥。将干燥的吸头装满含10％(v/v)氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的水溶液(pH 7.0)，密闭后60℃反应4小时。接着吹干吸头内残留的试剂，并在60℃放置12小时。最后将所得吸头分别用3mL水和乙醇清洗，这样就制得了氨基功能化的移液器吸头。

(2)移液器吸头的硼酸功能化

将经步骤(1)制得的氨基功能化的吸头装满含有4-醛基苯硼酸(2mg/mL)和氰基硼氢化钠(2mg/mL)的乙醇溶液，密闭后40℃反应10小时。然后将所得吸头分别用5mL乙醇和磷酸盐缓冲溶液(0.1M，pH 8.5)清洗即可得到硼酸功能化的移液器吸头。

(3)移液器吸头的辛基功能化

将实施例二中制得的二次成形管状移液器吸头和商品化的商品化一次成形移液器吸头分别用水和乙醇清洗3次，然后置于60℃真空干燥。将干燥的移液器吸头装满含有10％(v/v)正辛基三乙氧基硅烷的四氢呋喃(THF)溶液，密闭后60℃反应10小时。然后将所得移液器吸头分别用3mL THF和乙醇清洗即可得到辛基功能化的移液器吸头。

实施例六

后修饰二次成形移液器吸头中Si、B、C相对含量的测定

将实施例五中制得的不同官能团修饰的二次成形吸头用能量散射X射线光谱表征元素含量变化，氨基、硼酸和辛基修饰的二次成形移液器吸头的表征结果分别如图8、9和10所示。显然，Si、B和C等元素相对含量的明显变化证明了移液器吸头的后修饰是成功的。

实施例七

硼酸功能化移液器吸头选择性识别顺式二羟基化合物的考察

称取等质量的下列几种样品溶于磷酸盐缓冲液中(0.1M，pH 8.5)，每个样品均为1mg/mL，包括邻苯二酚、间苯二酚、腺苷、脱氧鸟苷、辣根过氧化物酶(HRP)、牛血清白蛋白(BSA)、鸡卵清白蛋白(OVA)和木瓜蛋白酶。用紫外-可见吸收光谱法考察硼酸功能化的商品化一次成形和二次成形管状(有效萃取长度为45cm)吸头对顺式二羟基化合物的结合情况，结果如图11所示。显然，硼酸功能化的吸头对邻苯二酚、腺苷、HRP和OVA有着强的保留，而对间苯二酚、脱氧鸟苷、BSA和木瓜蛋白酶保留较弱。说明硼酸功能化的吸头对顺式二羟基化合物有良好的选择性识别能力。

实施例八

氨基修饰移液器吸头萃取有机小分子染料的考察

称取等质量的下列几种染料样品溶于水中，每个样品均为1mg/mL，包括茜素红、苋菜红、罗丹明B、甲基紫、孔雀石绿和亚甲基蓝。用紫外-可见吸收光谱法考察氨基修饰的商品化一次成形和二次成形管状(有效萃取长度为60cm)吸头对小分子染料的萃取能力，结果如图12A和B所示。显然，氨基功能化吸头对茜素红、苋菜红和罗丹明B的萃取效果明显，而对另外几种染料则无明显萃取效果。说明氨基功能化吸头对酸性(茜素红、苋菜红)和两性(罗丹明B)染料有着较强的选择性萃取能力。

实施例九

辛基修饰移液器吸头萃取芳环化合物的考察

称取等质量的下列几种芳环化合物样品溶于乙醇中，每个样品均为1mg/mL，包括苯、苯胺、正丁基苯、对二甲苯、邻苯二酚、萘和正辛基苯。用紫外-可见吸收光谱法考察辛基修饰的商品化一次成形和二次成形管状(有效萃取长度为60cm)吸头对芳环化合物的萃取能力，结果如图12C和D所示。显然，辛基修饰的吸头对所有芳环化合物均有着较好的萃取效果。

实施例十

二次成形移液器吸头的拉伸长度与萃取效率关系的考察

用标准曲线法计算实施例7、8和9中商品化一次成形和二次成形管状吸头的萃取量并将两种吸头的萃取量进行对比，结果如图13A、C和D所示。显然，有效萃取长度仅为45cm时，硼酸功能化的二次成形管状吸头便有着与硼酸功能化的商品化一次成形吸头相当或更高的萃取能力；而有效萃取长度为60cm时，氨基和辛基修饰的二次成形管状吸头也有着与商品化一次成形吸头相当或更高的萃取能力。同样用标准曲线法计算不同拉伸长度下硼酸功能化吸头的萃取量，结果如图13B所示。可以得出以下结论：萃取量随有效萃取长度的增加而增加。这些结论说明二次成形吸头在较短拉伸长度下即可获得与商品化一次成形吸头整体上相当或更好的萃取效果，且拉伸长度越长，萃取效率越高。

实施例十一

硼酸功能化二次成形移液器吸头用于人尿液样品中核苷的萃取

新采集的人尿液样品用氨水和醋酸调至pH 8.5后置于冰箱中-20℃冷冻备用。解冻后取70μL吸入至硼酸功能化的二次成形管状吸头(拉伸长度为45cm)并在室温下温育30分钟。3mL醋酸铵溶液(0.1M,pH 8.5)清洗吸头后用70μL醋酸溶液(0.1M)洗脱被保留的部分并收集洗脱液，最后进行紫外-可见吸收光谱、高效液相色谱和质谱分析。结果如图14。显然，硼酸功能化的二次成形吸头能有效地萃取人尿液样品中的核苷，说明该二次成形后修饰移液器吸头可用于复杂实际样品的萃取。

综上所述，上述多组实施例中的基于二次成形的移液器吸头、制备方法及应用，基于商品化移液器吸头的二次定形和物理或化学后修饰改性而成，在保留商品化一次成形移液器吸头所提供的优点的同时；还具有免填充吸附剂、更高的萃取效率以及可定制的形状和尺寸等优点，能更好地满足不同的分析目的与要求；而且该二次成形后修饰移液器吸头的制备方法简单，在应用方面也具有样品用量少、普适性强等优点，是一种高效、便捷和通用的SPE支持介质，值得被推广使用。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种基于二次成形的移液器吸头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：二次成形

对任意规格的商品化移液器吸头进行二次成形，得到二次成形后的移液器吸头；

S2：后修饰

利用可自聚合的化合物在水相或有机相中的自聚合对步骤S1中经过二次成形的移液器吸头进行后修饰，得到表面含有满足SPE要求的官能团的移液器吸头；

在所述步骤S2中，官能团包括取代苯硼酸、氨基、羧基、巯基、烷基链、不饱和键、芳环或杂环能发生特定相互作用的基团,特定相互作用的方式为可逆共价结合、静电作用、疏水相互作用中任一种或多种结合。

2.根据权利要求1所述的一种基于二次成形的移液器吸头的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1中，二次成形的方式为加热、加压与注模中的一种或多种结合。

3.根据权利要求1所述的一种基于二次成形的移液器吸头的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1中，二次成形后的形状根据SPE的要求确定。

4.根据权利要求3所述的一种基于二次成形的移液器吸头的制备方法，其特征在于：二次成形后的形状为拉伸细长形、内置滤头的拉伸细长形、自卷曲形、灯笼形中任一种。

5.根据权利要求1所述的一种基于二次成形的移液器吸头的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1中，移液器吸头的规格为10μL、200μL、1000μL、5mL和10mL中任一种。

6.根据权利要求1所述的一种基于二次成形的移液器吸头的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，后修饰的方式包括物理修饰和化学修饰，物理修饰为物理涂覆聚合物，化学修饰为化学交联。

7.根据权利要求1所述的一种基于二次成形的移液器吸头的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，可自聚合化合物为硅烷化试剂、多巴胺及其衍生物、苯胺、间氨基苯硼酸、丙烯酰胺中任一种或几种组合。

8.一种基于二次成形的移液器吸头，其特征在于：利用如权利要求1～7任一所述的制备方法制备而得。

9.一种如权利要求8所述的基于二次成型的移液器吸头的应用，其特征在于：将所述基于二次成形的移液器吸头用于固相萃取工作中。

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