CN111330652B - 一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物分离纯化领域，具体涉及一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，该方法首先将多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球进行氨基化处理；然后接枝聚琥珀酰亚胺进行开环反应，最后通过与烯烃类单体的自由基引发反应得到触手型的离子交换基团，从而得到亲水性高载量聚甲基丙烯酸酯微球。本发明在多孔微球表面形成一层类似多肽结构的亲水覆盖层，生物相容性好，能有效避免在分离纯化领域内大部分非特异性吸附作用，主要是疏水性吸附作用，使其能够只与生物大分子发生阳离子交换作用，从而提高了纯化或者分离的选择性。
Description
技术领域
本发明属于生物分离纯化领域，涉及一种生物分离纯化材料，具体涉及一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法。
背景技术
离子交换材料是一种天然或人造的能够从溶液或矿浆中提取离子的有机或无机固体材料。这些材料具有离子吸附、解吸、进行离子交换的功能，有H+，Na+，K+这些阳离子进行交换的材料，有OH-，Cl-，SO4 2-这些阴离子进行交换的材料。如果这些具有离子交换功能的基团和树脂结合，就称作离子交换树脂或简单地称作阳树脂、阴树脂。
目前应用在生物蛋白分析纯化领域的离子交换介质大部分为琼脂糖、二氧化硅等表面亲水性介质，也有少量的聚苯乙烯-二乙烯基苯和聚丙烯酸酯类型介质，但很少有通过在微球表面介质聚琥珀酰亚胺来做合成亲水性离子交换介质，美国polyLC公司专利US20130240444是将聚琥珀酰亚胺修饰到多孔硅胶微球上，再通过胺类试剂开环得到一些列的离子交换类型的硅胶介质，但硅胶不可能在pH大于8.5的碱性条件下使用，限制了其应用范围。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，在多孔微球表面形成一层类似多肽结构的亲水覆盖层，生物相容性好，能有效避免在分离纯化领域内大部分非特异性吸附作用，主要是疏水性吸附作用，使其能够只与生物大分子发生阳离子交换作用，从而提高了纯化或者分离的选择性。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，首先将多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球进行氨基化处理；然后接枝聚琥珀酰亚胺进行开环反应，最后通过与烯烃类单体的自由基引发反应得到触手型的离子交换基团，从而得到亲水性高载量聚甲基丙烯酸酯微球。
所述高载量聚甲基丙烯酸酯微球的微球粒径为5-50um，孔径为50nm-150nm，比表面积50-120m2/g，表面阳离子密度150-650μmol/g。
所述聚甲基丙烯酸酯微球在pH范围为2-14的范围内应用。
所述聚甲基丙烯酸酯微球用于生物蛋白纯化领域。
所述制备方法的步骤如下：
步骤1，将单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球加入至反应釜中，并加入溶剂超声混合，然后加入胺类试剂机械搅拌至混合均匀，恒温反应12-24h，得到氨基化微球；所述微球与溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1-0.5，所述溶剂采用水和甲醇的混合液，且水和甲醇的质量比为1:3，所述胺类试剂采用氨水、乙二胺、丙二胺、丁二胺、巯基乙胺、巯基丙胺、巯基丁胺、巯基苯胺中的任意一种，微球与胺类试剂质量比为0.5-5，所述恒温反应的温度为30-60℃，所述反应后的氨基化微球依次采用纯水和甲醇清洗；再进一步的，所述微球与胺类试剂的质量比为1-2；
步骤2，将聚琥珀酰亚胺溶解在有机溶剂中，然后加入氨基化微球机械混合，反应12-24h，得到表面富含聚琥珀酰亚胺的微球；所述聚琥珀酰亚胺的分子量为10000-50000，所述聚琥珀酰亚胺与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1-10，所述有机溶剂采用甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种，所述氨基化微球与聚琥珀酰亚胺的质量比为0.5-5，所述温度为30-60℃，所述反应后的表面富含聚琥珀酰亚胺的微球依次采用纯水和甲醇清洗；进一步的，所述聚琥珀酰亚胺的分子量为20000-30000，所述氨基化微球与聚琥珀酰亚胺的质量比为1-2；
步骤3，将表面富含聚琥珀酰亚胺的微球分散至有机溶剂中，加入巯基试剂反应12-24h，得到表面富含巯基的微球；所述表面富含聚琥珀酰亚胺的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1-10，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种，所述巯基试剂为巯基乙胺、巯基丙胺、巯基丁胺、巯基苯胺中的一种，所述巯基试剂与表面富含聚琥珀酰亚胺的微球的质量比在0.2-2，反应温度为30-60℃，所述反应后的表面富含巯基的微球依次采用纯水和甲醇清洗；进一步的，所述巯基试剂与表面富含聚琥珀酰亚胺的微球的质量比在0.5-1；
步骤4，将表面富含巯基的微球分散至有机溶剂中，加入烯烃类羧酸基单体和引发剂，机械混合搅拌后通入氮气反应12-24h，得到亲水性阳离子交换微球，即高载量聚甲基丙烯酸酯微球；所述表面富含巯基的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1-10，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种，所述烯烃类羧酸基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、2-乙基丙烯酸、2-丙基丙烯酸中的任意一种，且烯烃类羧酸单体与表面富含巯基的微球的质量比为0.2-5，引发剂为过氧苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的任意一种，引发剂与表面富含巯基的微球的质量比为0.01-0.1，所述氮气的通气时间为20-60min，所述反应的温度为60-80℃，所述反应后的亲水性阳离子交换微球依次采用纯水和甲醇清洗；进一步的，所述烯烃类羧酸单体试剂与表面富含巯基的微球的质量比在0.5-2，引发剂与表面富含巯基的微球的质量比为0.02-0.05。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明在多孔微球表面形成一层类似多肽结构的亲水覆盖层，生物相容性好，能有效避免在分离纯化领域内大部分非特异性吸附作用，主要是疏水性吸附作用，使其能够只与生物大分子发生阳离子交换作用，从而提高了纯化或者分离的选择性。
2.本发明得到的阳离子交换微球表面为触手型形态，能在较高的流速下对蛋白吸有着较大的吸附量，在大规模的蛋白以及其他生物大分子的生产领域有较大的潜力。
3.本发明物理化学性能稳定，能够在碱性条件下实验，使用范围广，清洗再生简单。
附图说明
图1是本发明的合成线路图；
图2是本发明实施例6的微球对蛋白分子的效果图；
图3是本发明实施例6的微球的亲水性测试。
具体实施方式
结合图1至图3，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
如图1所示，一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，首先将多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球进行氨基化处理；然后接枝聚琥珀酰亚胺进行开环反应，最后通过与烯烃类单体的自由基引发反应得到触手型的离子交换基团，从而得到亲水性高载量聚甲基丙烯酸酯微球。
所述制备方法的步骤如下：
步骤1，将单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球加入至反应釜中，并加入溶剂超声混合，然后加入胺类试剂机械搅拌至混合均匀，恒温反应12h，得到氨基化微球；所述微球与溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1，所述溶剂采用水和甲醇的混合液，且水和甲醇的质量比为1:3，所述胺类试剂采用氨水，微球与胺类试剂质量比为0.5，所述恒温反应的温度为30℃，所述反应后的氨基化微球依次采用纯水和甲醇清洗；再进一步的，所述微球与胺类试剂的质量比为1；
步骤2，将聚琥珀酰亚胺溶解在有机溶剂中，然后加入氨基化微球机械混合，反应12h，得到表面富含聚琥珀酰亚胺的微球；所述聚琥珀酰亚胺的分子量为10000，所述聚琥珀酰亚胺与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1，所述有机溶剂采用甲醇，所述氨基化微球与聚琥珀酰亚胺的质量比为0.5，所述温度为30℃，所述反应后的表面富含聚琥珀酰亚胺的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤3，将表面富含聚琥珀酰亚胺的微球分散至有机溶剂中，加入巯基试剂反应12h，得到表面富含巯基的微球；所述表面富含聚琥珀酰亚胺的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1，所述有机溶剂为甲醇，所述巯基试剂为巯基乙胺，所述巯基试剂与表面富含聚琥珀酰亚胺的微球的质量比在0.2，反应温度为30℃，所述反应后的表面富含巯基的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤4，将表面富含巯基的微球分散至有机溶剂中，加入烯烃类羧酸基单体和引发剂，机械混合搅拌后通入氮气反应12h，得到亲水性阳离子交换微球，即高载量聚甲基丙烯酸酯微球；所述表面富含巯基的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1，所述有机溶剂为甲醇，所述烯烃类羧酸基单体为丙烯酸，且烯烃类羧酸单体与表面富含巯基的微球的质量比为0.2，引发剂为过氧苯甲酰，引发剂与表面富含巯基的微球的质量比为0.01，所述氮气的通气时间为20min，所述反应的温度为60℃，所述反应后的亲水性阳离子交换微球依次采用纯水和甲醇清洗。
所述高载量聚甲基丙烯酸酯微球的微球粒径为5um，孔径为50nm，比表面积50m2/g，表面阳离子密度150μmol/g。
实施例1的蛋白动态载量测试：将实施例1的微球装成4.6mm*50mm的色谱柱，在pH＝7条件下进样溶菌酶蛋白，在1ml/min流速下，实施例1对于蛋白的动态载量为125mg/ml。
实施例2
一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，首先将多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球进行氨基化处理；然后接枝聚琥珀酰亚胺进行开环反应，最后通过与烯烃类单体的自由基引发反应得到触手型的离子交换基团，从而得到亲水性高载量聚甲基丙烯酸酯微球。
所述制备方法的步骤如下：
步骤1，将单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球加入至反应釜中，并加入溶剂超声混合，然后加入胺类试剂机械搅拌至混合均匀，恒温反应24h，得到氨基化微球；所述微球与溶剂的质量体积(g/mL)比为0.5，所述溶剂采用水和甲醇的混合液，且水和甲醇的质量比为1:3，所述胺类试剂采用乙二胺，微球与胺类试剂质量比为5，所述恒温反应的温度为60℃，所述反应后的氨基化微球依次采用纯水和甲醇清洗；再进一步的，所述微球与胺类试剂的质量比为2；
步骤2，将聚琥珀酰亚胺溶解在有机溶剂中，然后加入氨基化微球机械混合，反应24h，得到表面富含聚琥珀酰亚胺的微球；所述聚琥珀酰亚胺的分子量为50000，所述聚琥珀酰亚胺与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为10，所述有机溶剂采用乙醇，所述氨基化微球与聚琥珀酰亚胺的质量比为5，所述温度为60℃，所述反应后的表面富含聚琥珀酰亚胺的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤3，将表面富含聚琥珀酰亚胺的微球分散至有机溶剂中，加入巯基试剂反应24h，得到表面富含巯基的微球；所述表面富含聚琥珀酰亚胺的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为10，所述有机溶剂为乙醇，所述巯基试剂为巯基丙胺，所述巯基试剂与表面富含聚琥珀酰亚胺的微球的质量比在2，反应温度为60℃，所述反应后的表面富含巯基的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤4，将表面富含巯基的微球分散至有机溶剂中，加入烯烃类羧酸基单体和引发剂，机械混合搅拌后通入氮气反应24h，得到亲水性阳离子交换微球，即高载量聚甲基丙烯酸酯微球；所述表面富含巯基的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为10，所述有机溶剂为乙醇，所述烯烃类羧酸基单体为甲基丙烯酸，且烯烃类羧酸单体与表面富含巯基的微球的质量比为5，引发剂为偶氮二异丁腈，引发剂与表面富含巯基的微球的质量比为0.1，所述氮气的通气时间为60min，所述反应的温度为80℃，所述反应后的亲水性阳离子交换微球依次采用纯水和甲醇清洗。
所述高载量聚甲基丙烯酸酯微球的微球粒径为50um，孔径为150nm，比表面积120m2/g，表面阳离子密度650μmol/g。
实施例2的蛋白动态载量测试：将实施例2的微球装成4.6mm*50mm的色谱柱，在pH＝7条件下进样溶菌酶蛋白，在1ml/min流速下，实施例2对于蛋白的动态载量为150mg/ml。
实施例3
一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，首先将多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球进行氨基化处理；然后接枝聚琥珀酰亚胺进行开环反应，最后通过与烯烃类单体的自由基引发反应得到触手型的离子交换基团，从而得到亲水性高载量聚甲基丙烯酸酯微球。
所述制备方法的步骤如下：
步骤1，将单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球加入至反应釜中，并加入溶剂超声混合，然后加入胺类试剂机械搅拌至混合均匀，恒温反应18h，得到氨基化微球；所述微球与溶剂的质量体积(g/mL)比为0.3，所述溶剂采用水和甲醇的混合液，且水和甲醇的质量比为1:3，所述胺类试剂采用丙二胺，所述微球与胺类试剂的质量比为1，所述恒温反应的温度为40℃，所述反应后的氨基化微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤2，将聚琥珀酰亚胺溶解在有机溶剂中，然后加入氨基化微球机械混合，反应18h，得到表面富含聚琥珀酰亚胺的微球；所述聚琥珀酰亚胺的分子量为20000，所述聚琥珀酰亚胺与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为1，所述有机溶剂采用异丙醇，所述氨基化微球与聚琥珀酰亚胺的质量比为1，所述温度为40℃，所述反应后的表面富含聚琥珀酰亚胺的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤3，将表面富含聚琥珀酰亚胺的微球分散至有机溶剂中，加入巯基试剂反应18h，得到表面富含巯基的微球；所述表面富含聚琥珀酰亚胺的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为1，所述有机溶剂为异丙醇，所述巯基试剂为巯基丁胺，所述巯基试剂与表面富含聚琥珀酰亚胺的微球的质量比在0.5，反应温度为40℃，所述反应后的表面富含巯基的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤4，将表面富含巯基的微球分散至有机溶剂中，加入烯烃类羧酸基单体和引发剂，机械混合搅拌后通入氮气反应18h，得到亲水性阳离子交换微球，即高载量聚甲基丙烯酸酯微球；所述表面富含巯基的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为1，所述有机溶剂为异丙醇，所述烯烃类羧酸基单体为2-乙基丙烯酸，且烯烃类羧酸单体与表面富含巯基的微球的质量比为0.5，引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐，引发剂与表面富含巯基的微球的质量比为0.02，所述氮气的通气时间为30min，所述反应的温度为70℃，所述反应后的亲水性阳离子交换微球依次采用纯水和甲醇清洗。
所述高载量聚甲基丙烯酸酯微球的微球粒径为10μm，孔径为100nm，比表面积60m2/g，表面阳离子密度250μmol/g。
实施例3的蛋白动态载量测试：将实施例6的微球装成4.6mm*50mm的色谱柱，在pH＝7条件下进样溶菌酶蛋白，在1ml/min流速下，实施例3对于蛋白的动态载量为145mg/ml。
实施例4
一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，首先将多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球进行氨基化处理；然后接枝聚琥珀酰亚胺进行开环反应，最后通过与烯烃类单体的自由基引发反应得到触手型的离子交换基团，从而得到亲水性高载量聚甲基丙烯酸酯微球。
所述制备方法的步骤如下：
步骤1，将单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球加入至反应釜中，并加入溶剂超声混合，然后加入胺类试剂机械搅拌至混合均匀，恒温反应15h，得到氨基化微球；所述微球与溶剂的质量体积(g/mL)比为0.2，所述溶剂采用水和甲醇的混合液，且水和甲醇的质量比为1:3，所述胺类试剂采用丁二胺，微球与胺类试剂质量比为2，所述恒温反应的温度为50℃，所述反应后的氨基化微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤2，将聚琥珀酰亚胺溶解在有机溶剂中，然后加入氨基化微球机械混合，反应15h，得到表面富含聚琥珀酰亚胺的微球；所述聚琥珀酰亚胺的分子量为30000，所述聚琥珀酰亚胺与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为5，所述有机溶剂采用N,N-二甲基甲酰胺，所述氨基化微球与聚琥珀酰亚胺的质量比为2，所述温度为50℃，所述反应后的表面富含聚琥珀酰亚胺的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤3，将表面富含聚琥珀酰亚胺的微球分散至有机溶剂中，加入巯基试剂反应15h，得到表面富含巯基的微球；所述表面富含聚琥珀酰亚胺的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为5，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，所述巯基试剂为巯基苯胺，所述巯基试剂与表面富含聚琥珀酰亚胺的微球的质量比在1，反应温度为50℃，所述反应后的表面富含巯基的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤4，将表面富含巯基的微球分散至有机溶剂中，加入烯烃类羧酸基单体和引发剂，机械混合搅拌后通入氮气反应15h，得到亲水性阳离子交换微球，即高载量聚甲基丙烯酸酯微球；所述表面富含巯基的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为5，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，所述烯烃类羧酸基单体为2-丙基丙烯酸，且烯烃类羧酸单体与表面富含巯基的微球的质量比为2，引发剂为过氧苯甲酰，引发剂与表面富含巯基的微球的质量比为0.05，所述氮气的通气时间为40min，所述反应的温度为65℃，所述反应后的亲水性阳离子交换微球依次采用纯水和甲醇清洗。
所述高载量聚甲基丙烯酸酯微球的微球粒径为20um，孔径为80nm，比表面积70m2/g，表面阳离子密度350μmol/g。
实施例4的蛋白动态载量测试：将实施例4的微球装成4.6mm*50mm的色谱柱，在pH＝7条件下进样溶菌酶蛋白，在1ml/min流速下，实施例4对于蛋白的动态载量为135mg/ml。
实施例5
一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，首先将多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球进行氨基化处理；然后接枝聚琥珀酰亚胺进行开环反应，最后通过与烯烃类单体的自由基引发反应得到触手型的离子交换基团，从而得到亲水性高载量聚甲基丙烯酸酯微球。
所述制备方法的步骤如下：
步骤1，将单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球加入至反应釜中，并加入溶剂超声混合，然后加入胺类试剂机械搅拌至混合均匀，恒温反应21h，得到氨基化微球；所述微球与溶剂的质量体积(g/mL)比为0.4，所述溶剂采用水和甲醇的混合液，且水和甲醇的质量比为1:3，所述胺类试剂采用巯基乙胺，微球与胺类试剂质量比为1.5，所述恒温反应的温度为55℃，所述反应后的氨基化微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤2，将聚琥珀酰亚胺溶解在有机溶剂中，然后加入氨基化微球机械混合，反应21h，得到表面富含聚琥珀酰亚胺的微球；所述聚琥珀酰亚胺的分子量为25000，所述聚琥珀酰亚胺与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为7，所述有机溶剂采用N,N-二甲基乙酰胺，所述氨基化微球与聚琥珀酰亚胺的质量比为1.5，所述温度为55℃，所述反应后的表面富含聚琥珀酰亚胺的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤3，将表面富含聚琥珀酰亚胺的微球分散至有机溶剂中，加入巯基试剂反应21h，得到表面富含巯基的微球；所述表面富含聚琥珀酰亚胺的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为7，所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，所述巯基试剂为巯基乙胺，所述巯基试剂与表面富含聚琥珀酰亚胺的微球的质量比在0.7，反应温度为55℃，所述反应后的表面富含巯基的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤4，将表面富含巯基的微球分散至有机溶剂中，加入烯烃类羧酸基单体和引发剂，机械混合搅拌后通入氮气反应21h，得到亲水性阳离子交换微球，即高载量聚甲基丙烯酸酯微球；所述表面富含巯基的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为7，所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，所述烯烃类羧酸基单体为丙烯酸，且烯烃类羧酸单体与表面富含巯基的微球的质量比为1.3，引发剂为偶氮二异丁腈，引发剂与表面富含巯基的微球的质量比为0.03，所述氮气的通气时间为50min，所述反应的温度为75℃，所述反应后的亲水性阳离子交换微球依次采用纯水和甲醇清洗；。
所述高载量聚甲基丙烯酸酯微球的微球粒径为30um，孔径为110nm，比表面积90m2/g，表面阳离子密度550μmol/g。
实施例5的蛋白动态载量测试：将实施例6的微球装成4.6mm*50mm的色谱柱，在pH＝7条件下进样溶菌酶蛋白，在1ml/min流速下，实施例5对于蛋白的动态载量为140mg/ml。
实施例6
一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，首先将多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球进行氨基化处理；然后接枝聚琥珀酰亚胺进行开环反应，最后通过与烯烃类单体的自由基引发反应得到触手型的离子交换基团，从而得到亲水性高载量聚甲基丙烯酸酯微球。
所述制备方法的步骤如下：
步骤1，将单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球加入至反应釜中，并加入溶剂超声混合，然后加入胺类试剂机械搅拌至混合均匀，恒温反应18h，得到氨基化微球；所述微球与溶剂的质量体积(g/mL)比为0.2，所述溶剂采用水和甲醇的混合液，且水和甲醇的质量比为1:3，所述胺类试剂采用乙二胺，微球与胺类试剂质量比为1，所述恒温反应的温度为50℃，所述反应后的氨基化微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤2，将聚琥珀酰亚胺溶解在有机溶剂中，然后加入氨基化微球机械混合，反应12-24h，得到表面富含聚琥珀酰亚胺的微球；所述聚琥珀酰亚胺的分子量为10000-50000，所述聚琥珀酰亚胺与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.2，所述有机溶剂采用甲醇，所述氨基化微球与聚琥珀酰亚胺的质量比为1，所述温度为50℃，所述反应后的表面富含聚琥珀酰亚胺的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤3，将表面富含聚琥珀酰亚胺的微球分散至有机溶剂中，加入巯基试剂反应18h，得到表面富含巯基的微球；所述表面富含聚琥珀酰亚胺的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.2，所述有机溶剂为甲醇，所述巯基试剂为巯基乙胺，所述巯基试剂与表面富含聚琥珀酰亚胺的微球的质量比1，反应温度为40℃，所述反应后的表面富含巯基的微球依次采用纯水和甲醇清洗；
步骤4，将表面富含巯基的微球分散至有机溶剂中，加入烯烃类羧酸基单体和引发剂，机械混合搅拌后通入氮气反应12-24h，得到亲水性阳离子交换微球，即高载量聚甲基丙烯酸酯微球；所述表面富含巯基的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.2，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，所述烯烃类羧酸基单体为丙烯酸，且烯烃类羧酸单体与表面富含巯基的微球的质量比为2，引发剂为过氧苯甲酰，引发剂与表面富含巯基的微球的质量比为0.02，所述氮气的通气时间为40min，所述反应的温度为80℃，所述反应后的亲水性阳离子交换微球依次采用纯水和甲醇清洗。
所述高载量聚甲基丙烯酸酯微球的微球粒径为25um，孔径为120nm，比表面积110m2/g，表面阳离子密度450μmol/g。
实施例6的蛋白动态载量测试：将实施例6的微球装成4.6mm*50mm的色谱柱，在pH＝7条件下进样溶菌酶蛋白，在1ml/min流速下，实施例6对于蛋白的动态载量为130mg/ml。
将实施例6的微球装载在色谱柱4.6mm*50mm的色谱柱，在pH＝7条件下进样细胞色素C、胰凝乳蛋白酶和溶菌酶的混合液，在1ml/min流速下，实施例6对混合蛋白分子分离效果较好，回收率较高，如图2所述。
亲水性测试：将实施例6的微球装成4.6mm*50mm的色谱柱，在pH＝7条件下进样牛血清白蛋白，在1ml/min流速下，记录穿透曲线，如图3所示，三次进样峰高和峰面积近似相同，说明微球表面亲水性良好，表面的亲水层减少了绝大部分微球与蛋白的疏水作用。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明在多孔微球表面形成一层类似多肽结构的亲水覆盖层，生物相容性好，能有效避免在分离纯化领域内大部分非特异性吸附作用，主要是疏水性吸附作用，使其能够只与生物大分子发生阳离子交换作用，从而提高了纯化或者分离的选择性。
2.本发明得到的阳离子交换微球表面为触手型形态，能在较高的流速下对蛋白有着较大的吸附量，在大规模的蛋白以及其他生物大分子的生产领域有较大的潜力。
3.本发明物理化学性能稳定，能够在碱性条件下实验，使用范围广，清洗再生简单。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，其特征在于：该方法首先将多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球进行氨基化处理；然后接枝聚琥珀酰亚胺进行开环反应，最后通过与烯烃类单体的自由基引发反应得到触手型的离子交换基团，从而得到亲水性高载量聚甲基丙烯酸酯微球，所述聚甲基丙烯酸酯微球用于生物蛋白纯化领域；
所述制备方法的步骤如下：
步骤1，将单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球加入至反应釜中，并加入溶剂超声混合，然后加入胺类试剂机械搅拌至混合均匀，恒温反应12-24h，得到氨基化微球；
步骤2，将聚琥珀酰亚胺溶解在有机溶剂中，然后加入氨基化微球机械混合，反应12-24h，得到表面富含聚琥珀酰亚胺的微球；
步骤3，将表面富含聚琥珀酰亚胺的微球分散至有机溶剂中，加入巯基试剂反应12-24h，得到表面富含巯基的微球；
步骤4，将表面富含巯基的微球分散至有机溶剂中，加入烯烃类羧酸基单体和引发剂，机械混合搅拌后通入氮气反应12-24h，得到亲水性阳离子交换微球，即高载量聚甲基丙烯酸酯微球。
2.根据权利要求1所述的单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，其特征在于：所述高载量聚甲基丙烯酸酯微球的微球粒径为5-50um，孔径为50nm-150nm，比表面积50-120m2/g，表面阳离子密度150-650μmol/g。
3.根据权利要求1所述的单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，其特征在于：所述聚甲基丙烯酸酯微球在pH范围为2-14的范围内应用。
4.根据权利要求1所述的单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的微球与溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1-0.5，所述溶剂采用水和甲醇的混合液，且水和甲醇的质量比为1:3，所述胺类试剂采用氨水、乙二胺、丙二胺、丁二胺、巯基乙胺、巯基丙胺、巯基丁胺、巯基苯胺中的任意一种，微球与胺类试剂质量比为0.5-5，所述恒温反应的温度为30-60℃，所述反应后的氨基化微球依次采用纯水和甲醇清洗。
5.根据权利要求1所述的单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的聚琥珀酰亚胺的分子量为10000-50000，所述聚琥珀酰亚胺与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1-10，所述有机溶剂采用甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种，所述氨基化微球与聚琥珀酰亚胺的质量比为0.5-5，所述温度为30-60℃，所述反应后的表面富含聚琥珀酰亚胺的微球依次采用纯水和甲醇清洗；进一步的，所述聚琥珀酰亚胺的分子量为20000-30000，所述氨基化微球与聚琥珀酰亚胺的质量比为1-2。
6.根据权利要求1所述的单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的表面富含聚琥珀酰亚胺的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1-10，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种，所述巯基试剂为巯基乙胺、巯基丙胺、巯基丁胺、巯基苯胺中的一种，所述巯基试剂与表面富含聚琥珀酰亚胺的微球的质量比在0.2-2，反应温度为30-60℃，所述反应后的表面富含巯基的微球依次采用纯水和甲醇清洗。
7.根据权利要求1所述的单分散高载量亲水性离子交换聚甲基丙烯酸酯微球的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的表面富含巯基的微球与有机溶剂的质量体积(g/mL)比为0.1-10，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种，所述烯烃类羧酸基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、2-乙基丙烯酸、2-丙基丙烯酸中的任意一种，且烯烃类羧酸单体与表面富含巯基的微球的质量比为0.2-5，引发剂为过氧苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的任意一种，引发剂与表面富含巯基的微球的质量比为0.01-0.1，所述氮气的通气时间为20-60min，所述反应的温度为60-80℃，所述反应后的亲水性阳离子交换微球依次采用纯水和甲醇清洗。
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