CN1226311C - 分子印迹聚合物磁性复合微球及其悬浮聚合制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分子印迹聚合物磁性复合微球及其悬浮聚合制备方法。根据分子印迹技术的原理，以不同的物质做为模板分子(印迹分子)，不同的单体做为功能单体和聚合物母体材料，不同的金属(或其氧化物)做为磁性组分，采用悬浮聚合法制得对印迹分子具有专一识别性能并具有“动态”特性的多孔磁性复合微球。该产品可用于相似化合物的分离、手性化合物的分离、副产物的分离、痕量化合物的分离和富集等许多分离领域，比以往分离技术更加精确，并使以往的分离过程大大简化。
Description
技术领域
本发明属于材料科学与工程和生物分离工程领域，更确切的说是涉及一种分子印迹聚合物磁性复合微球及其悬浮聚合制备方法。
背景技术
分子印迹技术已在许多领域，诸如相似化合物的分离、抗体结合模拟、酶模拟、生物模拟传感器等很多方面得到了广泛而深入的研究，以该技术制备的分子印迹聚合物(MIPs)成为新世纪最具潜力的新材料之一。
MIPs早期是用本体聚合法制备的(Wulff G.Molecular recognition inpolymers prepared by imprint ing with template，polymeric reagents andcatalytics，Am Chem Soc Sym Ser，1986，308(2)：186-200)。虽然该法聚合过程很简单，但后处理过程很烦琐，须经模板分子(也称印迹分子)的洗脱、研磨、筛分等过程才能完成，不仅耗时，而且得到的粒子不规则，同时产率只有20％左右。而采用悬浮聚合(Berglund J，Nicholls I A，Lindbladh C.Recognition in molecularly imprinte polymer-adrenoreceptor mimics，Bioorg Med chem Lett，1996，6(18)：2237-2242)可以直接制备球形分子印迹聚合物(SMIPs)，且只须经过模板分子的洗脱便可直接使用。由于SMIPs具有形状规整、比表面大、吸附能力强、粒径可根据需要进行调整等诸多特性，并具有抗机械、耐高温高压等物理性能及抗酸碱、耐多种有机溶剂等良好的化学稳定性和储存稳定性，因此，非常适合作为分离材料。
目前用于分离工程领域的分子印迹聚合物微球由于不含磁性组分无法用磁场进行简单和方便的分离，只能进行静态分离(D Wistuba，V Schurig.Enantiomer separation of chiral pharmaceuticals by capillaryelectrochromatography，Journal of Chromatography A，2000，875：255-276)；若进行动态分离，则需经离心等过程分离SMIPs，操作过程烦琐、复杂。
当在聚合物微球内部埋入磁响应性材料，如铁、钴、镍或其氧化物时，复合微球则具有在外加磁场作用下简便、快速的磁分离特性(C Bor Fuh，S Y Chen.Magnetic split-flow thin fractionation：new technique for separation ofmagnetically susceptible particles，Journal of Chromatography A，1998，813：313-324)。当在SMIPs中埋入磁响应性材料后，便可在其完成对模板分子的“主动”吸附与识别后在外加磁场作用下很容易将其分离出来，达到主动识别和方便分离的目的。
本发明旨在通过悬浮聚合法将分子印迹技术与磁敏感性相结合，赋予分子印迹聚合物微球一定的磁响应性，使制得的分子印迹聚合物磁性复合微球在其完成对模板分子的“主动”吸附与专一性识别后在外加磁场作用下很容易将其分离出来，达到主动识别和方便分离的目的。
发明内容
本发明的技术是解决金属(或其氧化物)与聚合物的相容性问题，实现聚合物对无机物的包埋，从而赋予聚合物微球一定的磁响应性，并同时完成模板分子的印迹过程，使磁性复合微球对模板分子具有专一识别性能，达到特定分离的目的。
本发明根据分子印迹技术的原理，以不同的物质做为模板分子(印迹分子)，不同的单体做为功能单体和聚合物母体材料，不同的金属(或其氧化物)做为磁性组分，饱和脂肪酸为致孔剂，高分子稳定剂为分散剂，采用悬浮聚合法制得对模板分子具有专一识别性能的分子印迹聚合物磁性复合微球。
该微球是在分子印迹聚合物微球中复合有磁性响应材料，在聚合物微球上带有许多孔。
本发明实施方法如下：
a.将磁性粉末研磨后加入高分子稳定剂的水溶液中用超声波分散5～60min，加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的反应器中；将引发剂和致孔剂加入单体中，溶解后分别加入反应器中，并开动搅拌；将模板分子加入水中溶解后加入功能单体，搅拌5～60min后加入反应器中，继续搅拌；然后升温到50～90℃，并通氮气置换除氧；反应结束后，滤除水相部分，得到分子印迹聚合物磁性复合微球；
b.将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球用蒸馏水洗涤后倒入反应器中，加入50～200ml水，然后加热至30～90℃，滴加0.1～2mol/L NaOH溶液5～100ml，搅拌并保温5～60min，然后降温过滤；过滤后用水洗涤，再用0.1～10％醋酸溶液20～100ml浸泡2～48h，滤去醋酸溶液后用蒸馏水反复冲洗至中性，然后于40～90℃用真空烘箱干燥至恒重。
其中：
磁性粉末为：Fe、Co、Ni或其氧化物、或其合金；
高分子稳定剂为：聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸及糊精；
引发剂为：偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化氢异丙苯和过氧化二异丙苯；
致孔剂为：月桂酸、棕榈酸、硬脂酸等饱和脂肪酸；
单体为：苯乙烯、二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、二甲基丙烯酸乙二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸脂、季戊四醇三丙烯酸脂；
模板分子为：氨基酸及其衍生物、手性化合物、药物、杀虫剂、染料等水溶性有机化合物；
功能单体为：甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。
本发明的分子印迹聚合物磁性复合微球结合了分子印迹聚合物精确的专一性识别特性和磁性复合微球方便的外磁场分离特性双重功能，将在许多分离领域，如相似化合物的分离、手性化合物的分离、副产物的分离、痕量化合物的分离和富集等方面具有广阔的应用前景，并使以往烦琐的分离过程(如高速离心等)大大简化。而现有用于分离工程领域的分子印迹聚合物微球由于不含磁性组分无法用磁场进行简单和方便的分离；现有的磁性复合微球由于未经分子印迹不具有专一性识别功能，不能实现精确的分离。
本发明由于聚合过程中加入了致孔方便、去除容易的饱和脂肪酸致孔剂，使得所制备的复合微球为多孔微球，增加了微球比表面积和吸附容量、增加了模板分子在微球内的传质速率。
附图说明
图1：实施例1所制得的多孔分子印迹聚合物磁性复合微球(平均粒径440μm，孔径约5)μm，Fe3O4含量3.78％)
图2：实施例2所制得的多孔分子印迹聚合物磁性复合微球(平均粒径460μm，孔径约3μm，Fe3O4含量2.76％)
具体实施方式
实施例1.
将Fe304粉末经研磨后加入聚乙二醇4000(PEG4000)的水溶液中用超声波分散30min，加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中；将偶氮二异丁腈(AIBN)和硬脂酸(SA)加入苯乙烯(St)和二乙烯苯(DVB)的混合物中，溶解后分别加入三口烧瓶中，并开动搅拌；将酪氨酸(Tyr)加入水中溶解后加入甲基丙烯酸(MAA)和丙烯酰胺(AM)，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌。然后升温，并通氮气5min置换除氧；控制反应温度70℃，反应24h。用180目筛网滤除水相部分，得到磁性分子印迹聚合物复合微球。
将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球用蒸馏水冲洗三次后倒入500ml烧瓶中，加入150ml水，然后加热至70℃，滴加1M NaOH溶液10ml，搅拌并保温30min，然后降温过滤。过滤后用水洗涤三次，再用1％醋酸溶液100ml浸泡24h，滤去醋酸溶液后用蒸馏水反复冲洗至中性，然后于80℃用真空烘箱干燥至恒重。
表1悬浮聚合制备分子印迹聚合物磁性复合微球的配方
Fe3O4 Tyr MAA AM St DVB PEG SA AIBN H2O
(g) (mmol) (mmol) (mmol) (g) (g) (g) (mmol) (g) (ml)
0.8 2 20 20 15 5 20 2 0.2 150
所制得的分子印迹聚合物磁性复合微球，是在酪氨酸分子印迹聚合物微球中复合有Fe3O4磁性材料，Fe3O4含量为3.78％，孔径约为5μm，以苯丙氨酸为对比分子，其对酪氨酸的分离因子为3.67。
实施例2.
将Fe3O4粉末经研磨后加入聚乙二醇6000(PEG6000)的水溶液中用超声波分散30min，加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中；将偶氮二异丁腈(AIBN)和月桂酸(LA)加入三羟甲基丙烷三丙烯酸脂(TRIM)和甲苯(Tolu)的混合物中，溶解后分别加入三口烧瓶中，并开动搅拌；将苯丙氨酸(Phe)加入水中溶解后加入甲基丙烯酸(MAA)，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌。然后升温，并通氮气5min置换除氧；控制反应温度70℃，反应10h。反应结束后升温至85℃并抽真空30min。用180目筛网滤除水相部分，得到磁性分子印迹聚合物复合微球。
将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球用蒸馏水冲洗三次后倒入500ml烧瓶中，加入150ml水，然后加热至70℃，滴加1M NaOH溶液10ml，搅拌并保温30min，然后降温过滤。过滤后用水洗涤三次，再用1％醋酸溶液100ml浸泡24小时，滤去醋酸溶液后用蒸馏水反复冲洗至中性，然后于80℃用真空烘箱干燥至恒重。
表2悬浮聚合制备分子印迹聚合物磁性复合微球的配方
Fe3O4 Phe MAA TRIM PEG LA Tolu AIBN H2O
(g) (mmol) (mmol) (g) (g) (mmol) (ml) (g) (ml)
0.8 2 20 20 20 2 5 0.2 150
所制得的分子印迹聚合物磁性复合微球，是在苯丙氨酸分子印迹聚合物微球中复合有Fe3O4磁性材料，Fe3O4含量为2.76％，孔径约为3μm，以酪氨酸为对比分子，其对苯丙氨酸的分离因子为2.08。
实施例3.
将Fe2O3粉末经研磨后加入羟乙基纤维素(HEC)的水溶液中用超声波分散30min，加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中；将过氧化苯甲酰(BPO)和棕榈酸(CA)加入季戊四醇三丙烯酸脂(PETRA)和苯(Ben)的混合物中，溶解后分别加入三口烧瓶中，并开动搅拌；将色氨酸( 了)加入水中溶解后加入甲基丙烯酸(MAA)、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(Bis)，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌。然后升温，并通氮气5min置换除氧；控制反应温度70℃，反应12h。反应结束后升温至85℃并抽真空30min。用180目筛网滤除水相部分，得到磁性分子印迹聚合物复合微球。
将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球用蒸馏水冲洗三次后倒入500ml烧瓶中，加入150ml水，然后加热至70℃，滴加1M NaOH溶液10ml，搅拌并保温30min，然后降温过滤。过滤后用水洗涤三次，再用1％醋酸溶液100ml浸泡24小时，滤去醋酸溶液后用蒸馏水反复冲洗至中性，然后于80℃用真空烘箱干燥至恒重。
表3悬浮聚合制备分子印迹聚合物磁性复合微球的配方
Fe2O3 Trp MAA Bis PETRA HEC CA Ben BPO H2O
(g) (mmol) (mmol) (mmol) (g) (g) (mmol) (ml) (g) (ml)
0.8 2 20 20 20 5 2 5 0.2 150
所制得的分子印迹聚合物磁性复合微球，是在色氨酸分子印迹聚合物微球中复合有Fe2O3磁性材料，Fe3O4含量为2.35％，孔径约为5μm，以酪氨酸为对比分子，其对色氨酸的分离因子为2.89。
Claims (9)
1.一种分子印迹聚合物磁性复合微球，其特征是在分子印迹聚合物微球上复合有磁性响应材料，在聚合物微球上设置有多孔。
2.如权利要求1所述的一种分子印迹聚合物磁性复合微球，其特征是在酪氨酸分子印迹聚合物微球中复合有Fe3O4磁性材料，Fe3O4含量为3.78％，孔径约为5μm，以苯丙氨酸为对比分子，其对酪氨酸的分离因子为3.67。
3.如权利要求1所述的一种分子印迹聚合物磁性复合微球，其特征是在苯丙氨酸分子印迹聚合物微球中复合有Fe3O4磁性材料，Fe3O4含量为2.76％，孔径约为3μm，以酪氨酸为对比分子，其对苯丙氨酸的分离因子为2.08。
4.如权利要求1所述的一种分子印迹聚合物磁性复合微球，其特征是在色氨酸分子印迹聚合物微球中复合有Fe2O3磁性材料，Fe3O4含量为2.35％，孔径约为5μm，以酪氨酸为对比分子，其对色氨酸的分离因子为2.89。
5.权利要求1的分子印迹聚合物磁性复合微球的悬浮聚合制备方法，包括以下步骤：a.将磁性粉末研磨后加入高分子稳定剂的水溶液中用超声波分散5～60min，加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的反应器中；将引发剂和致孔剂加入单体中，溶解后分别加入反应器中，并开动搅拌；将模板分子加入水中溶解后加入功能单体，搅拌5～60min后加入反应器中，继续搅拌；然后升温到50～90℃，并通氮气置换除氧；反应结束后，滤除水相部分，得到分子印迹聚合物磁性复合微球；
b.将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球用蒸馏水洗涤后倒入反应器中，加入50～200ml水，然后加热至30～90℃，滴加0.1～2mol/L NaOH溶液5～100ml，搅拌并保温5～60min，然后降温过滤。过滤后用水洗涤，再用0.1～10％醋酸溶液20～100ml浸泡2～48h，滤去醋酸溶液后用蒸馏水反复冲洗至中性，然后于40～90℃用真空烘箱干燥至恒重。
6.如权利要求5所述的一种分子印迹聚合物磁性复合微球的悬浮聚合制备方法，其特征为所述的：
磁性粉末为：Fe、Co、Ni或其氧化物、或其合金；
高分子稳定剂为：聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸及糊精；
引发剂为：偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化氢异丙苯和过氧化二异丙苯；
致孔剂为：月桂酸、棕榈酸、硬脂酸等饱和脂肪酸；
单体为：苯乙烯、二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、二甲基丙烯酸乙二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸脂、季戊四醇三丙烯酸脂；
模板分子为：氨基酸及其衍生物、手性化合物、药物、杀虫剂、染料等水溶性有机化合物；
功能单体为：甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。
7.如权利要求5所述的一种分子印迹聚合物磁性复合微球的悬浮聚合制备方法，包括以下步骤：
a)将Fe3O4粉末经研磨后加入聚乙二醇4000的水溶液中用超声波分散30min，加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中；将偶氮二异丁腈和硬脂酸加入苯乙烯和二乙烯苯的混合物中，溶解后分别加入三口烧瓶中，并开动搅拌；将酪氨酸加入水中溶解后加入甲基丙烯酸和丙烯酰胺，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌；然后升温，并通氮气5min置换除氧；控制反应温度70℃，反应24h；用180目筛网滤除水相部分，得到磁性分子印迹聚合物复合微球；
b)将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球用蒸馏水冲洗三次后倒入500ml烧瓶中，加入150ml水，然后加热至70℃，滴加1M NaOH溶液10ml，搅拌并保温30min，然后降温过滤；过滤后用水洗涤三次，再用1％醋酸溶液100ml浸泡24h，滤去醋酸溶液后用蒸馏水反复冲洗至中性，然后于80℃用真空烘箱干燥至恒重。
8.如权利要求7所述的一种分子印迹聚合物磁性复合微球的悬浮聚合制备方法，其特征是所述的步骤a)为：
将Fe3O4粉末经研磨后加入聚乙二醇6000的水溶液中用超声波分散30min，加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中；将偶氮二异丁腈和月桂酸加入三羟甲基丙烷三丙烯酸脂和甲苯的混合物中，溶解后分别加入三口烧瓶中，并开动搅拌；将苯丙氨酸加入水中溶解后加入甲基丙烯酸，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌；然后升温，并通氮气5min置换除氧；控制反应温度70℃，反应10h；反应结束后升温至85℃并抽真空30min；用180目筛网滤除水相部分，得到磁性分子印迹聚合物复合微球。
9.如权利要求7所述的一种分子印迹聚合物磁性复合微球的悬浮聚合制备方法，其特征是所述的步骤a)为：
将Fe2O3粉末经研磨后加入羟乙基纤维素的水溶液中用超声波分散30min，加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中；将过氧化苯甲酰和棕榈酸加入季戊四醇三丙烯酸脂和苯的混合物中，溶解后分别加入三口烧瓶中，并开动搅拌；将色氨酸加入水中溶解后加入甲基丙烯酸、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌；然后升温，并通氮气5min置换除氧；控制反应温度70℃，反应12h；反应结束后升温至85℃并抽真空30min；用180目筛网滤除水相部分，得到磁性分子印迹聚合物复合微球。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |