CN1390861A - 分子印迹聚合物磁性复合微球及其反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法 - Google Patents
分子印迹聚合物磁性复合微球及其反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法 Download PDFInfo
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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反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法。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)粉末做为磁性组分，采用反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法制得对印迹分子具有专一识别性能并具有“动态”特性的分子印迹聚合物磁性复合微球。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，特别涉及一种分子印迹聚合物磁性复合微球及其反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法。
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 imprinting 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，须经研磨、筛分、模板分子(也称印迹分子)的洗脱等过程才能完成，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 IA，Lindbladh C.Recognitionin molecularly imprinte polymer-adrenoreceptor mimics，Bioorg Med chemLett，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。
目前用于生物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而制得分子印迹聚合物磁性复合微球(MS-SMIPs)后，便可在MS-SMIPs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。
发明内容
本发明旨在通过反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方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。
本发明需要解决金属(或其氧化物)粉末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，并同时完成对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，高分子稳定剂为分散剂，采用反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方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。
所制得的分子印迹聚合物微球中复合有磁响应性材料。本发明实施方法如下：
1)反相乳液聚合
(1)将丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于水中，溶解后加入经研磨的磁性粉末，搅拌使其分散；
(2)将过硫酸盐、亚硫酸氢纳溶于水中；
(3)将非极性溶剂加入反应器中，加入乳化剂，搅拌均匀后加入上述步骤的(1)和(2)的混合液，继续搅拌；通N2除氧，搅拌，在室温5～50℃，反应0.5～5h；静置后，分去上层溶剂得反相乳液A；
2)悬浮聚合
(1)将引发剂加入单体中，溶解后加入反相乳液A，然后用超声波分散1～30min，得反相乳液B；
(2)将水加入反应器中，然后加入高分子稳定剂，搅拌使其溶解；
(3)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；然后加入反相乳液B；升温，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；
3)模板分子的洗脱
将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球先用丙酮洗涤，然后用乙醇浸泡5～60min；过滤后用水反复洗涤，滤去水后用20～100ml的体积比为了9∶1～4甲醇和乙酸溶液浸泡、振荡2～48h；滤去甲醇、乙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：在反向乳液聚合中：单体是丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺；磁性粉末是Fe、Co、Ni或其氧化物，或其合金；过硫酸盐是过硫酸钾、过硫酸铵；非极性溶剂是甲苯、苯、汽油或煤油等；乳化剂是斯盘、吐温类。在悬浮聚合中：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；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等；高分子稳定剂为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸及糊精；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。而现有用于生物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。
附图说明图1：实施例1所制得的分子印迹聚合物磁性复合微球(平均粒径约220μm，
Fe3O4含量1.56％)图2：实施例2所制得的分子印迹聚合物磁性复合微球(平均粒径约200μm，
Fe3O4含量2.15％)
具体实施方式实施例1.
1、反相乳液聚合
(1)将9g丙烯酰胺(AM)、1gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺(Bis)溶于20ml水中，溶解后加入经研磨的0.6g Fe3O4粉末，搅拌使其分散；
(2)将0.1g过硫酸钾(K2S2O8)、0.05g亚硫酸氢纳(NaHSO3)溶于10ml水中；
(3)将100ml甲苯加入250ml的三口烧瓶中，加入1.0g斯盘80(Span80)，搅拌均匀后加入(1)和(2)的混合液，继续搅拌。通N2除氧，搅拌控制300r/m，室温，反应2h。静置一定时间后，分去上层溶剂得反相乳液A。
2、悬浮聚合
(1)将0.1gAIBN加入10ml三羟甲基丙烷三丙烯酸脂(TRIM)中，溶解后加入10ml的反相乳液A，然后用超声波分散5min，得反相乳液B。
(2)将130ml水加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中，然后加入0.15g羟乙基纤维素(HEC)，搅拌使其溶解。
(3)将0.25mmol酪氨酸(Tyr)加入水中，溶解后加入1mmol(毫摩尔，即0.001mol)甲基丙烯酸(MAA)和1mmol丙烯酰胺(AM)，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌。然后加入反相乳液B。升温，并通氮气5min置换除氧；控制温度70℃，反应12h。反应结束后，用180目筛网滤除水相部分，得到分子印迹聚合物磁性复合微球。
3、模板分子的洗脱
将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球先用丙酮洗涤，然后用乙醇浸泡10min；过滤后用水反复洗涤，滤去水后用50ml甲醇/乙酸(9/1，体积比)溶液浸泡、振荡24h。滤去甲醇/乙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。
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的含量为2.15％，以苯丙氨酸为对比分子，其对酪氨酸的分离因子为3.89。
实施例2.
1、反相乳液聚合
(1)将9g丙烯酰胺(AM)、1gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺(Bis)溶于20ml水中，溶解后加入经研磨的0.8g Fe3O4粉末，搅拌使其分散；
(2)将0.1g过硫酸胺((NH4)2S2O8)、0.05g亚硫酸氢纳(NaHSO3)溶于10ml水中；
(3)将100ml甲苯加入250ml的三口烧瓶中，加入1.2g斯盘85(Span85)，搅拌均匀后加入(1)和(2)的混合液，继续搅拌。通N2除氧，搅拌控制300r/m，室温，反应2h。静置一定时间后，分去上层溶剂得反相乳液A。
2、悬浮聚合
(1)将0.1g过氧化苯甲酰(BPO)加入10ml苯乙烯(St)和2ml二乙烯苯(DVB)的混合物中，溶解后加入10ml的反相乳液A，然后用超声波分散5min，得反相乳液B。
(2)将130ml水加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中，然后加入1.0g聚乙烯醇(PVA1799)，搅拌并加热使其溶解。
(3)将0.25mmol苯丙氨酸(Phe)加入水中溶解后加入2mmol甲基丙烯酸(MAA)，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌。然后加入反相乳液B。升温，并通氮气5min置换除氧；控制温度70℃，反应24h。反应结束后，用180目筛网滤除水相部分，得到分子印迹聚合物磁性复合微球。
3、模板分子的洗脱
将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球先用丙酮洗涤，然后用乙醇浸泡10min；过滤后用水反复洗涤，滤去水后用50ml甲醇/乙酸(9/1，体积比)溶液浸泡、振荡24h。滤去甲醇/乙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。
所制得的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的含量为1.56％，以酪氨酸为对比分子，其对苯丙氨酸的分离因子为2.35。
实施例3.
1、反相乳液聚合
(1)将9g丙烯酰胺(AM)、1gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺(Bis)溶于20ml水中，溶解后加入经研磨的0.6g Fe2O3粉末，搅拌使其分散；
(2)将0.1g过硫酸钾(K2S2O8)、0.05g亚硫酸氢纳(NaHSO3)溶于10ml水中；
(3)将100ml苯加入250ml的三口烧瓶中，加入1.0g斯盘60(Span60)和0.5g吐温80(Tween80)，搅拌均匀后加入(1)和(2)的混合液，继续搅拌。通N2除氧，搅拌控制300r/m，室温，反应2h。静置一定时间后，分去上层溶剂得反相乳液A。
2、悬浮聚合
(1)将0.1gAIBN加入10ml季戊四醇三丙烯酸脂(PETRA)中，溶解后加入10ml的反相乳液A，然后用超声波分散5min，得反相乳液B。
(2)将130ml水加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中，然后加入0.15g羟丙基纤维素(HPC)，搅拌使其溶解。
(3)将0.25mmol色氨酸(Trp)加入水中，溶解后加入1mmol甲基丙烯酸(MAA)和1mmol丙烯酰胺(AM)，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌。然后加入反相乳液B。升温，并通氮气5min置换除氧；控制温度70℃，反应12h。反应结束后，用NuO目筛网滤除水相部分，得到分子印迹聚合物磁性复合微球。
3、模板分子的洗脱
将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球先用丙酮洗涤，然后用乙醇浸泡10min；过滤后用水反复洗涤，滤去水后用50ml甲醇/乙酸(9/1，体积比)溶液浸泡、振荡24h。滤去甲醇/乙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。
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的含量为1.98％，以酪氨酸和苯丙氨酸为对比分子，其对色氨酸的分离因子为2.87。
Claims (10)
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中复合有磁响应性材料。
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的含量为2.15％，以苯丙氨酸为对比分子，其对酪氨酸的分离因子为3.89。
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的含量为1.56％，以酪氨酸为对比分子，其对苯丙氨酸的分离因子为2.35。
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的含量为1.98％，以酪氨酸和苯丙氨酸为对比分子，其对色氨酸的分离因子为2.87。
5.一种分子印迹聚合物磁性复合微球的反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法，包括以下步骤：
1)反相乳液聚合
(1)将丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于水中，溶解后加入经研磨的磁性粉末，搅拌使其分散；
(2)将过硫酸盐、亚硫酸氢纳溶于水中；
(3)将非极性溶剂加入反应器中，加入乳化剂，搅拌均匀后加入上述步骤的(1)和(2)的混合液，继续搅拌；通N2除氧，搅拌，在室温5～50℃，反应0.5～5h；静置后，分去上层溶剂得反相乳液A；
2)悬浮聚合
(1)将引发剂加入单体中，溶解后加入反相乳液A，然后用超声波分散1～30min，得反相乳液B；
(2)将水加入反应器中，然后加入高分子稳定剂，搅拌使其溶解；
(3)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；然后加入反相乳液B；升温，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；
3)模板分子的洗脱
将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球先用丙酮洗涤，然后用乙醇浸泡5～60min；过滤后用水反复洗涤，滤去水后用20～100ml的体积比为了9∶1～4甲醇和乙酸溶液浸泡、振荡2～48h；滤去甲醇、乙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反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法，其特征是所述的反向乳液聚合中：单体是丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺；磁性粉末是Fe、Co、Ni或其氧化物，或其合金；过硫酸盐是过硫酸钾、过硫酸铵；非极性溶剂是甲苯、苯、汽油或煤油等；乳化剂是斯盘、吐温类。
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反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法，其特征是所述的悬浮聚合中：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；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等；高分子稳定剂为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸及糊精；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。
8.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反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法，其特征是所述的步骤是：
1)反相乳液聚合
(1)将9g丙烯酰胺、1gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于20ml水中，溶解后加入经研磨的0.6g Fe3O4粉末，搅拌使其分散；
(2)将0.1g过硫酸钾(K2S2O8)、0.05g亚硫酸氢纳(NaHSO3)溶于10ml水中；
(3)将100ml甲苯加入250ml的三口烧瓶中，加入1.0g斯盘80，搅拌均匀后加入(1)和(2)的混合液，继续搅拌；通N2除氧，搅拌控制300r/m，室温，反应2h；静置一定时间后，分去上层溶剂得反相乳液A；
2)悬浮聚合
(1)将0.1g偶氮二异丁腈加入10ml三羟甲基丙烷三丙烯酸脂中，溶解后加入10ml的反相乳液A，然后用超声波分散5min，得反相乳液B；
(2)将130ml水加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中，然后加入0.15g羟乙基纤维素，搅拌使其溶解；
(3)将0.25mmol酪氨酸加入水中，溶解后加入1mmol甲基丙烯酸和1mmol丙烯酰胺，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌；然后加入反相乳液B；升温，并通氮气5min置换除氧；控制温度70℃，反应12h；反应结束后，用180目筛网滤除水相部分，得到分子印迹聚合物磁性复合微球；
3)模板分子的洗脱
将制备的分子印迹聚合物磁性复合微球先用丙酮洗涤，然后用乙醇浸泡10min；过滤后用水反复洗涤，滤去水后用50ml体积比为9∶1的甲醇和乙酸溶液浸泡、振荡24h；滤去甲醇和乙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。
9.如权利要求8所述的一种分子印迹聚合物磁性复合微球的反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法，其特征是所述的1)、2)步骤是：
1)反相乳液聚合
(1)将9g丙烯酰胺、1gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于20ml水中，溶解后加入经研磨的0.8g Fe3O4粉末，搅拌使其分散；
(2)将0.1g过硫酸胺、0.05g亚硫酸氢纳溶于10ml水中；
(3)将100ml甲苯加入250ml的三口烧瓶中，加入1.2g斯盘85，搅拌均匀后加入(1)和(2)的混合液，继续搅拌；通N2除氧，搅拌控制300r/m，室温，反应2h；静置一定时间后，分去上层溶剂得反相乳液A；
2)悬浮聚合
(1)将0.1g过氧化苯甲酰加入10ml苯乙烯和2ml二乙烯苯的混合物中，溶解后加入10ml的反相乳液A，然后用超声波分散5min，得反相乳液B；
(2)将130ml水加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中，然后加入1.0g聚乙烯醇，搅拌并加热使其溶解；
(3)将0.25mmol苯丙氨酸加入水中溶解后加入2mmol甲基丙烯酸，搅拌30min后加入三口烧瓶中，继续搅拌；然后加入反相乳液B；升温，并通氮气5min置换除氧；控制温度70℃，反应24h；反应结束后，用180目筛网滤除水相部分，得到分子印迹聚合物磁性复合微球。
10.如权利要求8所述的一种分子印迹聚合物磁性复合微球的反相乳液聚合与悬浮聚合的复合制备方法，其特征是所述的1)、2)步骤是：1)反相乳液聚合
(1)将9g丙烯酰胺、1gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于20ml水中，溶解后加入经研磨的0.6g Fe2O3粉末，搅拌使其分散；
(2)将0.1g过硫酸钾、0.05g亚硫酸氢纳，溶于10ml水中；
(3)将100ml苯加入250ml的三口烧瓶中，加入1.0g斯盘60和0.5g吐温80；搅拌均匀后加入(1)和(2)的混合液，继续搅拌；通N2除氧，搅拌控制300r/m，室温，反应2h；静置一定时间后，分去上层溶剂得反相乳液A；
2)悬浮聚合
(1)将0.1g偶氮二异丁腈加入10ml季戊四醇三丙烯酸脂；中，溶解后加入10ml的反相乳液A，然后用超声波分散5min，得反相乳液B；
(2)将130ml水加入带有搅拌器、回流冷凝器、通气管的250ml的三口烧瓶中，然后加入0.15g羟丙基纤维素；，搅拌使其溶解；
(3)将0.25mmol色氨酸；加入水中，溶解后加入1mmol甲基丙烯酸；；然后加入反相乳液B；升温，并通氮气5min置换除氧；控制温度70℃，反应12h；反应结束后，用180目筛网滤除水相部分，得到分子印迹聚合物磁性复合微球。
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