专利名称：一种亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料及其制法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种苯硼酸功能化多孔整体材料的制备。该材料为砜基取代苯硼 酸-甲叉双丙烯酰胺高分子多孔整体材料。其特征在于1)该材料以砜基取代苯硼酸为功 能单体；2)该材料为亲水性材料，非特异相互作用弱；3)在中性PH条件下能与邻二羟基化 合物发生共价相互作用。该材料可以用于邻二羟基化合物的富集、分离、固载与传感。
背景技术：
在碱性的水溶液中，硼能发生羟基化作用，而自身的结构随之由三角共平面的形 状转变为正四面体的硼离子(参见Liu X. Chin. J. Chromatogr.，2006, 24，73)。所 以，硼酸及取代硼酸能与顺式邻二羟基化合物在碱性条件下形成五元环或六元环的酯，而 产物酯在酸性条件下发生解离。整个过程为受PH调控的可逆共价反应。由于很多重要的 生物分子中，如糖、儿茶酚类化合物、核苷、RNA、糖蛋白和糖肽等都含有邻二羟基化合物，硼 的酯化亲和作用具有广泛用途。早期的硼酸酯化亲和作用主要被用于对糖的检测(参见 BoesekenJ.，Adv. Carbohydr. Chem. , 1949，4，189)；上世纪 50，60 年代，主要作为流 动相用于区带电泳或离子交换色谱的分离(参见=Foster A.，Adv. Carbohydr. Chem.， 1957，12，81; Mattok G. L. , Wilson D. L. , Anal. Biochem. , 1965，11，575)。1970 年，Weith 等人(参见Weith H. L, Wiebers J. L.，Gilham P. Τ.， Biochemistry, 1970,9, 4396)首次将硼酸类取代物固定在色谱分离基质上，实现了对核 苷等的分离。此后，Monzo等人(参见Monzo A.，BonnG. K, GuttmanA., Anal. Bioanal. Chem. 2007, 389 2097 )将氨基苯硼酸掺杂在各种凝集素中，富集血液中的糖蛋白以辨别 健康人与膀胱癌患者蛋白糖基化的差异。刘震等人(参见Dou P.，Liang L. , He J. G., Liu Z.，Chen H. Y.， J. Chromatogr. A, 2009，1216，7558)在磁性纳米粒子上键 合了氨基苯硼酸成功的富集了人尿样中的核黄素。然而，通常的硼酸类化合物具有较高的 PKa值广8.8)，所以要在高？!1 (一般情况，pH > 8. 0)条件下才可以和顺式邻二羟基化合物 形成稳定的环状结构。而在高PH条件下，很多生物分子都不稳定，易氧化，易降解(参见 Tian R. , Ye Μ. , Hu 1·，Li X·，Zou H. , J. S印.Sci.，2007，30，2204)。目前，市 面上出售的大多数此类硼酸类化合物分离填料都带有苯环，如Sigma公司的间氨基苯硼酸 琼脂糖，Pieice公司的间氨基苯硼酸基质等。这使得该类色谱分离填料在富集与分离顺式 邻二羟基化合物的过程中会产生明显的疏水作用，从而会对很多样品特别是对蛋白质类样 品的检测产生非特异性的吸附。尽管在流动相中加入有机溶剂可以抑制非特异性吸附，但 是容易造成样品的变性。
发明内容
本发明提供一种亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料。该整体材料有相互交联的 骨架结构和相互贯穿的通透孔道，亲水性好，在中性PH条件下能与邻二羟基化合物发生共 价相互作用。
一种亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料，它是具有相互贯穿的通透孔道、由 4- (-3-烯丁基砜)苯硼酸和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺在自由基反应引发剂引发下反 应形成交联的骨架结构的亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料。一种制备上述的亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料的方法，它是将功能单体 4- (-3-烯丁基砜)苯硼酸(SPBA)与交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于良溶剂 二甲亚砜(DMSO)和不良溶剂十二醇的混合物溶剂中，其中功能单体与交联剂的质量比为 1:3-4:1，功能单体加交联剂的体积与溶剂的体积比为1.5:8. 5-5:5，良溶剂与不良溶剂的 体积比为1:1-1:2，良溶剂与不良溶剂起致孔剂的作用，经涡旋、超声混合均勻后，加入适量 引发剂，再次涡旋、超声混合均勻，将该均勻溶液灌注到离心管、毛细管柱或高效液相色谱 常规柱中，将模具密封，在50°C -90°C的温度下，恒温反应6-36小时，反应结束后，将产物采 用甲醇索氏提取的方法提取，或将毛细管柱或高效液相色谱柱接入到注射泵或高效液相色 谱体系中，用甲醇等有机溶剂冲洗整体材料，即得本发明的亲水性的苯硼酸功能化多孔整 体材料。上述的亲水性的苯硼酸功能化材料可应用于特异性识别、分离、富集或固载邻二
羟基化合物。本发明的优点为
(1)选用PKa为7. 0的4- (-3-烯丁基砜)苯硼酸为功能单体，因而硼酸酯化亲和作用 的PH也相应的降低到了中性pH条件；(2)功能单体中的砜基作为一种亲水性的基团与亲 水性交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺共同增加整体材料的亲水能力，降低苯硼酸中苯环产 生的疏水作用；(3)与现有的硼功能化整体材料相比，能在全水相的生理pH条件下对邻二 羟基化合物进行的富集与分离；(4)本发明材料生产成本低，操作过程简单，重复性好。
图1为本发明的亲水性苯硼酸功能化多孔整体材料的傅立叶变换红外光谱图。图2为本发明的亲水性苯硼酸功能化材料骨架的扫描电镜图，其中图1 (a)为 放大900倍，图1 (b)为放大8，000倍。图3为亲水性硼功能化整体材料对糖蛋白的特异性富集与分离的色谱图。
具体实施例方式以下通过实施例进一步说明本发明。实施例1块状亲水苯硼酸功能化多孔整体材料的制备
(1)取大小适宜的离心管，将60mgSPBA与120mg MBAA溶于;MOuL的DMSO溶液中，再 加入250mg的十二醇，^ig的AIBN，涡旋超声15分钟，密封，放入恒温水浴锅中于75°C反应 12小时；
(2)然后将整体材料取出，切成小块，放入索氏提取器中，加入甲醇于110°C温度下，提 取M小时，以除去未反应的单体，交联剂；
(3)将上述材料置于真空干燥箱中，在10(TC下干燥12小时，即可得到亲水性苯硼酸 功能化整体材料；
(4)以上述材料碾磨成颗粒，与溴化钾晶体混合后一起碾磨成小于200目的粉末，压片后用傅立叶变换红外光谱法表征，可以观察到砜基(1382、1218,1116.0 cm-1)、苯环 (807、643cm-l)和羟基(3307cm-l)等特征基团的吸收峰，红外光谱图见图1。实施例2:毛细管中亲水苯硼酸功能化多孔整体材料的制备
在内径不等(25mm，75mm，100mm，150mm, 250mm)的毛细管中合成具有亲水性的苯硼酸 功能化多孔整体材料
(1)毛细管的预处理，首先用0. IM NaOH溶液冲洗毛细管空柱1小时，再用去离子水冲 洗毛细管至流出液体PH值为7. 0，接着用0. IM HCl溶液冲洗毛细管2小时，再用去离子水 冲洗毛细管至流出液体PH为7. 0，然后用甲醇溶液冲洗毛细管30分钟，并用氮气吹干。往 毛细管中注入甲醇与甲基丙烯酰氧丙基-三甲氧基硅烷的混合物。在20°C至70°C的温度 下反应5- 小时。再用甲醇冲洗，最后用氮气吹干待用。(2)将 15mg SPBA 与 30mg MBAA溶于 85uL 的 DMSO溶液中，再加入 62. 5mg 的十二 醇，Img的AIBN，涡旋超声15分钟，制得聚合液；
(3)将所配制的聚合液用氮气压入活化吹干后的毛细管中，氮气的压力控制在 0. 03-0. IMpa ；
(4)将毛细管两端用硅橡胶封口，然后放入50-90°C水浴中，恒温反应12个小时；
(5)取出毛细管，接在高压液相色谱泵上，以甲醇为流动相冲去未反应完全的聚合单 体和制孔剂等，即可得到亲水性苯硼酸功能化多孔整体材料；
(5)取一段上述苯硼酸功能化整体毛细管柱，以扫描电镜观察横截面的形貌，可以观 察到多孔结构，电镜图见图2。实施例3:常规色谱柱中亲水苯硼酸功能化多孔整体材料的制备
在内径不等的高效液相常规柱中合成具有亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料
(1)高效液相常规柱的清洗，首先将高效液相常规柱浸于去离水水中，超声清洗1 小时，再换成甲醇超声清洗1，在烘箱中干燥2小时；
(2)将150mg SPBA与300mg MBAA溶于850mL的DMSO溶液中，再加入625 mg的 十二醇，IOmg的AIBN，涡旋超声15分钟，制得聚合液；
(3)将所制得的聚合液用移液枪小心缓慢加入高效液相常规柱中；
(4)加工常规柱两端用tip头密封，放入50-90°C水浴中，恒温反应12个小时；
(5)取出高效液相常规柱，接在高压液相色谱泵上，以甲醇为流动相冲去未反应完 全的聚合单体和制孔剂等，即可得到亲水性苯硼酸功能化整体材料。实施例4:亲水苯硼酸功能化多孔整体材料的应用
本发明所制备的硼酸功能化整体材料可应用于对邻二羟基化合物进行富集与分离， 如生物小分子邻苯二酚，核苷，糖蛋白等。整个富集与分离的过程都是在全水体系，生理 PH的条件下完成。具体操作如下
1)标准蛋白分别为适宜浓度的糖蛋白辣根过氧化酶(HRP)、乳铁蛋白 (Iactoferrin)，和非糖蛋白牛血清白蛋白(BSA)、肌红蛋白(myoglobin)、细胞色素 c (cytochrome c)；
2)上述蛋白逐一进样，采用台阶式梯度运行，先采用浓度为100mM磷酸盐缓冲溶液 (pH=7. 4)淋洗，淋洗时长大于5分钟；
3)采用100mM HAc溶液淋洗，直至被特异性富集的蛋白洗脱下来。
采用上述步骤，可以观察到，糖蛋白被特异性的保留，而非糖蛋白被完全洗脱(色谱图见图3)。
权利要求
1.一种亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料，其特征是它是具有相互贯穿的通透孔 道、由4- (-3-烯丁基砜)苯硼酸和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺在自由基反应引发剂引 发下反应形成交联的骨架结构的亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料，其在中性PH条件 下能与邻二羟基化合物发生共价相互作用。
2.权利要求1所述的亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料的制备方法，其特征是它 是将功能单体对(丁 -3-烯亚砜)苯硼酸与交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶于良溶剂二 甲亚砜和不良溶剂十二醇的混合溶剂中，其中功能单体与交联剂的质量比为1:3-4:1，功 能单体加交联剂的体积与溶剂的体积比为1.5:8. 5-5:5，良溶剂与不良溶剂的体积比为 1:1-1:2,良溶剂与不良溶剂共同起致孔剂的作用，然后涡旋、超声混合均勻，加入引发剂， 再次涡旋、超声混合均勻，将该均勻溶液灌注到离心管、毛细管柱或高效液相色谱常规柱 中，将模具密封，在50°C -90°C的温度下，恒温反应6-36小时，反应结束后，将产物采用甲醇 索氏提取的方法提取，或将毛细管柱或高效液相色谱柱接入到注射泵或高效液相色谱体系 中，用有机溶剂冲洗整体材料，即得亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料。
3.权利要求1所述的亲水性的苯硼酸功能化材料在邻二羟基化合物的识别、分离、富 集和固载中的应用。
全文摘要
一种亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料，它是具有相互贯穿的通透孔道，由4-(-3-烯丁基砜)苯硼酸和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺在自由基反应引发剂引发下反应形成交联的骨架结构的亲水性的苯硼酸功能化多孔整体材料，在中性pH条件下能与邻二羟基化合物发生共价相互作用。本发明的亲水性的苯硼酸功能化材料可用于特异性识别、分离、富集或固载邻二羟基化合物。本发明公开了其制法。
文档编号B01J20/28GK102059103SQ20101057786
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者任连兵, 刘云春, 刘震 申请人:南京大学