利用高内相乳液法制备离子交换整体柱及其在蛋白质分离中的应用

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在过去几十年中具有互连结构的大孔聚合物材料在很多不同的领域得到了广泛的应用。高内相乳液(HIPE)被越来越多地应用于制备聚合物多孔材料。这种方法通常可以产生具有相互连接孔的蜂窝整体结构,称为PolyHIPE。这些材料已广泛应用于诸多领域,包括电池的隔膜,电化学传感器,组织工程,负载催化,水净化和分离科学等。由于应用于分离科学中的大孔聚合物材料大都由疏水性聚合物组成,这限制了它们在分离生物大分子中的应用,而且大多数整体柱的制备仍然局限于毛细管分析柱。基于此,本论文通过高内相乳液法在改性的内径较大的玻璃管内原位制备整体柱,在温和条件下对其进行的原位改性,在离子交换模式下对标准蛋白进行分离,优化了色谱分离条件,取得了较满意的结果。论文主要分为以下三个部分:(1)为了避免柱壁效应并提高整体柱的生物相容性,通过水包油型高内相乳液模板法在硅烷偶联剂KH-570改性的玻璃柱管内制备了Poly(HEMA-co-AA-co-MBA)水凝胶基整体柱。KH-570改性后的玻璃柱管与水凝胶基体结合紧密,以80%内相比制备的大孔水凝胶(H3NDP)兼具贯通的大孔和良好的机械性能(压缩强度:0.69 MPa)。通过在水凝胶表面构筑了聚多巴胺/聚乙烯亚胺(PDA/PEI)复合介质层,提高了大孔水凝胶表面的氨基含量并作为支撑材料提高了其机械性能。改性后H3NDP的渗透率为5.83×10-13 m~2,增强的渗透性得益于贯通的大孔。通过将大孔水凝胶表面的氨基进一步季铵化,制备了强阴离子交换整体柱,实现了五种酸性蛋白的基线分离。以PDA和PEI为介质的表面改性技术为增强整体柱的吸附分离性能提供了新思路。(2)以氯化钙/亚硫酸铵/水为三元复配致孔体系,通过油包水高内相乳液法在改性后的内径较大的玻璃柱管内制备具有亚微米级骨架和贯通大孔结构的Poly(GMA-co-EDMA)整体柱。玻璃柱管与GMA基聚合物贴合紧密,纤细骨架形成的网格状多孔结构提高了PolyHIPE的比表面积,氮气吸附法测得的比表面积为16.01m~2·g-1。通过亚硫酸钠与环氧基反应在PolyHIPE表面引入磺酸基,制备了强阳离子交换整体柱。分别考察了改性条件对磺酸基团含量的影响,制备的阳离子交换整体柱对Lyz的动态吸附容量为0.13 mg/mm~2。考察了流动相pH和流速对分离蛋白的影响。在优化条件下对4种碱性蛋白实现了基线分离。(3)通过三乙胺盐酸盐和环氧基开环反应,对所制备的Poly(GMA-co-EDMA)整体柱表面进行原位改性,通过引入季铵基团制备了阴离子交换整体柱。结果表明,制备的阴离子交换整体柱具有吸附分离蛋白质的能力。对BSA的动态吸附容量为0.143 mg/mm~2。考察了该阴离子交换整体柱对蛋白质的分离,仅能对3种蛋白实现完全分离,其分离性能不如第二章中所制备的季铵化整体柱,证明了第二章中以PDA和PEI为介质的表面改性技术的优越性。
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