专利名称：一种多孔陶瓷微球的孔道扩增方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔陶瓷微球的孔道扩增方法
背景技术：
生物技术的发展，为高附加值蛋白质药物的大规模生产提供了可能。蛋白质药物的工业化大规模纯化、较高的纯度标准和经济成本要求，促进了生物分离技术的极大发展。 液相层析技术是生物分离过程中的一个重要单元，并在生物制药工业中扮演了一个重要的角色。从Peterson和Sobers在20世纪50年代中叶发明了基于纤维素基的离子交换型层析介质并成功应用于蛋白质纯化开始，层析介质在规模化操作、分辨率、分离效率、选择性、 吸附容量等性能上得到了不断的提高。但是层析介质的发展在一定程度上依然停滞不前， 特别是基质材料的设计在经历50余年后依然没有多大的改进。这将导致下游分离技术的发展远远滞后于上游。因此，十分有必要研究制备具有新型结构的层析介质，以应对突飞猛进的生物下游工业的发展。相关专利(公布号CN101879429A)公开了一种可用于蛋白质液相层析的新型刚性陶瓷/琼脂糖复合微球。在这种复合介质中，将琼脂糖等水凝胶填充到多孔的刚性陶瓷骨架中，既能提高机械强度和化学稳定性又能增强化学修饰能力，进而可衍生出具有多种功能基团的层析介质，以满足不同层析要求。这种复合介质的吸附能力是由孔隙中琼脂糖凝胶的总量决定，为了使起到大分子吸附功能的琼脂糖凝胶体积增大，这些微球的孔隙率应该尽可能的高。并且为了进一步提高蛋白质等大分子在介质中的传质能力，应该在达到高孔隙率的同时进一步提高陶瓷微球的孔径。传统的多孔陶瓷孔道扩增方法主要有用于制备体积较大的多孔材料，而用于蛋白质液相层析的多孔陶瓷微球其粒径大小为30-200 μ m,直接采用传统的方法来扩增孔道局限性较大。因此寻求更加有效的孔道扩增方法才是解决问题的关键。而同时得到外形、孔径、孔容和孔结构都较优良的多孔陶瓷微球就显得更加不容易了，只有通过不断地改进工艺来满足实际需求。纳米炭粉、氯化铵、聚乙烯醇、尿素、聚乙二醇这一类高温可分解的材料，可以很容易地与陶瓷料浆混合制成稳定的悬液，经过高温烧结即可分解，达到扩增孔道的目的。同时氯化钠、硫酸钠、磷酸钠、磷酸钾、氯化钾、硫酸钾这类一价阳离子盐，熔点可达 800-1400°C ；在高温烧结过程中不分解或部分分解，烧结成型后通过溶液溶出，即可达到扩增陶瓷微球孔道的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种液相层析用的多孔陶瓷微球的孔道扩增方法。通过此方法制备得到多孔陶瓷微球具有明显的大孔结构，平均孔径达到了 1000-2500 A，最大孔径可达3000 A，孔隙率为50-90%，比表面积为20-45m2/Cm3，粒径尺寸范围为 30-200 μ m。制备方法的步骤如下
1)制备陶瓷料浆将纳米二氧化锆、二氧化钛或二氧化硅粉末、柠檬酸、海藻酸钠溶液与纳米炭粉、 聚乙烯醇、聚乙二醇、氯化铵、尿素、氯化钠、硫酸钠、磷酸钠、氯化钾、硫酸钾、磷酸钾等致孔剂混勻至凝胶状。2)多孔陶瓷微球制备将陶瓷料浆于油相中反相悬浮分散，滴加饱和氯化钙溶液固化成球，收集微球、清洗、烘干，高温烧结成型。3)残余致孔剂的去处将陶瓷微球浸泡在水、盐酸或氢氧化钠溶液中，震荡一定时间后将残余致孔剂溶出，收集微球进行清洗并烘干。本发明在制备工艺上采取反相悬浮成球、添加致孔剂扩增孔道、高温烧结的方法制备出具备大孔的多孔陶瓷微球。因此，所开发的琼脂糖球形颗粒经进一步化学衍生可制得具有多种功能基团的吸附剂和层析介质。本发明的优点在于1)刚性陶瓷骨架结构，结构稳定、强度大，适应于高流速、高压力下的层析分离操作要求；2)微球内部的孔径增大， 可提高生物大分子的传质效率、有利于层析分离操作；幻微球的孔径大小和粒径大小可以调节，可以满足不同应用环境的需要；4)制备工艺简单，易于控制和放大；5)成本低廉，环境污染小。
图1是本发明的多孔陶瓷微球的整体外观扫描电镜照片。图2是本发明的多孔陶瓷微球的表面结构扫描电镜照片。图3是本发明的多孔陶瓷微球的内部结构扫描电镜照片。
具体实施例方式以下通过实施例对本发明作进一步的描述实施例1将30g纳米二氧化锆、2g柠檬酸、30mL水混勻、5g纳米碳粉和20mL 5%的海藻酸钠溶液搅拌均勻至凝胶状。将上述陶瓷料浆转移到500mL三口烧瓶中，加入200mL泵油、 IOmL司班80，700r/min搅拌30min，滴加IOmL饱和氯化钙，继续搅拌lOmin。反应结束后， 过滤收集微球，用酒精和去离子水清洗干净后50°C烘箱中烘干，于马弗炉中升温至1450°C 后保温20min，自然冷却，即可得到多孔陶瓷微球。得到的多孔陶瓷微球，平均孔径达到了 1200 A，最大孔径为1800 A，孔隙率为60%，比表面积为22m2/cm3，平均粒径为120 μ m。实施例2将28g纳米二氧化钛、Ig柠檬酸、30mL水混勻、5g聚乙二醇和20mL 5%的海藻酸钠溶液搅拌均勻至凝胶状。将上述陶瓷料浆转移到500mL三口烧瓶中，加入200mL泵油、 IOmL司班80，600r/min搅拌30min，滴加IOmL饱和氯化钙，继续搅拌lOmin。反应结束后， 过滤收集微球，用酒精和去离子水清洗干净后50°C烘箱中烘干，于马弗炉中升温至1300°C 后保温20min，自然冷却，即可得到多孔陶瓷微球。得到的多孔陶瓷微球，平均孔径达到了 1310 A,最大孔径为1770 A，孔隙率为62%，比表面积为22. 6m2/Cm3，平均粒径为98 μ m。
实施例3将12g纳米ニ氧化钛、2g柠檬酸、30mL水混勻、4g聚乙烯醇和20mL 5%的海藻酸钠溶液搅拌均勻至凝胶状。将上述陶瓷料浆转移到500mL三ロ烧瓶中，加入200mL泵油、 IOmL司班80，800r/min搅拌40min，滴加IOmL饱和氯化钙，继续搅拌lOmin。反应结束后， 过滤收集微球，用酒精和去离子水清洗干净后60°C烘箱中烘干，于马弗炉中升温至1000°C 后保温20min，自然冷却，即可得到多孔陶瓷微球。得到的多孔陶瓷微球，平均孔径达到了 1000 A,最大孔径为1610 A，孔隙率为58%，比表面积为20. 7m2/Cm3，平均粒径为118 μ m。实施例4将12g纳米ニ氧化硅、2g柠檬酸、30mL水混勻、2g氯化铵、3g尿素和20mL 5%的海藻酸钠溶液搅拌均勻至凝胶状。将上述陶瓷料浆转移到500mL三ロ烧瓶中，加入200mL 泵油、IOmL司班80，800r/min搅拌40min，滴加IOmL饱和氯化钙，继续搅拌lOmin。反应结束后，过滤收集微球，用酒精和去离子水清洗干净后60°C烘箱中烘干，于马弗炉中升温至1000°C后保温20min，自然冷却，即可得到多孔陶瓷微球。将上述多孔陶瓷微球转移至 250mL具塞锥形瓶中，加入2mol/L的盐酸IOOmL,于摇床中140r/min震荡3h，之后收集微球、用水清洗并烘干。得到的多孔陶瓷微球，平均孔径达到了 1300 A，最大孔径为1710A，孔隙率为62%，比表面积为20. 9m2/cm3，平均粒径为122 μ m。实施例5将32g纳米ニ氧化锆、Ig柠檬酸、30mL水混勻、2g磷酸钾、5g磷酸钠和20mL 5 %的海藻酸钠溶液搅拌均勻至凝胶状。将上述陶瓷料浆转移到500mL三ロ烧瓶中，加入200mL 泵油、12mL司班80，750r/min搅拌30min，滴加IOmL饱和氯化钙，继续搅拌lOmin。反应结束后，过滤收集微球，用酒精和去离子水清洗干净后50°C烘箱中烘干，于马弗炉中升温至1450°C后保温30min，自然冷却，即可得到多孔陶瓷微球。将上述多孔陶瓷微球转移至 250mL具塞锥形瓶中，加入3mol/L的氢氧化钠IOOmL,于摇床中140r/min震荡池，之后收集微球、用水清洗并烘干。得到的多孔陶瓷微球，平均孔径达到了 1300 A，最大孔径为1500 A， 孔隙率为59%，比表面积为22. 7m2/Cm3，平均粒径为81 μ m。实施例6将12g纳米ニ氧化硅、2g柠檬酸、30mL水混勻、8g氯化钠和20mL 5%的海藻酸钠溶液搅拌均勻至凝胶状。将上述陶瓷料浆转移到500mL三ロ烧瓶中，加入200mL泵油、15mL 司班80，850r/min搅拌30min，滴加IOmL饱和氯化钙，继续搅拌lOmin。反应结束后，过滤收集微球，用酒精和去离子水清洗干净后50°C烘箱中烘干，于马弗炉中升温至1000°C后保温25min，自然冷却，即可得到多孔陶瓷微球。将上述多孔陶瓷微球转移至250mL具塞锥形瓶中，加入IOOmL去离子水，于摇床中140r/min震荡4h，之后收集微球、用水清洗并烘干。 得到的多孔陶瓷微球，平均孔径达到了 1350 A,最大孔径为1900 A，孔隙率为58%，比表面积为23. 7m2/cm3,平均粒径为79 μ m。实施例7将12g纳米ニ氧化锆、6g纳米ニ氧化硅、IOg ニ氧化钛、2g柠檬酸、30mL水、8g氯化钠、3g硫酸钠5g纳米碳粉、2g聚乙ニ醇和20mL 5%的海藻酸钠溶液搅拌均勻至凝胶状。 将上述陶瓷料浆转移到500mL三ロ烧瓶中，加入200mL泵油、15mL司班80，860r/min搅拌 30min,滴加IOmL饱和氯化钙，继续搅拌lOmin。反应结束后，过滤收集微球，用酒精和去离子水清洗干净后60°C烘箱中烘干，于马弗炉中升温至1300°C后保温30min，自然冷却，即可得到多孔陶瓷微球。将上述多孔陶瓷微球转移至250mL具塞锥形瓶中，加入3mol/L的盐酸 IOOmL,于摇床中140r/min震荡4h，之后收集微球、用水清洗并烘干。得到的多孔陶瓷微球， 平均孔径达到了 1800 A，最大孔径为2200 A，孔隙率为80%，比表面积为23. 7m2/Cm3，平均粒径为76 μ m。实施例8将12g纳米ニ氧化锆、6g纳米ニ氧化硅、IOg ニ氧化钛、2g柠檬酸、30mL水、8g氯化钠、3g硫酸钠5g纳米碳粉、2g聚乙ニ醇和20mL 5%的海藻酸钠溶液搅拌均勻至凝胶状。 将上述陶瓷料浆转移到500mL三ロ烧瓶中，加入200mL泵油、15mL司班80，860r/min搅拌 30min,滴加IOmL饱和氯化钙，继续搅拌lOmin。反应结束后，过滤收集微球，用酒精和去离子水清洗干净后60°C烘箱中烘干，于马弗炉中升温至1300°C后保温30min，自然冷却，即可得到多孔陶瓷微球。将上述多孔陶瓷微球转移至250mL具塞锥形瓶中，加入3mol/L的盐酸 IOOmL,于摇床中140r/min震荡4h，之后收集微球、用水清洗并烘干。得到的多孔陶瓷微球， 平均孔径达到了 1800 A,最大孔径为2200 A，孔隙率为80%，比表面积为23. 7m2/Cm3，平均粒径为76 μ m。实施例9将IOg纳米ニ氧化锆、5g纳米ニ氧化硅、15g ニ氧化钛、2g柠檬酸、30mL水、2g氯化钠、3g硫酸钠5g纳米碳粉、2g磷酸钠、2g硫酸钾、2g聚乙ニ醇和20mL 5%的海藻酸钠溶液搅拌均勻至凝胶状。将上述陶瓷料浆转移到500mL三ロ烧瓶中，加入200mL泵油、IOmL 司班80，700r/min搅拌30min，滴加IOmL饱和氯化钙，继续搅拌lOmin。反应结束后，过滤收集微球，用酒精和去离子水清洗干净后60°C烘箱中烘干，于马弗炉中升温至1300°C后保温30min，自然冷却，即可得到多孔陶瓷微球。将上述多孔陶瓷微球转移至250mL具塞锥形瓶中，加入:3mol/L的盐酸IOOmL,于摇床中140r/min震荡4h，之后收集微球、用水清洗并烘干。得到的多孔陶瓷微球，平均孔径达到了 1750 A，最大孔径为2300 A，孔隙率为82%，比表面积为23. 4m2/cm3,平均粒径为150 μ m。基于本发明精神或主要特征的具体形式并不仅限于上述实施例，还可有多种组合或变化，如各种时间、试剂种类和添加量等均可在一定程度上进行调整，因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方式都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，在与本发明权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种多孔陶瓷微球的孔道扩增方法，其特征在于以二氧化锆、二氧化钛或二氧化硅粉末为陶瓷骨架材料，以纳米炭粉、聚乙烯醇、聚乙二醇、氯化铵、尿素、氯化钠、硫酸钠、磷酸钠、氯化钾、硫酸钾、磷酸钾等为致孔剂；通过反相悬浮和高温烧结法制备得到大孔陶瓷微球；微球的平均孔径达到了 1000-3G0G人，最大孔径可达4000 A，孔隙率为50-90%，比表面积为20-45m2/cm3，粒径尺寸范围为30-200 μ m。
2.按照权利要求1所述的一种多孔陶瓷微球的孔道扩增方法，其特征在于所说的陶瓷骨架材料是由粒径为50-500nm 二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛等氧化物制备而成的。
3.按照权利要求1所述的一种多孔陶瓷微球的孔道扩增方法，其特征在于所说的致孔剂为纳米炭粉、聚乙烯醇、聚乙二醇、氯化铵、尿素这一类高温可分解的材料和氯化钠、硫酸钠、磷酸钠、氯化钾、硫酸钾、磷酸钾等这类可溶解的一价阳离子盐。
4.按照权利要求1所述的一种多孔陶瓷微球的孔道扩增方法，其特征在于方法的步骤如下1)制备陶瓷料浆将纳米二氧化硅、二氧化锆或二氧化钛粉末、柠檬酸、海藻酸钠溶液与纳米炭粉、聚乙烯醇、聚乙二醇、氯化铵、尿素、氯化钠、硫酸钠、磷酸钠、氯化钾、硫酸钾、磷酸钾等致孔剂混勻至凝胶状；2)多孔陶瓷微球制备将陶瓷料浆于油相中反相悬浮分散，滴加饱和氯化钙溶液固化成球，将陶瓷微球从油相中过滤出来，用酒精和去离子水清洗，烘干，高温烧结，自然冷却得到多孔陶瓷微球；3)残余致孔剂的去处将陶瓷微球浸泡在水、盐酸或氢氧化钠溶液中，震荡一定时间后将残余致孔剂溶出，收集微球进行清洗并烘干。
5.按照权利要求4所述的一种多孔陶瓷微球的孔道扩增方法，其特征在于所说的陶瓷料浆中致孔剂的添加种类为其中一种或多种、添加量为1_40%。
6.按照权利要求4所述的一种多孔陶瓷微球的孔道扩增方法，其特征在于所说的陶瓷微球素胚的烘干温度为60-100°C，陶瓷烧结温度为800-1500°C。
7.按照权利要求4所述的一种多孔陶瓷微球的孔道扩增方法，其特征在于所说的盐酸和氢氧化钠的溶度为l-3mol/L。
全文摘要
本发明公开了一种液相层析用的多孔陶瓷微球的孔道扩增方法。以二氧化硅、二氧化锆或二氧化钛粉末为陶瓷骨架材料，以纳米炭粉、氯化铵、聚乙烯醇、尿素、聚乙二醇、氯化钠、硫酸钠、磷酸钠、磷酸钾、氯化钾、硫酸钾等为致孔剂，通过反相悬浮和高温烧结制备得到大孔陶瓷微球。具体步骤如下1)制备陶瓷料浆，将陶瓷骨架材料、致孔剂和海藻酸钠溶液混匀。2)制备多孔陶瓷微球，将陶瓷料浆于油相中反相悬浮分散，滴加饱和氯化钙溶液固化成球，高温烧结成型。3)去除残余致孔剂，将陶瓷微球浸泡在水、盐酸或氢氧化钠溶液中，震荡溶出残余致孔剂。本发明所开发的上述微球，具有刚性、孔径大、球形度好的优点，可用于生物大分子层析分离介质的基质。
文档编号C04B38/00GK102557714SQ20121000343
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者吴璞强, 夏海锋, 郑梦杰, 金雄华 申请人:江南大学