核-壳结构l-肉碱分子印迹微球及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种核-壳结构L-肉碱分子印迹微球及其制备方法，涉及智能高分子材料领域。该产品采用L-肉碱为模板分子，甲基丙烯酸为功能单体，通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合结合表面分子印迹技术制备得到具有核-壳结构的L-肉碱分子印迹微球，其制备步骤分别如下：1.Stober法制备纳米SiO2微球；2.纳米SiO2微球的表面活化；3.纳米SiO2微球表面苄基化；4.纳米SiO2微球表面合成RAFT试剂；5.核-壳结构L-肉碱分子印迹微球的制备；6.印迹模板分子的洗脱。本发明具有工艺方法简单，成本低廉，便于工业化推广应用等优点；所得的印迹微球对L-肉碱分子具有较好的吸附性和选择性，可以用于肉碱对映体的分离。
【专利说明】核_壳结构L-肉碱分子印迹微球及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能高分子材料领域，具体涉及一种对L-肉碱分子具有良好的吸附和分离功能的核-壳结构分子印迹纳米微球及其制备方法，该纳米微球通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合结合表面分子印迹技术制备得到，可实现对L-肉碱的选择识别性。该分子印迹聚合物可应用于肉碱对映体的分离等领域。
【背景技术】
[0002]分子印迹技术是近年发展迅速的一种制备对特定目标分子具有分子识别性能的分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymer,MIP)的技术。由于分子印迹聚合物具有预定性、选择性和实用性等显著特点，成为了新世纪最具潜力的新型高分子功能材料之一，在手性分离、液相色谱、固相萃取以及生物传感器等方面显示出广泛的应用前景。
[0003]L-肉碱(L-camitine)又称左旋肉碱或卡尼丁，是一种促使脂肪转化为能量的类氨基酸，具有减少身体脂肪、降低体重的功效，安全无毒，因此在2003年被国际肥胖健康组织认定为最安全无副作用的减肥营养补充品。近几年，L-肉碱在医药、食品等行业被广泛应用，这大大刺激和推动了 L-肉碱的生产与发展。然而研究证明，只有L-肉碱具有生理活性，而D-肉碱对肉碱乙酰转移酶(CAT)和肉碱脂肪酰转移酶(PTC)有竞争性抑制作用，抑制线粒体脂肪酸氧化和能量的形成，过量服用还可能会产生肌肉酸痛，严重可能导致肌肉萎缩，因而，随着消费者安全意识的增加，DL-肉碱已趋淘汰，光学纯的L-肉碱的生产越来越受到重视。
[0004]随着纳米科学 与技术的进一步深入发展，人们对纳米材料的制备、性质、应用提出了更广更高的要求。近几年，复合结构纳米材料的制备、表征、性质等的研究正在兴起，并呈现出很好的发展势头，是一个热门研究领域。其中核壳型复合微纳米粒子引起了人们广泛的关注。将纳米结构与分子印迹技术结合，所制备出的分子印迹聚合物不需研磨、筛分等工序；机械强度高，识别点不易破坏；具有极大的比表面积，模板分子几乎可以完全除去，最大限度地提高了有效结合位点的比例；结合位点大多位于材料的表面或接近表面，表现出较高的结合容量，同时，模板分子容易接近到材料的分子印迹位点，从而表现出较快的结合动力学特性。
[0005]可逆加成-断裂链转移自由基聚合(ReversibleAddition Fragmentation ChainTransfer,RAFT)是在传统自由基聚合体系中，引入了一种具有高链转移常数的二硫代酯结构的链转移试剂，在其聚合方式链增长过程中存在着增长链自由基和链转移剂之间快速的可逆加成-断裂的平衡过程，防止了双基终止反应的出现，保证了几乎所有的增长链具有相同的增长几率，从而实现了自由基聚合过程可控。RAFT链转移剂一般为二硫代酯类化合物，随着链转移剂Z基团的不同，RAFT链转移剂也可是三硫代酯、黄原酸酯、二硫代氨基甲酸酯等。目前，RAFT自由基聚合方式已在末端功能化聚合物、星状聚合物、梯度共聚物和嵌段聚合物的合成与应用研究领域发挥着越来越重要的作用，尤其是在进行表面接枝共聚反应时，因其接枝共聚物的分子量和接枝密度较之其它几种方式较高，所以利用RAFT方式对材料表面进行接枝共聚改性是最热门的方式之一。
【发明内容】
[0006]针对分子印迹技术与纳米材料结合在手性拆分领域的潜在应用，本发明拟解决的技术问题是:提供一种对L-肉碱分子具有良好吸附和分离功能的核-壳结构分子印迹微球及制备方法。在传统的分子印迹微球的制备中，存在着副反应产物多、反应过程不易控制、表面接枝不完全、模板分子“包埋”等问题。本产品采用RAFT聚合方法所制备得到的核-壳结构分子印迹微球表面分子接枝密度较高，并保证了几乎所有的增长链具有相同的增长几率，从而实现了自由基聚合过程可控，同时结合表面印迹方法，制备得到的具有手性识别性能的分子印迹微球避免了传统制备方法中识别位点包埋在聚合物内部的问题，提高对模板分子的识别效率和传质速率。
[0007]本产品通过采用Stober法制备纳米SiO2微球并对其表面活化；再在SiO2微球表面接枝4-(氯甲基)苯基三氯硅烷，得到苄基化的硅胶(SiO2-Cl);通过表面RAFT链转移剂接枝聚合，在SiO2微球表面合成RAFT链转移剂，得到SiO2微球表面负载RAFT链转移剂(SiO2-RAFT)，其中RAFT链转移剂的R基团(? CH2Ph)与SiO2微球表面相连；以手性药物L-肉碱为模板分子，甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂，在溶剂中通过RAFT聚合，最终制备得到以SiO2为核，分子印迹膜为壳的核-壳结构的L-肉碱分子印迹微球，最后利用索氏提取和超声提取洗脱两种手段去除掉聚合物中的模板分子，从而所得到的印迹微球中留下了与L-肉碱模板分子空间结构相一致的“分子印迹”。该分子印迹微球对L-肉碱有一定的吸附作用。可以实现对肉碱对映体的手性拆分。
[0008]本发明所述的核-壳结构L-肉碱分子印迹微球的制备工艺简单、生产成本低、不需要特殊的仪器和设备。
[0009]本发明所述的核-壳结构L-肉碱分子印迹微球的制备方法包括如下步骤:
[0010](I)纳米SiO2微球的制备:在室温下将一定量乙醇、氨水、去离子水于三口烧瓶中，机械搅拌混合均匀，再缓慢滴加一定量正硅酸乙酯(TE0S)。连续搅拌3h，用离心机分离沉淀，沉淀用蒸馏水和乙醇分别洗涤3次，放入恒温干燥箱中，于50°C下干燥24h，即得到SiO2纳米微球。
[0011](2) SiO2微球的表面活化:将干燥后的SiO2微球放在100ml的小烧杯中，首先用HN03/H20(1:1)浸泡硅胶24h，以除去硅胶中的少量的无机杂质并增加硅胶表面的羟基数目。再用去离子水洗去硝酸至中性，然后用丙酮洗涤，去除硅胶中有机杂质。放入100°C真空烘箱中烘12h，去除硅胶表面物理水，活化表面羟基。取出置于充满氮气的干燥器中待用。
[0012](3) SiO2微球表面苄基化:称取适量活化后的SiO2微球加入到一定量二甲苯溶液中，超声使其分散均匀，加入一定量的4-(氯甲基)苯基三氯硅烷和三乙胺，磁力搅拌，室温回流条件下反应24h，离心分离，用无水乙醇洗涤产物后在60°C下真空干燥。得到苄基化SiO2 微球(SiO2-Cl)。
[0013](4) SiO2微球表面合成RAFT试剂:将一定比例的苯基溴化镁(0.1M in THF)和超干四氢呋喃加入到三口烧瓶中，混匀预热至50°C，逐滴缓慢滴加适量二硫化碳，50°C下反应lh。将适量SiO2-Cl微球加入上述反应后体系中，超声分散，密封装置，通氮除氧，机械搅拌条件下，于60°C反应60h。反应产物依次用四氢呋喃、甲醇、丙酮洗涤后于60°C烘箱中干燥24h，最终得到负载RAFT试剂的SiO2微球(SiO2-RAFT)。
[0014](5)核-壳结构L-肉碱分子印迹微球的制备^L-肉碱(模板分子)溶解于甲醇溶剂中，加入功能单体MAA，置入恒温振荡器中振荡2h，使模板分子与功能单体充分作用。取一定量SiO2-RAFT微球分散于甲醇溶液中，再加入之前准备好的L-肉碱与MAA的甲醇混合溶液和交联剂EGDMA，将反应器密封，通氮除氧，逐滴加入含引发剂AIBN的甲醇溶液，在50°C下，机械搅拌反应6h，再升温至60°C，继续搅拌反应24h。用离心机离心分离沉淀，40°C真空干燥24h。
[0015](6)印迹模板分子的洗脱:反应产物用索氏提取器抽提或超声提取(抽提液均为甲醇)去除模板分子，用丙酮漂洗，除去少量细小的聚合物碎片。40°C真空干燥24h后备用。
[0016]在步骤I中纳米SiO2微球采用的制备方法是经典Stober法。
[0017]在步骤5中模板分子L-肉碱的用量为1mmol，功能单体的用量为4mmol，SiO2-RAFT的用量为200mg，交联剂的用量为5~IOmmol，致孔剂的用量为80ml甲醇溶液。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0019]图1 (a)为纳米SiO2微球表面场发射电镜扫描图。
[0020]图1 (b)为核-壳结构L-肉碱分子印迹微球表面场发射电镜扫描图。
[0021]图1 (c)为纳米SiO2微球的透射电镜扫描图。
[0022]图1 (d)为核-壳结构L-肉碱分子印迹微球透射电镜扫描图。
【具体实施方式】
[0023]下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0024]实施例1:
[0025]1.SiO2纳米微球的制备:依次将60ml无水乙醇、9ml氨水、9ml去离子水加入到250ml三口烧瓶中，机械搅拌lOmin，使溶液混合均匀，用注射器逐滴滴加4.5ml正硅酸乙酯(TEOS)，随着TEOS的加入，溶液逐渐变为白色浊液，在室温下持续搅拌3h。采用离心机离心分离沉淀，用去离子水和无水乙醇分别洗涤沉淀3次后，置于表面皿上，于50°C烘箱中干燥24h，得到SiO2白色粉末。
[0026]2.SiO2微球的表面活化:将干燥后的SiO2微球放在100ml的烧杯中，加入25ml硝酸和25ml去离子混合溶液中，超声分散，盖上保鲜膜浸泡24h。将浸泡后的SiO2用去离子水洗至中性，得到表面活化的SiO2微球，放在烘箱中干燥，备用。
[0027]3.SiO2微球的表面苄基化:取100ml三口烧瓶，加入Ig已预处理干燥后的SiO2微球和30ml 二甲苯，超声使SiO2微球充分分散在溶剂中。取800iU4-(氯甲基)苯基三氯硅烷加入到烧瓶中。密封装置，通氮气除氧，再将500 Ul三乙胺溶解于5ml 二甲苯中，缓慢加入到上述体系中，继续搅拌，于室温下回流反应24h。反应结束后，将沉淀离心分离，沉淀用无水乙醇洗涤3次， 于60°C烘箱中干燥，干燥后得苄基化SiO2微球(SiO2-Cl)。
[0028]4.SiO2微球的表面合成RAFT试剂:取250ml三口烧瓶，加入24ml苯基溴化镁(0.1M in THF)和64ml超干四氢呋喃，混匀预热至50°C，用注射器逐滴缓慢滴加3.2ml 二硫化碳，滴加时间大约为30min，维持50°C反应lh。将800mg SiO2-Cl微球加入上述反应后体系中，超声分散，密封装置，通氮除氧，机械搅拌条件下，于60°C反应60h。反应产物依次用四氢呋喃、甲醇、丙酮洗涤2次，并于60°C烘箱中干燥24h，最终得到负载RAFT试剂的SiO2微球(SiO2-RAFT)。
[0029]5.核-壳结构L-肉碱分子印迹微球的制备:取Immol (0.1612g)模板分子L-肉碱溶解于20ml甲醇中，加入4mmol (0.314ml)甲基丙烯酸(MAA),室温下气浴恒温振荡2h,使模板分子与功能单体充分作用。取200mg SiO2-RAFT微球分散于50ml甲醇溶液中，再加入之前准备好的L-肉碱与MAA的甲醇混合溶液和5mmol (0.95ml)交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)，将反应器密封，通氮除氧，用注射器逐滴加入含40mg引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)的甲醇溶液10mL，于50°C下反应6h，再升温至60°C，继续搅拌反应24h。用离心机离心分离沉淀，40°C真空干燥24h，得到核-壳结构分子印迹微球。
[0030]6.印迹模板分子的洗脱:采用索氏提取的方法，提取液为甲醇溶液，每8h换一次甲醇溶液，每次使用甲醇量为170ml (索氏提取装置为250ml)，总共洗脱时间48h，提取结束后，用丙酮漂洗I次，除去少量细小的聚合物碎片。40°C真空干燥24h。
[0031]实施例2:
[0032]1.同实施例1。
[0033]2.同实施例1。
[0034]3.同实施例1。
[0035]4.同实施例1。
[0036]5.同实施例1。
`[0037]6.印迹模板分子的洗脱:采用超声提取的方法，提取液为甲醇溶液，每30min换一次甲醇溶液，每次使用甲醇量为100ml，总共洗脱时间300min，提取结束后，用丙酮漂洗I次，除去少量细小的聚合物碎片。40°C真空干燥24h。
[0038]实施例3:
[0039]1.同实施例1。
[0040]2.同实施例1。
[0041]3.同实施例1。
[0042]4.同实施例1。
[0043]5.核-壳结构L-肉碱分子印迹微球的制备:取Immol (0.1612g)模板分子L-肉碱溶解于20ml甲醇中，加入4mmol (0.314ml)甲基丙烯酸(MAA),室温下气浴恒温振荡2h,使模板分子与功能单体充分作用。取200mg SiO2-RAFT微球分散于50ml甲醇溶液中，再加入之前准备好的L-肉碱与MAA的甲醇混合溶液和IOmmol (1.93ml)交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)，将反应器密封，通氮除氧，用注射器逐滴加入含40mg引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)的甲醇溶液10ml，于50°C下反应6h，再升温至60°C，继续搅拌反应24h。用离心机离心分离沉淀，40°C真空干燥24h，得到核-壳结构分子印迹微球。
[0044]6.同实施例2。
【权利要求】
1.一种核-壳结构L-肉碱分子印迹微球,其特征在于该微球是以纳米SiO2微球为核，表面L-肉碱分子印迹膜是通过RAFT聚合法，在甲醇中以L-肉碱为模板分子，以甲基丙烯酸为功能单体，以乙二醇二甲基丙烯酸酯为化学交联剂制得的。
2.根据权利要求1所述的核-壳结构L-肉碱分子印迹微球，其特征在于，纳米SiO2微球的粒径分布在200~600nm之间。
3.根据权利要求1所述的核-壳结构L-肉碱分子印迹微球，其特征在于，模板分子、功能单体、交联剂的摩尔比为1:4:5 ;1:4:10。
4.权利要求1所述的核-壳结构L-肉碱分子印迹微球的制备方法，其特征在于包括以下步骤:纳米SiO2微球的制备:在室温下将一定量乙醇、氨水、去离子水置于三口烧瓶中，搅拌下缓慢滴加一定量正硅酸乙酯(TEOS)，搅拌3h，离心分离，沉淀用蒸馏水和乙醇分别洗涤3次，50°C下恒温干燥得到SiO2纳米微球； SiO2微球的表面活化:将干燥后的SiO2微球HN03/H20(1:1)中浸泡24h，再用去离子水洗至中性，然后用丙酮洗涤，放入100°C真空烘箱中烘12h，去除硅胶表面物理水，活化表面羟基； SiO2微球表面苄基化:取适量活化后的SiO2微球加入到一定量二甲苯溶液中，加入4_(氯甲基)苯基三氯硅烷和三乙胺，搅拌回流24h，离心分离，用无水乙醇洗涤产物后在60°C下真空干燥得到苄基化SiO2微球(SiO2-Cl)。 SiO2微球表面合成RAFT试剂:将苯基溴化镁和超干四氢呋喃加入到三口烧瓶中，混匀预热至50°C，缓慢滴加二硫化碳，50°C下反应lh，再加入SiO2-Cl微球，密封装置，通氮除氧，60°C下搅拌反应60h后，用四氢呋喃、甲醇、丙酮洗涤产物并于60°C烘箱中干燥24h，得到负载RAFT试剂的SiO2微球(SiO2-RAFT)。 核-壳结构L-肉碱分子印迹微球的制备:称取一定量SiO2-RAFT微球分散于甲醇溶液中，再加入L-肉碱与甲基丙烯酸的甲醇混合溶液(预先混合震荡2小时)和乙二醇二甲基丙烯酸酯，将反应器密封，通氮除氧，加入含引发剂偶氮二异丁腈，在50°C下机械搅拌反应24h，离心分离，甲醇溶液进行清洗去除模板分子，40°C真空干燥24h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的功能单体和交联剂分别为甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯。
6.—种核-壳结构L-肉碱分子印迹微球在肉碱拆分中的应用。
【文档编号】C07C227/34GK103613721SQ201310594941
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】陈娇娇, 付新蕾, 侯蔺桐, 傅宏俊, 程立伟, 许轩明 申请人:天津工业大学