本发明涉及一种基于添加可降解聚合物用于制备磷酸功能化的多级孔杂化整体材料的方法，具体是将多面体寡聚倍半硅烷试剂、磷酸功能单体、可降解聚合物、引发剂，以及溶剂混合并超声溶解，然后经过加热发生共聚反应，再通过酸性条件下降解不参与反应的聚合物，即可制备出磷酸功能化的多级孔杂化整体材料。磷酸功能化多级孔的杂化整体材料同时具有微孔、介孔和大孔，既具有较大的比表面积，又具有传质速度快等特点，在样品前处理中展示出良好的应用前景。所述的制备方法具有操作简便快速等优点，另外还可以根据不同的应用要求添加不同配比的功能单体和可降解聚合物，制备出一系列具有不同物理和化学性质的磷酸功能化的多级孔杂化整体材料。
背景技术：
近十年来，多级孔材料已经成为科学研究的重点，不仅取得了巨大的进步，而且仍然处于快速发展中。这种材料同时含有渗透孔隙结构和连续的矩阵结构。多样的孔结构可能结合微孔(<2nm)、介孔(2-50nm)和大孔(>50nm)。这样的多重孔结构根据孔隙大小的组合赋予材料独特的性质。其中，微孔和介孔的存在会使材料具有很大的比表面积，提供更多的活性中心，而大孔的存在，在应用过程中可以加快传质速率。总之，多级孔材料具有低背压和高渗透性等特点，已经在催化、分离、光学、能源和生命科学中具有广泛的应用。
根据材料的组成成分，多级孔材料可以分为多级孔金属材料、多级孔无机非金属材料和多级孔高分子材料。其中，多级孔高分子材料是以聚合物单体为基础，通过交联组装形成孔结构。这类材料兼具多孔材料和高分子的优点，例如高比表面积和良好的孔隙度，加工简单等。由于某些多级孔高分子材料具有良好的生物相容性和低毒性的特点，因此可以用来封装药物，并在生物体内控制释放；也可以作为支架对生物分子和细胞进行固定。另外，如酚醛树脂、聚苯乙烯等高分子材料，除了作为多孔模板外，还是常用的碳材料前驱体。
蛋白质磷酸化和去磷酸化几乎调节着生命活动的整个过程，包括细胞的增殖、发育和分化、神经活动、肌肉收缩、新陈代谢、肿瘤发生等。随着生物质谱技术在质量精度和扫描速度的提高，以及新的肽段碎裂技术的出现和相关的生物信息学的发展，质谱技术已经成为磷酸化蛋白质分析最支撑的技术之一。但是，进行质谱鉴定前非常有必要从高度复杂的生物样品中特异性地分离和富集磷酸化蛋白质和磷酸化肽段。到目前为止，分离和富集磷酸化肽段最常用的手段是固定化金属离子亲和色谱(Immobilized Metal Affinity Chromatography,IMAC)。IMAC技术是通过带正电荷的金属离子与磷酸化肽段中磷酸基团的螯合作用和离子相互作用而特异性的分离和富集磷酸化肽段。
技术实现要素：
本发明涉及一种以可降解聚合物为模板制备含磷酸功能化的多级孔杂化整体材料的方法，具体是首先将多面体寡聚倍半硅烷试剂、磷酸功能单体、可降解聚合物、引发剂，以及有机溶剂混合并超声溶解，然后采用加热方式发生自由基共聚反应，再通过酸性条件下降解不参与共聚反应的可降解聚合物，即可制备出磷酸功能化的具有多级孔道结构的杂化整体材料。
本发明采用的技术方案为：
将含有多个双键的八乙烯基倍半硅烷、含有一个双键的磷酸功能单体、可降解聚合物和热引发剂溶解在溶剂中，超声混合均匀后转移到安瓿瓶中，并除去溶解氧后，通过加热发生自由基聚合反应制备整体材料，然后在酸性条件下水解可降解聚合物，即可制备出磷酸功能化具有多级孔道结构的杂化整体材料，并根据不同的需求，通过调节单体浓度和可降解聚合物浓度，可以制备出不同性质的磷酸功能化的多级孔杂化整体材料。
本发明所制备的磷酸功能化的多级孔杂化整体材料，既具有1μm左右的大孔，又具有10nm以下的中孔和微孔，且比表面积可高达500m2/g。由于材料中含有磷酸官能团，通过螯合金属钛离子可以制备成金属钛离子螯合亲和色谱的多级孔杂化整体材料，在样品前处理具有良好的应用前景，尤其适用于吸附带有磷酸官能团的小分子化合物和生物样品中的磷酸肽富集。
1)向容积为5mL或10mL的安瓿瓶中加入75-200mg八乙烯基倍半硅氧烷；
2)向步骤1)的安瓿瓶中加入10-100mg乙烯基膦酸；
3)向步骤1)的安瓿瓶中加入0-70mg聚己内酯；
4)向步骤1)的安瓿瓶中加入0.5-5.0mL四氢呋喃；
5)向步骤1)的安瓿瓶中加入12-40mg热引发剂偶氮二异丁腈；
6)将于步骤5)后得到的混合体系在常温下超声，使其完全溶解形成均匀透明溶液，以除去混合体系中的溶解氧；
7)将步骤6)中装有混合溶液的安瓿瓶放入液氮(温度为-193℃左右)中，使混合溶液凝固成固体；
8)将步骤7)中的安瓿瓶进行抽真空，以除去瓶中的氧气；
9)将步骤8)中的安瓿瓶进行密封；
10)将步骤9)中密封的安瓿瓶放入50－70℃水浴锅中，反应12－48h，安瓿瓶中的混合液体发生聚合反应，成为固体；
11)对安瓿瓶中的固体用四氢呋喃浸泡洗涤3-5次，将其中一些未参与反应的物质清洗，得到整体材料；
12)将步骤11)得到的整体材料放入玻璃瓶中，并加入1-2mol/L盐酸；
13)将步骤12)中的玻璃瓶密封，并放入60－80℃水浴锅中48－96h，以完全水解可降解聚合物；
14)用甲醇冲洗上述整体材料，以去除盐酸及水解产物，即可得到磷酸功能化的多级孔杂化整体材料。
15)将步骤14)所得的整体材料放入离心管中，加入30-50mL 0.1-0.3g/mL的硫酸钛水溶液，振荡24-48h。
16)用去离子水冲洗上述整体材料，以去除未螯合的金属钛离子，即可得到可以应用于金属钛离子螯合亲和色谱的多级孔杂化整体材料。
本方法采用的是热引发的自由基聚合反应(thermal induced free radical polymerization reaction)，在加热条件下热引发剂产生的自由基引发聚合反应，所以反应开始前需要冷冻，进行抽真空除氧。
本方法采用热引发自由基聚合的方法快速制备磷酸功能化的多级孔杂化整体材料。可降解聚合物在聚合过程中不参与反应，然后通过酸性条件下水解可降解聚合物，即可得到多级孔杂化整体材料。所制备多孔整体材料的孔径和孔结构可以通过改变功能单体的比例和可降解聚合物的组成进行调控。
本发明所制备的磷酸功能化的具有多级孔道结构的杂化整体材料，具有富集速率快，吸附量大等特点，在样品前处理具有良好的应用前景。对小分子吸附结果表明，磷酸功能化的多级孔杂化整体材料对带有磷酸官能团小分子吸附量可高达62.8mg/g，且在60min内可以达到吸附平衡。生物样品中富集磷酸肽的质谱分析结果表明，所制备的磷酸功能化多级孔杂化整体材料也可以应用于痕量样品的分离富集。
所制备的杂化整体材料同时具有微孔、介孔和大孔，既具有较大的比表面积，又具有传质速度快等特点，在样品前处理中展示出良好的应用前景。所述的制备方法具有操作简便和快速等优点，另外还可以根据不同的应用要求添加不同配比的功能单体和可降解聚合物，制备出一系列具有不同物理和化学性质的多级孔杂化整体材料。
附图说明
图1为基于热引发自由基聚合反应制备磷酸功能化多级孔杂化整体材料的示意图。
图2为磷酸功能化多级孔杂化整体材料的扫描电镜图(SEM)。其中a,b为实施例1的制备的杂化整体材料柱的SEM；c,d为实施例2制备的杂化整体材料的SEM(a,c为5000倍，c,d为10000倍)。
图3为磷酸功能化多级孔杂化整体材料对5-膦酸吡哆醛的吸附动力学图(a)和静态吸附图(b)。其中(■)为实施例1制备的磷酸功能化多级孔杂化整体材料，(○)为实施例2制备的磷酸功能化多级孔杂化整体材料。
图4为实施例1制备的磷酸功能化多级孔杂化整体材料应用于富集人血清中内源性磷酸肽的MALDI TOF-MS分析图谱。
具体实施方式
实施例1
制备步骤如下：
1)向容积为5mL的安瓿瓶中加入75mg八乙烯基倍半硅氧烷；
2)向步骤1)的安瓿瓶中加入20mg乙烯基膦酸；
3)向步骤1)的安瓿瓶中加入0mg聚己内酯；
4)向步骤1)的安瓿瓶中加入12mg引发剂偶氮二异丁腈；
5)向步骤1)的安瓿瓶中加入1.0mL四氢呋喃；
6)将于步骤5)后得到的混合体系在常温下超声，使其完全溶解形成均匀透明溶液，以除去混合体系中的溶解氧；
7)将步骤6)中装有混合溶液的安瓿瓶放入液氮中，使混合溶液凝固成固体；
8)将步骤7)中的安瓿瓶进行抽真空，以除去瓶中的氧气；
9)将步骤8)中的安瓿瓶进行密封；
10)将步骤9)中密封的安瓿瓶放入60℃水浴锅中，反应24h，安瓿瓶中的混合液体发生聚合反应，成为固体；
11)对安瓿瓶中的固体用四氢呋喃浸泡洗涤3次，将其中一些未参与反应的物质清洗，得到整体材料；
12)将步骤11)得到的整体材料放入玻璃瓶中，并加入盐酸；
13)将步骤12)中的玻璃瓶密封，并放入70℃水浴锅中72h，以完全水解可降解聚合物；
14)用甲醇冲洗上述整体材料，以去除盐酸及水解产物，即可得到磷酸功能化的多级孔杂化整体材料。
15)将步骤14)所得的整体材料放入50mL离心管中，加入40mL 0.1g/mL的硫酸钛水溶液，振荡24h。
16)用去离子水冲洗上述整体材料，以去除未螯合的钛离子，即可得到可以应用于金属钛离子螯合亲和色谱的多级孔杂化整体材料。
实施例2
制备步骤如下：
1)向容积为5mL的安瓿瓶中加入75mg八乙烯基倍半硅氧烷；
2)向步骤1)的安瓿瓶中加入20mg乙烯基膦酸；
3)向步骤1)的安瓿瓶中加入25mg聚己内酯；
4)向步骤1)的安瓿瓶中加入12mg引发剂偶氮二异丁腈；
5)向步骤1)的安瓿瓶中加入1.0mL四氢呋喃；
6)将于步骤5)后得到的混合体系在常温下超声，使其完全溶解形成均匀透明溶液，以除去混合体系中的溶解氧；
7)将步骤6)中装有混合溶液的安瓿瓶放入液氮中，使混合溶液凝固成固体；
8)将步骤7)中的安瓿瓶进行抽真空，以除去瓶中的氧气；
9)将步骤8)中的安瓿瓶进行密封；
10)将步骤9)中密封的安瓿瓶放入60℃水浴锅中，反应24h，安瓿瓶中的混合液体发生聚合反应，成为固体；
11)对安瓿瓶中的固体用四氢呋喃浸泡洗涤3次，将其中一些未参与反应的物质清洗，得到整体材料；
12)将步骤11)得到的整体材料放入玻璃瓶中，并加入盐酸；
13)将步骤12)中的玻璃瓶密封，并放入70℃水浴锅中72h，以完全水解可降解聚合物；
14)用甲醇冲洗上述整体材料，以去除盐酸及水解产物，即可得到磷酸功能化的多级孔杂化整体材料。
15)将步骤14)所得的整体材料放入50mL离心管中，加入40mL 0.1g/mL的硫酸钛水溶液，振荡24h。
16)用去离子水冲洗上述整体材料，以去除未螯合的钛离子，即可得到可以应用于金属钛离子螯合亲和色谱的多级孔杂化整体材料。
实施例2制备的整体材料的扫描电镜图如图2(c，d)，可以清晰看到整体材料中存在大孔，而实施例制备的整体材料的扫描电镜图如图2(a，b)则没有大孔。将磷酸功能化的多级孔杂化整体材料(实施例1和2)应用于5-膦酸吡哆醛的吸附，其实验结果如图3。结果表明含有大孔的多级孔杂化整体材料(实施例2)吸附速率更快，可以在60min内达到吸附平衡，吸附容量可高达62.8mg/g。实验条件：5-膦酸吡哆醛溶液为乙腈/水(50/50，v/v)溶液，紫外检测波长为295nm。多级孔杂化整体材料(实施例2)应用于富集人血清中内源性磷酸肽MADLI TOF-MS质谱分析图如图4所示，结果显示可以通过有效的富集及质谱分析能够检测到人血清中的4条内源性磷酸肽。这些结果充分说明了多级孔杂化整体材料在复杂生物样品中具有一定的实际应用潜力。
结论：该方法采用热引发自由基聚合反应制备磷酸功能化多级孔杂化整体材料，其制备过程简单，并对小分子和生物样品中磷酸肽具有良好的富集效果，而且可以根据不同需要，调节单体组成，制备具有不同物理性质的磷酸功能化的多级孔杂化整体材料。