亲水性聚苯乙烯微球和其制备方法与流程

本发明涉及生物蛋白分离，具体而言，涉及一种亲水性聚苯乙烯微球和其制备方法。

背景技术：

1、聚苯乙烯微球具有良好的物理、化学稳定性，较高的机械强度，较高的比表面积，在生物蛋白分离领域有着广泛的应用。但由于聚苯乙烯微球表面存在大量的苯环及残留未反应的双键导致具有较强的疏水性，这会产生对生物大分子如蛋白质等非特异性吸附，限制其在生物领域应用，为克服这一缺点，需对聚苯乙烯微球表面进行亲水修饰以降低或消除其表面疏水区域。

2、目前，常用的聚苯乙烯微球表面亲水改性方法为化学键合与物理吸附。

3、化学键合常用方法为先在聚苯乙烯微球表面反应上活性基团如苄氯或乙酰氯(溴) ，然后利用其基团活性与亲水性多羟基聚合物发生反应，以改善疏水性。常用的亲水改性高分子有聚乙烯醇（pva），聚乙二醇（peg）等，但pva或peg链太长，接枝到聚苯乙烯微球表面后容易在聚苯乙烯微球表面“缠结”，且在生物分离过程中，若流动相盐浓度较高时容易发生相塌陷，影响生物蛋白分离效果，从而限制其应用范围。同时该方法所用的氯甲基化试剂多为强致癌物氯甲醚，风险性较大，且后续接枝pva或peg反应需要在强碱条件下才能反应，条件苛刻，活性较低。

4、物理吸附即在微球表面物理吸附一层亲水性的高分子，然后用交联剂对吸附层进行交联以增加的稳定性，使微球比表面能降低，从而达到降低蛋白质非特异性吸附能力的效果。但常用亲水聚合物例如多糖类、丙烯酰胺类、聚乙烯醇类、多胺类等物质缺乏疏水链段，直接吸附时难以高效的吸附于聚苯乙烯微球表面，导致制备的聚苯乙烯微球表面亲水功能团数量极少，亲水性改造效果差。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种亲水性聚苯乙烯微球和其制备方法，以解决现有技术中聚苯乙烯微球亲水性较差的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种亲水性聚苯乙烯微球，该亲水性聚苯乙烯微球包括：聚苯乙烯微球和通过物理吸附在其表面的两亲性聚合物包覆层，两亲性聚合物包覆层由两亲性环氧化合物接枝改性的聚乙烯醇交联形成；其中，两亲性环氧化合物含有苯基。

3、进一步地，两亲性环氧化合物的环氧基团和苯基之间含有c1~c20的烷基、c1~c20的烷氧基或者c1~c20的醚基中的任意一种或者多种；

4、优选的，两亲性环氧化合物的环氧基团和苯基之间含有c1~c20的烷氧基或者c1~c20的醚基中的任意一种或者多种；

5、优选的，两亲性环氧化合物为环氧丙基苯基醚、2-[（2-苯氧基乙氧基）甲基]环氧乙烷、2-[（4-苯氧基苯氧基）甲基]环氧乙烷和2-[[4-（2-苯氧基乙氧基）苯氧基]甲基]环氧乙烷中的任意一种或者多种；

6、优选的，两亲性聚合物包覆层与聚苯乙烯微球的质量比为0.2～1.0:1。

7、根据本申请的另一个方面，提供了一种亲水性聚苯乙烯微球的制备方法，该制备方法包括：步骤s1，将聚乙烯醇、两亲性环氧化合物和水混合，在碱性条件下进行接枝反应，接枝反应完成后，向反应液中加入有机溶剂，使接枝产物形成沉淀，得到两亲性聚乙烯醇聚合物，其中，两亲性环氧化合物含有苯基；步骤s2，将两亲性聚乙烯醇聚合物、聚苯乙烯微球和溶剂a混合，进行物理吸附，得到亲水性聚苯乙烯微球前驱体；步骤s3，将亲水性聚苯乙烯微球前驱体与交联剂、碱液混合，进行交联反应，得到亲水性聚苯乙烯微球。

8、进一步地，两亲性环氧化合物的环氧基团和苯基之间含有c1~c20的烷基、c1~c20的烷氧基或者c1~c20的醚基中的任意一种；优选的，两亲性环氧化合物的环氧基团和苯基之间含有c1~c20的烷氧基或者c1~c20的醚基中的任意一种或者多种；更优选的，两亲性环氧化合物为环氧丙基苯基醚、2-[（2-苯氧基乙氧基）甲基]环氧乙烷、2-[（4-苯氧基苯氧基）甲基]环氧乙烷和2-[[4-（2-苯氧基乙氧基）苯氧基]甲基]环氧乙烷中的任意一种或者多种；

9、优选的，两亲性环氧化合物与聚乙烯醇的质量比为0.1~0.5:1；

10、优选的，聚乙烯醇的分子量为2000~80000，更优选为5000~20000。

11、进一步地，接枝反应的温度为40~80℃，优选的，接枝反应的时间为4-24h；

12、优选的，接枝反应的ph值为13~14；

13、优选的，碱性条件通过加入naoh和koh中任意一种或者多种的水溶液得到。

14、进一步地，有机溶剂选自甲醇、乙醇和乙酸乙酯中的任意一种或者多种；

15、优选的，步骤s1中，将沉淀用水溶解，得到溶液，向溶液中加入有机溶剂进行第二沉淀，得到两亲性聚乙烯醇聚合物。

16、进一步地，步骤s2中，溶剂a包括异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的任意一种或者多种；

17、优选的，步骤s2中，两亲性聚乙烯醇聚合物和聚苯乙烯微球的质量比为0.2～1.0:1。

18、进一步地，步骤s2中，物理吸附的温度为20-60℃，时间为6-24h。

19、进一步地，交联剂包括环氧氯丙烷、乙二醇二缩水甘油醚和1,4丁二醇缩水甘油醚中的任意一种或者多种；

20、优选的，交联剂与亲水性聚苯乙烯微球前驱体的质量比为0.1～0.5:1。

21、进一步地，交联反应的温度为30-60℃，时间为6-24h。

22、应用本发明的技术方案，本申请的亲水性聚苯乙烯微球将聚乙烯醇（即pva）通过化学修饰的方法引入疏水性结构单元，然后通过将修饰后增加了疏水位点的pva与聚苯乙烯微球表面的苯环或残留双键等疏水基团相互作用进行物理吸附，再选用合适的交联剂交联形成亲水层，从而在聚苯乙烯微球表面引入大量羟基，达到降低微球疏水性的目的。

技术特征：

1.一种亲水性聚苯乙烯微球，其特征在于，包括：聚苯乙烯微球和通过物理吸附在其表面的两亲性聚合物包覆层，所述两亲性聚合物包覆层由两亲性环氧化合物接枝改性的聚乙烯醇交联形成；

2.根据权利要求1所述的亲水性聚苯乙烯微球，其特征在于，所述两亲性环氧化合物的环氧基团和苯基之间含有c1~c20的烷基、c1~c20的烷氧基或者c1~c20的醚基中的任意一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的亲水性聚苯乙烯微球，其特征在于，所述两亲性环氧化合物为环氧丙基苯基醚、2-[（2-苯氧基乙氧基）甲基]环氧乙烷、2-[（4-苯氧基苯氧基）甲基]环氧乙烷和2-[[4-（2-苯氧基乙氧基）苯氧基]甲基]环氧乙烷中的任意一种或者多种。

4.根据权利要求1至3任一项所述的亲水性聚苯乙烯微球，其特征在于，所述两亲性聚合物包覆层与所述聚苯乙烯微球的质量比为0.2～1.0:1。

5.一种权利要求1至4任一项所述的亲水性聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述两亲性环氧化合物与所述聚乙烯醇的质量比为0.1~0.5:1；

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述接枝反应的温度为40~80℃，时间为4-24h；

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和乙酸乙酯中的任意一种或者多种。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述溶剂a包括异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的任意一种或者多种。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述两亲性聚乙烯醇聚合物和所述聚苯乙烯微球的质量比为0.2～1.0:1。

11.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述物理吸附的温度为20-60℃，时间为6-24h。

12.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂包括环氧氯丙烷、乙二醇二缩水甘油醚和1,4丁二醇缩水甘油醚中的任意一种或者多种；

13.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述交联反应的温度为30-60℃，时间为6-24h。

技术总结
本发明提供了一种亲水性聚苯乙烯微球和其制备方法。该亲水性聚苯乙烯微球包括：聚苯乙烯微球和通过物理吸附在其表面的两亲性聚合物包覆层，两亲性聚合物包覆层由两亲性环氧化合物接枝改性的聚乙烯醇交联形成；其中，两亲性环氧化合物含有苯基。应用本发明的技术方案，本申请的亲水性聚苯乙烯微球将聚乙烯醇（即PVA）通过化学修饰的方法引入疏水性结构单元，然后通过将修饰后增加了疏水位点的PVA与聚苯乙烯微球表面的苯环或残留双键等疏水基团相互作用进行物理吸附，再选用合适的交联剂交联形成亲水层，从而在聚苯乙烯微球表面引入大量羟基，达到降低微球疏水性的目的。

技术研发人员：洪浩,詹姆斯·盖吉,潘龙,孙磊,王秋杨,李岩,张航飞,付宇雯,孙雨辰
受保护的技术使用者：凯莱英生命科学技术（天津）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15