一种基于PE筛板偶联化学基团的整体柱板制备方法及应用与流程

本发明涉及聚合物整体柱技术领域，具体涉及一种基于pe筛板偶联化学基团的整体柱板制备方法及应用。

背景技术：

目前，用于dna合成，核酸提取与纯化，化合物固相萃取，生物样本吸附、分离、纯化与浓缩，化学反应催化载体、血液净化等领域的相关产品大多为单柱管，柱管里面基本都是采用两片筛板夹功能型粉末填料的形式，功能型粉末填料事先已经偶联有功能型化学基团，主要用来做dna提取柱以及spe柱，处理样本的体积比较大，属于单管形式，不利于批量化、规模化和小型化操作，对于微量、超微量以及痕量样本的处理，单柱管也很难实现。现行的样本前处理单柱管，具体还表现在以下几个方面：1)生产成本高，使用成本也高，传统的单柱管生产全部依赖于人工，人工生产成本占整个产品生产成本的30％以上，同时，功能填料填装量多，使用时，试剂消耗量大，运行成本也高；2)功能填料消耗量大，功能填料浪费性也大，传统的单柱管，受柱管体积所限，最小1ml柱管，柱管中功能填料填装量最低30mg，再小的填装量很难控制填装精度，由于处理微量和痕量的样本不需要这么高的填装量，所以导致功能填料的浪费；3)处理样本量有限，一次实验，最多能同时处理96个目标样本；4)处理样本体积都在1ml以上，无法满足微量、超微量以及痕量样本的前处理，这样所需配套的生物样本前处理的试剂用量也很大，不仅增加了试剂消耗，增加了处理成本，而且所用的处理试剂大多是对人体和环境有毒有害易挥发的腐蚀性液体，用量越多，废液排放越多，对人体和环境危害越大；5)自动化程度不高，效率不高，操作极为不便，无法很好的实现自动化、批量化处理生物样本；6)本身产品体积就大，而且所需的配套试剂和填料基质也多，产品本身的生产成本也居高不下；7)功能单一，无法满足多功能、多用途的需求。

然而，随着生物技术、生命科学、合成生物学、生物医药、化学分析、食品检测和临床诊断学研究的快速发展，需要对大量的生物样本中的海量生物化学成分进行dna合成，核酸提取与纯化，化合物固相萃取，生物样本吸附、分离、纯化与浓缩，化学反应载体催化、血液净化，对该领域配套的仪器设备和试剂耗材提出了更高的要求，如高通量、超微量合成与检测、成本控制、多功能、环保等，以及最大限度的降低目标样本前处理、合成纯化试剂的使用量等。

技术实现要素：

本发明提出一种基于pe筛板偶联化学基团的整体柱板制备方法及应用，解决了现有技术中整体柱体积大、通透性差的问题，提供一种聚合物整体柱板的制备方法，该方法基于微孔玻璃小球(controlledporeglass，简称cpg或硅胶)或高分子聚合物基质固化pe筛板偶联化学基团技术的多功能柱管孔板载体来制备整体柱板，所制备的整体柱板具有柱床体积小、通透性好、背压低、对流传质速度快以及制备容易等优点，极大地拓宽了整体柱板的应用范围。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例公开了一种基于pe筛板偶联化学基团的整体柱板制备方法，具体包括如下步骤：

s1.将直径为3.2mm、厚度为6.25mm的含有微孔玻璃小球cpg的pe筛板装配到400ul384孔型过滤板的装配位底部；

s2.将装有pe筛板的384孔型过滤板置入负压抽滤装置的密封槽内，通过加样分液机械手将1.1mmoln-氯甲基邻苯二甲酰亚胺、120ul二氯甲烷，维持15min后，加入6ul0.6mol/l三氯化铁-二苯甲酮的二氯甲烷溶液作催化剂，加热到45℃反应保持0.5小时，反应结束后，分别用0.1mol/l盐酸的n,n’-二甲基甲酰胺溶液(3*100ul)、n,n’-二甲基甲酰胺(3*100ul)二氯甲烷(5*100ul)、甲醇(2*100ul)淋洗pe筛板，抽干，真空完成干燥；

s3.用乙醇(3*100ul)和甲醇(3*100ul)对pe筛板淋洗，抽滤，真空干燥得氨甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)固化pe筛板，反应方程式如下式所示：

s4.完成氨甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)固化pe筛板的合成。

2)3-氨基-1-(4，4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇间臂的合成

30mmol3-氨基-1,2-丙二醇加入30ml三氟乙酸甲酯中，室温搅拌反应12h，反应结束后蒸馏除去三氟乙酸甲酯，剩余产物加入100ml甲苯，回流除水，得无色油状产物3-三氟乙酰胺-1，2-丙二醇。5mmol3-三氟乙酰胺-1，2-丙二醇加入20ml无水吡啶中，搅拌同时加入5mmoldmt-cl,室温搅拌反应12h后，加入2ml甲醇终止反应，蒸馏除去溶剂，剩余物加入50ml乙酸乙酯中，依次用饱和碳酸氢钠溶液(3*30ml)和纯水(2*30ml)洗涤乙酸乙酯，收集有机相，加入10g无水硫酸钠搅拌2h除水，然后过滤除去硫酸钠，蒸发除去乙酸乙酯，得淡黄色油状物，产物用硅胶柱色谱纯化，0.1％吡啶和0～2％甲醇的二氯甲烷溶液为流动相进行梯度洗脱，得淡黄色油状物3-三氟乙酰胺-1-(4.4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇。2.5g3-三氟乙酰胺-1-(4.4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇加入75ml9mol、l氨的甲醇溶液中，室温搅拌反应过夜，蒸干得无色油状产物3-氨基-1-(4，4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇，备用，反应方程式如下式所示。

3-氨基-1-(4，4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇间臂的合成

3)氨甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)固化筛板与间臂的偶联

将装有cpg固化筛板的400ul384孔型过滤板，置于负压抽滤装置配套的密封槽内，在加样分液机械手的配合下，往装有固化筛板的384孔型过滤板每个孔内加入7.5mg琥珀酸酐和50ul吡啶、8uln-甲基咪唑、42ul四氢呋喃(tetrahydrofuranthf)的混合溶液，室温振荡过夜，反应后的固化筛板分别用50ul吡啶和50ul四氢呋喃淋洗，得到琥珀酰胺甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)固化筛板，再往384孔型过滤板每个孔内加入8uln-甲基咪唑、5ul乙酸酐，5ul2,6-二甲基吡啶和82ul四氢呋喃的混合液，室温振荡反应45min，分别用50ul四氢呋喃、50ul吡啶、100ul乙腈淋洗，抽滤，真空干燥，再加入2.5mmol3-氨基-1-(4，4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇、3mmol1-羟基苯并三唑、3mmoln,n’-二环己基碳二亚胺、75ul吡啶混合液，20℃振荡反应过夜，抽滤。再用50ul乙腈淋洗后，加入10ul三乙胺、10ul水、30ul乙腈的混合溶液，室温振荡反应45min后，用100ul乙腈淋洗，真空干燥2h。

再往384孔型过滤板每个孔内加入60ul2,6-二甲基吡啶和70ul四氢呋喃的混合溶液，加入甲酸和乙酸酐混合溶液(体积比2:3，加3次，每次50ul)进行甲酰化，室温反应1h，用100ul乙腈淋洗柱体，真空干燥2h，得目标产物微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)基质的dna固相有机合成universalcpg载体，反应方程式如下式所示。

氨甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)与间臂的连接

经分光光度法检测4,4’二甲氧基三苯甲基(dmt)载量，为20umol/g，即200nmol/孔。

则该板即可作为200nmol，384孔dna合成板来使用。

用同样的方法，也可以制作规模为0.05nmol-500nmol的384孔dna合成板。

进一步地，所述pe筛板制备步骤为：

s11.原料的选择：被固化的基质填料采用80-150um粒径的微孔玻璃小球cpg，高分子聚合物固化剂采用粒径为50um，分子量为400万的超高分子量聚乙烯uhmw-pe粉末；

s12.混合原料的配置与混匀：按照质量比，微孔玻璃小球cpg：uhmw-pe粉＝1:1.5的比例配制25g混合粉料(即10g微孔玻璃小球cpg+15guhmw-pe粉)，在混匀仪上颠倒混匀2h，备用；

s13.直径3.2mm，厚度6.25mm的圆柱形筛板固化模具的设计与制造：在边长为250.0mm，厚度为6.5mm铝块上采用慢走丝工艺等距割出1000个直径为3.4mm，深度为6.5mm的圆柱孔，再经过镜面处理、表面抛光等技术精细加工，确保模具孔精度≤0.02mm后，喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用，采用镜面处理、表面抛光等技术精细加工的方法制作边长为250.0mm，厚度10.0mm的上下盖板，用攻丝机攻取螺丝孔位后，同样喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用；

s14.混合粉料装模：在含有1000个直径为3.4mm，深度为6.5mm的圆柱孔的铝制模具内，均匀添加混合好的微孔玻璃小球cpg：uhmw-pe共混粉末，用振动平台(振频50hz，振幅3mm，振动时间60秒)一边振动一边添加粉料振平，盖上上盖板，锁紧；

s15.粉末固化：加热到220℃，保温70min，后通过水冷到室温，取出圆柱形固化筛板。

进一步地，所述400ul384孔型过滤板采用医疗级别的pp料(聚丙烯料)进行注塑生产，形成384孔的过滤板。

基于pe筛板偶联化学基团的整体柱板的制备方法制备的整体柱板在dna合成，核酸提取与纯化，化合物固相萃取，生物样本吸附、分离、纯化与浓缩，化学反应载体催化、血液净化中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、解决了生产成本高、使用成本高的问题；

传统的样本前处理单柱管填装方法分三步：第一步往空柱管中填装一片下筛板，接着，称取合适重量的功能填料装于柱管中；然后，在装有功能填料的柱管中放入一片上筛板，用工具将上筛板压实，装紧，才行。整个生产操作过程过分依赖于人工，较为繁琐，而且受限于微量粉末精确称量分配技术，很难实现自动化，基本靠人工称量与分配，导致产品生产成本居高不下，本发明的方法，直接做成一体化的功能载体，适合于自动化设备自动填装，中间环节无需人工参与即可完成，生产成本大大降低。此外，固化后的功能载体，在使用成本上能至少节约50％的目标样本前处理试剂用量，节约50％以上的使用成本。

2、解决了微量、极微量和痕量目标样本的前处理的难题；

传统的目标样本前处理柱管，处理样本体积都在1ml以上，无法满足微量、超微量以及痕量样本的前处理，这样所需配套的生物样本前处理的试剂用量也很大，不仅增加了试剂消耗，增加了处理成本，而且所用的处理试剂大多是对人体和环境有毒有害易挥发的腐蚀性液体，用量越多，废液排放越多，对人体和环境危害越大。本发明，采用无限等比稀释配置的混合粉料，使载体中微孔玻璃小球(controlledporeglass，简称cpg或硅胶)或高分子聚合物基质含量能够将至最低，节约了原料成本，提高了微量、极微量和痕量目标样本的前处理能力，而且环保。

3、解决了填料选择难的问题；

采用粉末基质与pe粉料的固化机制，打破了传统目标样本前处理的功能填料粒径≥20um限制，使得≤20um甚至nm级别粉末基质在目标样本前处理产品中的应用成为现实。

4、解决了功能填料或载体对目标产物选择性吸附与保留能力的难题；

比表面积更大、吸附能力更强的nm级别粉末基质在目标样本前处理产品中的应用，极大地增强了目标物质的吸附与保留能力，非目标产物、杂质干扰的极强排除能力，使得生物样本的添加回收率非常高，样本前处理过程变得更加得心应手。

5、解决了传统目标样本前处理柱管中功能填料体积过大的问题；

目前市售的传统目标样本前处理柱管，圆形筛板夹粉末填料的直径和厚度基本都在5mm以上，而本发明的微量柱管孔板载体，直径和厚度可以达到1mm以下，为世界上“最小”的目标样本前处理柱管孔板载体。

6、解决了同一次实验批量处理目标样本能力有限的问题；

传统目标样本前处理柱管处理样本量有限，一次实验，最多能同时处理96个目标样本，本发明的产品，一次实验可以处理多达384个甚至以上的目标样本，极大地提高了目标样本前处理批量化、规模化的能力。

7、功能多样，解决了多功能、多用途的需求；

由于pe筛板事先固化了未偶联特殊化学基团的微孔玻璃小球(controlledporeglass，简称cpg或硅胶)或高分子聚合物基质，这种固化后的载体被装载到合适的柱管与孔板中后，可以根据实验需要添加具有不同功能的化学基团，来非常灵活的处理目标样本的特定物质，对特定物质、目标产物进行选择性吸附、纯化与浓缩和分离，极大的方便了使用者，使其运用变得更加灵活、更加方便。

8、减少了污染物的排放，绿色、环保；

由于将基质填料固化在高分子聚合物上(即将粉末填料镶嵌入高聚物筛板上)，所形成的固化筛板，试剂流道较为固定，清润功能筛板所用的试剂比等体积的传统spe柱要节省至少40％，所以，无论是上样量，还是活化、平衡、洗脱柱体所用的试剂量都要比传统的目标样本前处理环节节省近50％的试剂。使用本发明，在节约资源的同时，降低了目标样本前处理的试剂消耗，将废液排放降至最低，保护了环境。

9、此外，96孔板目标样本前处理功能载体和384孔板目标样本前处理功能载体的引入，在国内目标样本前处理、目标产物的过滤/提取/脱盐/纯化/浓缩与分离行业上是极大的创新，解决了批量化、规模化处理样本能力的难题，使得一次性能够处理96或384个样本，甚至更多，极大地提高了样本处理的效率，降低了企业生产管理成本，加速了实验进程，对整个目标样本前处理行业都有极大地推动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一中的384孔型过滤板正视图；

图2为实施例一中的384孔型过滤板侧视图；

图3为实施例七中的96孔型过滤板主视图；

图4为实施例七中的96孔型过滤板侧视图。

具体实施方式

通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步了解本发明，但它们不是对本发明的限定。对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。

实施例一:

如图1及图2，制备400ul，384孔板dna合成载体整体柱板，分为直径3.2mm，厚度6.25mm的圆柱形固化筛板及其配套400ul384孔型过滤板。

1、400ul384孔型过滤板的设计、开模与注塑生产：

空板长127.3mm，宽85.0mm，高41.46mm，板四周边框宽2.5mm，板体均匀等距分布着384个孔，孔顶端为长方体空腔，边长3.7mm，高25.0mm，长方体空腔下端逐渐收口到3.2mm装配位，装配位为圆柱体空腔，直径为3.2mm，高度6.25mm。下部收口至1.5mm，最终形成长度为10.0mm的圆锥形空腔至底端，底端尖嘴部分采用平口、斜口或尖口设计。

随后用注塑机，采用医疗级别的pp料(聚丙烯料)进行注塑生产，形成384孔过滤板，备用。

2、直径3.2mm，厚度6.25mm的圆柱形固化筛板的制备(按制备1000个计算)：

1)原料的选择：被固化的基质填料采用80-150um粒径的微孔玻璃小球cpg，高分子聚合物固化剂采用粒径为50um，分子量为400万的超高分子量聚乙烯uhmw-pe粉末。

2)混合原料的配置与混匀：按照质量比，微孔玻璃小球cpg：uhmw-pe粉＝1:1.5的比例配制25g混合粉料(即10g微孔玻璃小球cpg+15guhmw-pe粉)，在混匀仪上颠倒混匀2h，备用。

3)直径3.2mm，厚度6.25mm的圆柱形筛板固化模具的设计与制造：在边长为250.0mm，厚度为6.5mm铝块上采用慢走丝工艺等距割出1000个直径为3.4mm，深度为6.5mm的圆柱孔，再经过镜面处理、表面抛光等技术精细加工，确保模具孔精度≤0.02mm后，喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。采用镜面处理、表面抛光等技术精细加工的方法制作边长为250.0mm，厚度10.0mm的上下盖板，用攻丝机攻取螺丝孔位后，同样喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。

4)混合粉料装模：在含有1000个直径为3.4mm，深度为6.5mm的圆柱孔的铝制模具内，均匀添加混合好的微孔玻璃小球cpg：uhmw-pe共混粉末，用振动平台(振频50hz，振幅3mm，振动时间60秒)一边振动一边添加粉料振平，盖上上盖板，锁紧。

5)粉末固化：加热到220℃，保温70min，后通过水冷到室温，取出圆柱形固化筛板。

3、装配：

用限位推杆或全自动装填设备将直径3.2mm，厚度6.25mm的圆柱形固化筛板装配到400ul，384孔过滤板装配位底部即可。

4、通用cpg功能性化学基团的偶联：

1)氨甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)固化筛板的合成：

将装有cpg固化筛板的400ul384孔型过滤板，置于负压抽滤装置配套的密封槽内，在加样分液机械手的配合下，往装有固化筛板的384孔型过滤板内加入1.1mmoln-氯甲基邻苯二甲酰亚胺、120ul二氯甲烷，维持15min后，加入6ul0.6mol/l三氯化铁-二苯甲酮的二氯甲烷溶液作催化剂，45℃反应0.5h，反应结束后，分别用0.1mol/l盐酸的n,n’-二甲基甲酰胺溶液(3*100ul)、n,n’-二甲基甲酰胺(3*100ul)二氯甲烷(5*100ul)、甲醇(2*100ul)淋洗固化筛板，抽干，真空干燥，干燥后的固化筛板加入200ul5％肼的乙醇溶液中，反应0.5h，然后用乙醇(3*100ul)、甲醇(3*100ul)淋洗，抽滤，真空干燥得氨甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)固化筛板，反应方程式如下式所示。

氨甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)固化筛板的合成

2)3-氨基-1-(4，4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇间臂的合成

30mmol3-氨基-1,2-丙二醇加入30ml三氟乙酸甲酯中，室温搅拌反应12h，反应结束后蒸馏除去三氟乙酸甲酯，剩余产物加入100ml甲苯，回流除水，得无色油状产物3-三氟乙酰胺-1，2-丙二醇。5mmol3-三氟乙酰胺-1，2-丙二醇加入20ml无水吡啶中，搅拌同时加入5mmoldmt-cl，室温搅拌反应12h后，加入2ml甲醇终止反应，蒸馏除去溶剂，剩余物加入50ml乙酸乙酯中，依次用饱和碳酸氢钠溶液(3*30ml)和纯水(2*30ml)洗涤乙酸乙酯，收集有机相，加入10g无水硫酸钠搅拌2h除水，然后过滤除去硫酸钠，蒸发除去乙酸乙酯，得淡黄色油状物，产物用硅胶柱色谱纯化，0.1％吡啶和0～2％甲醇的二氯甲烷溶液为流动相进行梯度洗脱，得淡黄色油状物3-三氟乙酰胺-1-(4.4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇。2.5g3-三氟乙酰胺-1-(4.4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇加入75ml9mol、l氨的甲醇溶液中，室温搅拌反应过夜，蒸干得无色油状产物3-氨基-1-(4，4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇，备用，反应方程式如下式所示：

3-氨基-1-(4，4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇间臂的合成

3)氨甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)固化筛板与间臂的偶联：

将装有cpg固化筛板的400ul384孔型过滤板，置于负压抽滤装置配套的密封槽内，在加样分液机械手的配合下，往装有固化筛板的384孔型过滤板每个孔内加入7.5mg琥珀酸酐和50ul吡啶、8uln-甲基咪唑、42ul四氢呋喃(tetrahydrofuranthf)的混合溶液，室温振荡过夜，反应后的固化筛板分别用50ul吡啶和50ul四氢呋喃淋洗，得到琥珀酰胺甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)固化筛板，再往384孔型过滤板每个孔内加入8uln-甲基咪唑、5ul乙酸酐，5ul2,6-二甲基吡啶和82ul四氢呋喃的混合液，室温振荡反应45min，分别用50ul四氢呋喃、50ul吡啶、100ul乙腈淋洗，抽滤，真空干燥，再加入2.5mmol3-氨基-1-(4，4’-二甲氧三苯甲基)-1，2-丙二醇、3mmol1-羟基苯并三唑、3mmoln,n’-二环己基碳二亚胺、75ul吡啶混合液，20℃振荡反应过夜，抽滤。再用50ul乙腈淋洗后，加入10ul三乙胺、10ul水、30ul乙腈的混合溶液，室温振荡反应45min后，用100ul乙腈淋洗，真空干燥2h。

再往384孔型过滤板每个孔内加入60ul2,6-二甲基吡啶和70ul四氢呋喃的混合溶液，加入甲酸和乙酸酐混合溶液(体积比2:3，加3次，每次50ul)进行甲酰化，室温反应1h，用100ul乙腈淋洗柱体，真空干燥2h，得目标产物微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)基质的dna固相有机合成universalcpg载体，反应方程式如下式所示。

氨甲基微孔玻璃小球(controlledporeglass,cpg)与间臂的连接

经分光光度法检测4,4’二甲氧基三苯甲基(dmt)载量，为20umol/g，即200nmol/孔。

则该板即可作为200nmol，384孔dna合成板来使用。

用同样的方法，也可以制作规模为0.05nmol-500nmol的384孔dna合成板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、解决了生产成本高、使用成本高的问题；

传统的样本前处理单柱管填装方法分三步：第一步往空柱管中填装一片下筛板，接着，称取合适重量的功能填料装于柱管中；然后，在装有功能填料的柱管中放入一片上筛板，用工具将上筛板压实，装紧，才行。整个生产操作过程过分依赖于人工，较为繁琐，而且受限于微量粉末精确称量分配技术，很难实现自动化，基本靠人工称量与分配，导致产品生产成本居高不下，本发明的方法，直接做成一体化的功能载体，适合于自动化设备自动填装，中间环节无需人工参与即可完成，生产成本大大降低。此外，固化后的功能载体，在使用成本上能至少节约50％的目标样本前处理试剂用量，节约50％以上的使用成本。

2、解决了微量、极微量和痕量目标样本的前处理的难题；

传统的目标样本前处理柱管，处理样本体积都在1ml以上，无法满足微量、超微量以及痕量样本的前处理，这样所需配套的生物样本前处理的试剂用量也很大，不仅增加了试剂消耗，增加了处理成本，而且所用的处理试剂大多是对人体和环境有毒有害易挥发的腐蚀性液体，用量越多，废液排放越多，对人体和环境危害越大。本发明，采用无限等比稀释配置的混合粉料，使载体中微孔玻璃小球(controlledporeglass，简称cpg或硅胶)或高分子聚合物基质含量能够将至最低，节约了原料成本，提高了微量、极微量和痕量目标样本的前处理能力，而且环保。

3、解决了填料选择难的问题；

采用粉末基质与pe粉料的固化机制，打破了传统目标样本前处理的功能填料粒径≥20um限制，使得≤20um甚至nm级别粉末基质在目标样本前处理产品中的应用成为现实。

4、解决了功能填料或载体对目标产物选择性吸附与保留能力的难题；

比表面积更大、吸附能力更强的nm级别粉末基质在目标样本前处理产品中的应用，极大地增强了目标物质的吸附与保留能力，非目标产物、杂质干扰的极强排除能力，使得生物样本的添加回收率非常高，样本前处理过程变得更加得心应手。

5、解决了传统目标样本前处理柱管中功能填料体积过大的问题；

目前市售的传统目标样本前处理柱管，圆形筛板夹粉末填料的直径和厚度基本都在5mm以上，而本发明的微量柱管孔板载体，直径和厚度可以达到1mm以下，为世界上“最小”的目标样本前处理柱管孔板载体。

6、解决了同一次实验批量处理目标样本能力有限的问题

传统目标样本前处理柱管处理样本量有限，一次实验，最多能同时处理96个目标样本，本发明的产品，一次实验可以处理多达384个甚至以上的目标样本，极大地提高了目标样本前处理批量化、规模化的能力。

7、功能多样，解决了多功能、多用途的需求；

由于pe筛板事先固化了未偶联特殊化学基团的微孔玻璃小球(controlledporeglass，简称cpg或硅胶)或高分子聚合物基质，这种固化后的载体被装载到合适的柱管与孔板中后，可以根据实验需要添加具有不同功能的化学基团，来非常灵活的处理目标样本的特定物质，对特定物质、目标产物进行选择性吸附、纯化与浓缩和分离，极大的方便了使用者，使其运用变得更加灵活、更加方便。

8、减少了污染物的排放，绿色、环保；

由于将基质填料固化在高分子聚合物上(即将粉末填料镶嵌入高聚物筛板上)，所形成的固化筛板，试剂流道较为固定，清润功能筛板所用的试剂比等体积的传统spe柱要节省至少40％，所以，无论是上样量，还是活化、平衡、洗脱柱体所用的试剂量都要比传统的目标样本前处理环节节省近50％的试剂。使用本发明，在节约资源的同时，降低了目标样本前处理的试剂消耗，将废液排放降至最低，保护了环境。

9、此外，96孔板目标样本前处理功能载体和384孔板目标样本前处理功能载体的引入，在国内目标样本前处理、目标产物的过滤/提取/脱盐/纯化/浓缩与分离行业上是极大的创新，解决了批量化、规模化处理样本能力的难题，使得一次性能够处理96或384个样本，甚至更多，极大地提高了样本处理的效率，降低了企业生产管理成本，加速了实验进程，对整个目标样本前处理行业都有极大地推动。

实施例二：

制备600ul，dna(核酸)小提整体柱，二氧化硅silica含量0.25mg，dna提取量0-5ug，分为直径2.25mm，厚度1.0mm的圆柱形固化筛板及其配套的600ul离心管类空柱管。

1、600ul离心管类空柱管的设计、开模与注塑生产：

600ul离心管类空柱管采用国际标准尺寸开注塑模具，用医疗级别的pp料(聚丙烯料)进行注塑生产。

2、直径2.25mm，厚度1.0mm的圆柱形固化筛板的制备(按制备1000片计算)：

1)原料的选择：采用300nm粒径的二氧化硅粉silica和分子量为400万，粒径为25um的uhmw-pe粉末，按照体积比，二氧化硅粉silica：uhmw-pe粉＝1:1.5的比例配制混合粉料，在混匀仪上颠倒混匀2h，备用。

3)直径2.25mm，厚度1.0mm的圆柱形筛板固化模具的设计与制造：在边长为250.0mm，厚度为1.2mm铝块上采用慢走丝工艺等距割出1000个直径为2.4mm，深度为1.2mm的圆柱孔，在经过镜面处理、表面抛光等技术精细加工，确保模具孔精度≤0.02mm后，喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。采用镜面处理、表面抛光等技术精细加工的方法制作边长为250.0mm，厚度10.0mm的上下盖板，用攻丝机攻取螺丝孔位后，同样喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。

4)混合粉料装模：在含有1000个直径为2.4mm，深度为1.2mm的圆柱孔的铝制模具内，均匀添加混合好的二氧化硅粉silica与uhmw-pe共混粉末，用振动平台(振频50hz，振幅3mm，振动时间60秒)一边振动一边添加粉料振平，盖上上盖板，锁紧。

5)混合粉料固化：加热到220℃，保温60min后再水冷到室温，取出圆柱形固化筛板。

3、装配：

用限位推杆或全自动装填设备将直径2.25mm，厚度1.0mm的圆柱形固化筛板装配到600ul离心管类空柱管底部即可。

4、羟基功能性化学基团的偶联：

将装有固化筛板的600ul离心管类柱管，置于负压抽滤装置配套的密封孔内，在加样分液机械手的配合下，采用piranha的方法，往装有固化筛板的单柱管内分三次逐步添加100ul的体积比为浓硫酸：h2o2＝2：1的piranha溶液，在85℃反应0.5h，活化出未键合硅胶中我们需要的羟基基团后，清洗后加热到80度，保温5小时，烘干即可，其中，二氧化硅粉偶联羟基成为silica功能填料，经过活化后，可以做核酸提取或固相萃取柱板，其结构为：

(注：piranha溶液是热的浓硫酸和双氧水混合物，用于除去所有的有机物，同时可以使大部分材料的表面发生羟基化。h2so4+h2o2→h3o++hso4-+o生成的原子氧是极强的氧化剂。)

该整体柱即可作为600ul，dna(核酸)小提柱来使用。

用同样的方法，也可以制作规模高达g级的2ml-300ml的dna(核酸)提取柱。

实施例三：

制备1ml，c18十八烷基硅胶整体柱，其c18粉末填料含量130mg，分为直径5.8mm，厚度30mm的圆柱形功能筛板及其配套1ml注射器类空柱管。

1、1ml注射器类空柱管的设计、开模与注塑生产：

1ml注射器类空柱管采用国际标准尺寸开注塑模具，用医疗级别的pp料(聚丙烯料)进行注塑生产。

2、直径5.8mm，厚度30.0mm的圆柱形固化筛板的制备(按制备100个计算)：

1)原料的选择：被固化的基质填料采用40-70um粒径的硅胶粉，高分子聚合物固化剂采用粒径为100um，分子量为300万的超高分子量聚乙烯uhmw-pe粉末。

2)混合原料的配置与混匀：按照质量比，硅胶粉：uhmw-pe粉＝1:1.5的比例配制33g混合粉料(即13.2g硅胶粉+19.8guhmw-pe粉)，在混匀仪上颠倒混匀2h，备用。

3)直径5.8mm，厚度30.0mm的圆柱形筛板固化模具的设计与制造：在边长为150.0mm，厚度为30.5mm铝块上采用慢走丝工艺等距割出100个直径为6.0mm，深度为30.5mm的圆柱孔，在经过镜面处理、表面抛光等技术精细加工，确保模具孔精度≤0.02mm后喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。采用镜面处理、表面抛光等技术精细加工的方法制作边长为150.0mm，厚度10.0mm左右的上下盖板，用攻丝机攻取螺丝孔位后，同样喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。

4)混合粉料装模：在含有100个6.0mm，厚度30.5mm的圆柱形的铝制模具内，均匀添加混合好的硅胶粉与uhmw-pe共混粉末，用振动平台(振频50hz，振幅3mm，振动时间60秒)一边振动一边添加粉料振平，盖上上盖板，锁紧。

5)混合粉料固化：加热到220℃，保温40min后通过水冷到室温，取出圆柱形固化筛板。

3、装配：

用限位推杆或全自动装填设备将直径5.8mm，厚度30.0mm的圆柱形固化筛板装配到1ml注射器类空柱管底部即可。

4、十八烷基功能性化学基团的偶联：

将装有固化筛板的1ml注射器类柱管，置于负压抽滤装置配套的密封孔内，在加样分液机械手的配合下，往装有固化筛板的单柱管内依次添加0.2ml无水乙醇，补加0.3ml去离子水，再加入0.4ml十八烷基三甲氧基硅烷(c18)液体，保持流速0.2d/min，在保证柱体清润的情况下，反复操作三次以上步骤，反应结束后，抽干柱体里面的试剂，再加入1ml氨水，保持流速0.2d/min，重复以上步骤两次，反应结束后，用乙醇洗涤多次，真空干燥箱中干燥处理即可，二氧化硅粉偶联十八烷基成为c18功能填料，可以做c18固相萃取柱，其结构为：

该整体柱即可作为1ml，c18十八烷基硅胶柱来使用。

用同样的方法，也可以制作规模高达g级的2ml-300ml的c18十八烷基硅胶整体柱。

实施例四：

制备3ml，wcx(阳离子交换)整体柱，聚苯乙烯ps粉末填料含量267mg，分为直径9.0mm，厚度30mm的圆柱形功能筛板及其配套3ml注射器类空柱管。

1、3ml注射器类空柱管的设计、开模与注塑生产：

3ml注射器类空柱管采用国际标准尺寸开注塑模具，用医疗级别的pp料(聚丙烯料)进行注塑生产。

2、直径9.0mm，厚度30.0mm的圆柱形固化筛板的制备(按制备100个计算)：

1)原料的选择：被固化的基质填料采用40-80um粒径的聚苯乙烯ps粉末，高分子聚合物固化剂采用粒径为100um，分子量为300万的超高分子量聚乙烯uhmw-pe粉末。

2)混合原料的配置与混匀：按照质量比，聚苯乙烯ps粉末：uhmw-pe粉＝1:2的比例配制80g混合粉料(即26.7g聚苯乙烯ps粉末+53.3guhmw-pe粉)，在混匀仪上颠倒混匀2h，备用。

3)直径9.0mm，厚度30.0mm的圆柱形筛板固化模具的设计与制造：在边长为200.0mm，厚度为30.5mm铝块上采用慢走丝工艺等距割出100个直径为9.25mm，深度为30.5mm的圆柱孔，在经过镜面处理、表面抛光等技术精细加工，确保模具孔精度≤0.02mm后喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。采用镜面处理、表面抛光等技术精细加工的方法制作边长为200.0mm，厚度10.0mm左右的上下盖板，用攻丝机攻取螺丝孔位后，同样喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。

4)混合粉料装模：在含有100个9.25mm，厚度30.5mm的圆柱形的铝制模具内，均匀添加混合好的聚苯乙烯ps粉末与uhmw-pe共混粉末，用振动平台(振频50hz，振幅3mm，振动时间60秒)一边振动一边添加粉料振平，盖上上盖板，锁紧。

5)混合粉料固化：加热到160℃，保温50min后通水冷到室温，取出圆柱形固化筛板。

3、装配：

用限位推杆或全自动装填设备将直径9.0mm，厚度30.0mm的圆柱形固化筛板装配到3ml注射器类空柱管底部即可。

4、羧基功能性化学基团的偶联：

1)聚苯乙烯ps固化筛板的乙酰化：

将装有固化筛板的3ml注射器类柱管，置于负压抽滤装置配套的密封孔内，在加样分液机械手的配合下，往装有固化筛板的单柱管内按顺序添加0.6ml二氯甲烷(dcm)、0.6ml乙酰化试剂(reg)，反向通氮气的情况下，添加1ml的催化剂(cat)，常温常压下反应20min，反应结束后，依次用thf、冰盐酸(3％)、蒸馏水清洗抽滤，至滤液用硝酸银溶液检测无氯离子为止，再用甲醇滤洗5次，真空干燥后，备用。

2)乙酰化后的聚苯乙烯ps固化筛板的羧基化：

将装有乙酰化后的聚苯乙烯ps固化筛板的3ml注射器类柱管，置于负压抽滤装置配套的密封孔内，在加样分液机械手的配合下，往装有固化筛板的单柱管内加入1ml的二氯甲烷(dcm)，保持流速0.2d/min，在保证柱体清润的情况下，反复操作三次以上步骤，反应结束后，在0℃下将溴水、koh、水制备成溴水碱溶液；将此溶液加入到柱管中，保持流速0.2d/min，在保证柱体清润的情况下，反复操作三次以上步骤，反应结束后，分别用合适体积的稀盐酸、蒸馏水、乙醇、甲醇充分洗涤、抽滤，真空干燥后即可。

其反应方程式如下式所示：

该整体柱即可作为3ml，wcx(阳离子交换)整体柱来使用。

用同样的方法，也可以制作规模高达g级的1ml-300ml的wcx(阳离子交换)整体柱。

实施例五：

制备6ml，scx苯基磺酸强阳离子交换整体柱，未键合硅胶silica粉末填料含量720mg/支，分为直径13.0mm，厚度30mm的圆柱形功能筛板及其配套6ml注射器类空柱管。

1、6ml注射器类空柱管的设计、开模与注塑生产：

6ml注射器类空柱管采用国际标准尺寸开注塑模具，用医疗级别的pp料(聚丙烯料)进行注塑生产。

2、直径13.0mm，厚度30.0mm的圆柱形固化筛板的制备(按制备100个计算)：

1)原料的选择：被固化的基质填料采用40-80um粒径的未键合硅胶silica粉末，高分子聚合物固化剂采用粒径为100um，分子量为300万的超高分子量聚乙烯uhmw-pe粉末。

2)混合原料的配置与混匀：按照质量比，未键合硅胶silica粉末：uhmw-pe粉＝1:1.5的比例配制180g混合粉料(即72g未键合硅胶silica粉末+108guhmw-pe粉)，在混匀仪上颠倒混匀2h，备用。

3)直径13.0mm，厚度30.0mm的圆柱形筛板固化模具的设计与制造：在边长为250.0mm，厚度为30.5mm铝块上采用慢走丝工艺等距割出100个直径为13.3mm，深度为30.5mm的圆柱孔，在经过镜面处理、表面抛光等技术精细加工，确保模具孔精度≤0.02mm后喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。采用镜面处理、表面抛光等技术精细加工的方法制作边长为250.0mm，厚度10.0mm左右的上下盖板，用攻丝机攻取螺丝孔位后，同样喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。

4)混合粉料装模：在含有100个13.3mm，厚度30.5mm的圆柱形的铝制模具内，均匀添加混合好的未键合硅胶silica粉末与uhmw-pe共混粉末，用振动平台(振频50hz，振幅3mm，振动时间60秒)一边振动一边添加粉料振平，盖上上盖板，锁紧。

5)混合粉料固化：加热到220℃，保温50min，后通过水冷到室温，取出圆柱形固化筛板。

3、装配：

用限位推杆或全自动装填设备将直径13.0mm，厚度30.0mm的圆柱形固化筛板装配到6ml注射器类空柱管底部即可。

4、苯基磺酸强阳离子功能性化学基团的偶联：

1)未键合硅胶silica固化筛板的预处理：

将装有固化筛板的6ml注射器类柱管，置于负压抽滤装置配套的密封孔内，在加样分液机械手的配合下，往装有固化筛板的单柱管内添加4ml质量分数为5％的甲烷磺酸水溶液，保持流速0.2d/min，在保证柱体清润的情况下，反复操作三次以上步骤，反应结束后，抽干柱体里面的试剂，用蒸馏水洗涤多次，至滤液为中性；抽滤，80℃真空干燥箱中干燥处理后，再置于干燥器中保存备用。

2)未键合硅胶silica固化筛板的表面化学改性：

将装有预处理后的未键合硅胶silica固化筛板的6ml注射器类柱管，置于负压抽滤装置配套的密封孔内，在加样分液机械手的配合下，往单柱管内依次添加2ml混合溶剂(乙醇与水的体积比为1：1)中，加入1ml的kh-570，在50℃下恒温反应0.5h，抽滤后，再重复以上步骤2次，反应结束后，用4ml乙醇抽提3次，以除去未参加反应的kh-570，再经真空干燥后，备用。

3)改性后的固化筛板的表面键合：

在装有改性后的固化筛板中加入1ml苯乙烯、2ml甲苯，加入苯乙烯质量2％的引发剂aibn，在氩气保护下80℃恒温反应，保持流速0.2d/min，在保证柱体清润的情况下，反复操作三次以上步骤，反应结束后，抽干柱体里面的试剂，再用甲苯抽提，以除去物理吸附在产物表面的聚合物，干燥后，备用。

4)键合后的固化筛板的磺化：

在装有键合后的固化筛板的柱管中加入4ml98％的浓硫酸，在85℃磺化0.5h，重复操作2次，抽滤后，先用10ml50％的稀硫酸洗涤，抽滤，然后用去离子水洗至中性，抽滤后，真空干燥后即可。

该整体柱即可作为6ml，scx苯基磺酸强阳离子交换柱来使用，二氧化硅粉偶联苯基磺酸成为scx功能填料，可以做scx强阳离子交换固相萃取柱，其结构为：

用同样的方法，也可以制作规模高达g级的2ml-300ml的scx苯基磺酸强阳离子交换柱。

实施例六：

制备12ml，nh2(氨基)整体柱，分为直径15.8mm，厚度30.0mm的圆柱形固化筛板及其配套12ml注射器类空柱管。

1、12ml注射器类空柱管的设计、开模与注塑生产：

12ml注射器类空柱管采用国际标准尺寸开注塑模具，用医疗级别的pp料(聚丙烯料)进行注塑生产。

2、直径15.8mm，厚度30.0mm的圆柱形固化筛板的制备(按制备100片计算)

1)原料的选择：被固化的基质填料采用30-80um粒径的硅胶粉，高分子聚合物固化剂采用粒径为120um，分子量为300万的超高分子量聚乙烯uhmw-pe粉末。

2)混合原料的配置与混匀：按照质量比，硅粉：uhmw-pe粉＝1:2的比例配制261g混合粉料(即87g硅粉+174guhmw-pe粉)，在混匀仪上颠倒混匀2h，备用。

3)直径15.8mm，厚度30.0mm的圆柱形筛板固化模具的设计与制造：在边长为250.0mm，厚度为30.5mm铝块上采用慢走丝工艺等距割出100个直径为16.0mm，深度为30.5mm的圆柱孔，在经过镜面处理、表面抛光等技术精细加工，确保模具孔精度≤0.02mm后喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。采用镜面处理、表面抛光等技术精细加工的方法制作边长为250.0mm，厚度10.0mm左右的上下盖板，用攻丝机攻取螺丝孔位后，同样喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。

4)混合粉料装模：在含有100个16.0mm，厚度30.5mm的圆柱形的铝制模具内，均匀添加混合好的硅胶粉与uhmw-pe共混粉末，用振动平台(振频50hz，振幅3mm，振动时间60秒)一边振动一边添加粉料振平，盖上上盖板，锁紧。

5)混合粉料固化：加热到200℃，保温70min，后通过水冷到室温，取出圆柱形固化筛板。

3、装配：

用限位推杆或全自动装填设备将直径15.8mm，厚度30.0mm的圆柱形固化筛板装配到12ml注射器类空柱管底部即可。

4、氨基功能性化学基团的偶联：

将装有固化筛板的12ml注射器类柱管，置于负压抽滤装置配套的密封孔内，在加样分液机械手的配合下，往装有固化筛板的单柱管内加入6ml异丙醇，保持流速0.2d/min，在保证柱体清润的情况下，反复操作三次以上步骤，再加入1mlapets，保证流速0.2d/min，重复以上步骤两次，反应结束后，清洗抽干，置于真空干燥箱中干燥处理即可，硅粉偶联氨丙基成为nh2功能填料，可以做nh2固相萃取柱，其结构为：

该整体柱即可作为12ml，nh2(氨基)柱来使用。

用同样的方法，也可以制作1ml、3ml、6ml的nh2(氨基)整体柱。

实施例七：

如图3及图4，制备1.5ml，max(混合型阴离子交换)整体柱板，分为直径7.8mm，厚度8.0mm的圆柱形固化筛板及其配套1.5ml96孔型过滤板。

1、1.5ml96孔型过滤板的设计、开模与注塑生产：

1.5ml96孔型过滤板空板高52mm，由96根空柱管衍生而来，孔板顶端外径为边长8.1mm，高度14mm的长方体空腔，空腔下部收口形成圆柱形装配位，圆柱形装配位直径为7.8mm，高度为14mm，装配位以下采用鲁尔式接口设计，孔板底端尖嘴部分采用平口或尖口设计。而且，96孔空板的边缘设置有密封边框，两侧设置有定位孔，所述定位孔一侧两个。

模具设计好后，采用模具钢制作模具备用。

随后用注塑机，采用医疗级别的pp料(聚丙烯料)进行注塑生产，形成96孔过滤板，备用。

2、直径7.8mm，厚度8.0mm的圆柱形固化筛板的制备(按制备100个计算)：

1)原料的选择：被固化的基质填料采用20-80um粒径的聚苯乙烯-二乙烯基苯高聚物(ps/dvb)，高分子聚合物固化剂采用粒径为25um，分子量为500万的低温型超高分子量聚乙烯uhmw-pe粉末。

2)混合原料的配置与混匀：按照质量比，ps/dvb：uhmw-pe粉＝1:2的比例配制15g混合粉料(即5gps/dvb+10guhmw-pe粉)，在混匀仪上颠倒混匀2h，备用。

3)直径7.8mm，厚度8.0mm的圆柱形筛板固化模具的设计与制造：在边长为150.0mm，厚度为8.5mm铝块上采用慢走丝工艺等距割出100个直径为8.0mm，深度为8.5mm的圆柱孔，在经过镜面处理、表面抛光等技术精细加工，确保模具孔精度≤0.02mm后喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。采用镜面处理、表面抛光等技术精细加工的方法制作边长为150.0mm，厚度10.0mm左右的上下盖板，用攻丝机攻取螺丝孔位后，同样喷涂耐高温涂层，烘干冷却后备用。

4)混合粉料装模：在含有100个8.0mm，厚度8.5mm的圆柱形的铝制模具内，均匀添加混合好的ps/dvb与uhmw-pe共混粉末，用振动平台(振频50hz，振幅3mm，振动时间60秒)一边振动一边添加粉料振平，盖上上盖板，锁紧。

5)粉末固化：加热到135℃，保温40min，后通过水冷到室温，取出圆柱形固化筛板。

3、装配：

用限位推杆或全自动装填设备将直径7.8mm，厚度8.0mm的圆柱形固化筛板装配到1.5ml96孔型过滤板底部即可。

4、季铵基功能性化学基团的偶联：

1)ps/dvb固化筛板的磺化：

将装有ps/dvb固化筛板的1.5ml96孔型过滤板，置于负压抽滤装置配套的密封槽内，在加样分液机械手的配合下，往装有固化筛板的96孔型过滤板内加入1ml1-，2二氯乙烷，保持流速0.5d/min，真空抽干，加入1ml浓硫酸，保持流速0.2d/min，在85℃下，反应0.5h，反应结束后，用丙酮清洗除去1-，2二氯乙烷，最后用去离子水洗涤到滤液为中性，再将96孔过滤板置于真空干燥箱中干燥处理后备用。

2)磺化后的ps/dvb固化筛板的偶联季铵基功能性化学基团以1,3-二溴丙烷和四甲基二乙胺为原料，以乙腈为溶剂。单体浓度为2mol/l，在70℃水浴中搅拌反应36h。分层除去乙腈溶剂，加水溶解，过滤除去不溶性物质，并稀释成稀溶液。加入到已磺化的ps/dvb固化筛板中，70℃水浴反应30min。用去离子水过滤洗涤到滤液为中性，再将96孔过滤板置于真空干燥箱中干燥处理后即可。

3)聚苯乙烯-二乙烯基苯高聚物偶联季铵盐成为max功能填料，可以做max混合型阴离子交换固相萃取柱板，其结构为：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。