基于胶体晶体为牺牲模板制备三维有序大孔结构分子印迹色谱固定相的研究

To solve the poor selectivity of three-dimensionally ordered macroporous (3DMO) material as stationary phase, and utilize the specific recognition of molecularly imprinted polymers (MIP), a new idea was suggested that 3DMO material modified with controlled MIP will be used as chromatographic stationary phase. The 3DOM-MIP stationary phase combines fast mass transfer of 3DMO material with predetermined recognition of MIP. The 3DMO material will be prepared first with colloidal crystal as sacrificial template, then graft high density MIP to reduce eddy diffusion and mass transfer, or covalent immobilization of protein-size MIP nanogels by click chemistry and epoxy to enhance column capacity. The mechanism of mass transfer for the templates in the 3DOM-MIP will be studied by analysis of plate height and dynamics of mass transfer. The heterogeneity and accessibility of imprinted sites will be investigated by frontal chromatography, thermodynamic parameters of chiral separation and adsorptive models. The relationship between the structure and performance of 3DOM-MIP and polymerization variables will be summarized. In addition, new method towards 3DOM-MIP will be developed to separate propoxyphene, fenfluramine and nitrendipine. This work provides a new strategy to develop the highly selective and efficient MIP chiral stationary phase. Furthermore, it will contribute to a theoretical and practical foundation to the development in next generation of MIPs materials and the stationary phase of high performance.

本课题针对三维有序大孔（3DOM）材料作为色谱固定相选择性差的问题，利用分子印迹聚合物（MIP）特异性识别的特点，提出以3DOM材料为骨架，在其内壁修饰形态可控MIP的策略，结合3DOM材料传质效率快和MIP预定识别的优点，首次展开3DOM-MIP色谱固定相研究。拟以胶体晶体为固态牺牲模板，制备物理结构均匀的3DOM材料；然后在其内壁接枝无微孔的高密度MIP，以降低涡流扩散和传质阻抗；或通过环氧基开环反应和点击化学，在其内壁固定多点引发剂制备的蛋白尺寸MIP纳米颗粒，提高柱容量。从传质动力学及板高分析等方面研究模板分子的传质机制；以前沿色谱及吸附模型表征其印迹位点的可接近性及均匀性；总结各种聚合参数对3DOM-MIP色谱固定相结构、分子识别及分离能力影响的规律；在此基础上，实现对手性药物丙氧酚、芬氟拉明和尼群地平的基线分离。为发展高效3DOM-MIP固定相奠定理论和实践基础。

三维有序大孔材料物理结构分布均匀，其孔道网络能提高物质的传质效率。但作为色谱固定相，其选择性差，重现性低、适用范围窄。分子印迹聚合物（MIP）具有与模板分子形状和大小互补的印迹位点，且具有稳定性好、抗恶劣环境能力强、可重复利用和制备过程简单等优点。MIP作为色谱固定相具有制备简单、成本低、稳定性好等优点，但其物理结构和传质的径向异质性会导致MIP固定相柱效低、峰展宽。为了克服上述缺点，本课题尝试将多种特异性识别单元（MIP、硼亲和材料、抗体和细胞膜等）整合到大孔材料，以提高其选择性。1.通过原子转移自由基聚合法制备整体柱，其能精确控制聚合物速度，所制整体柱孔径大、结构均匀、传质快，且此种多孔聚合物整体柱内表面含有溴基团，其可作为表面引发剂，通过表面引发的二次原子转移自由基聚合在多孔聚合物整体柱内表面接枝厚度可精确控制的MIP，可降低识别印迹模板的pH值；另外，在多孔聚合物整体柱内表面接枝功能性分子聚合物链，用于特异性识别含顺式二醇结构的物质。2.为克服传统自由基聚合法需要无氧条件的缺点，以氨基单体、环氧基单体和氨基硼酸单体为原料，通过一步氨基-环氧基开环聚合法制备整体柱，以提高整体柱结构的均匀性，其可结合疏水（或π-π）相互作用和B-N配位作用，增强对含氮化合物的吸附能力。3.为充分暴露抗体的识别位点，可定向固定抗体，其稳定性更好，且抗体修饰的材料使用寿命更长。具体步骤包括，材料表面修饰环氧基；环氧基与过量的己二酸二酰肼反应，使材料表面转变为酰肼基；抗体Fc部分的糖基可被高碘酸氧化为醛基，醛基再与酰肼基反应生成腙键。4.在温和的条件下，N-羟基琥珀酰亚胺基团容易与细胞膜上的氨基发生反应，形成稳定的共价键，此条件下固定的细胞膜不易脱落，且N-羟基琥珀酰亚胺改性的细胞膜色谱柱比未改性的细胞膜色谱柱具有更高的色谱保留率。上述研究结果为发展新一代色谱固定相材料奠定了基础。