聚多巴胺和聚合物刷修饰多孔有机聚合物色谱填料的制备及性能研究

The chromatographic packing materials are the core of high performance liquid chromatography (HPLC) to achieve high separation efficiency. One of the most important chromatographic packing materials is porous organic polymers, which have been widely used for separation and analysis of biomacromolecules. However, porous organic polymers suffer from swelling when exposed to different organic mobile phases, which leads to poor pressure resistance and low mechanical property, resulting in collapse of chromatographic column, and then decrease in column efficiency. And this situation seriously limits separation efficiency of porous organic polymers chromatographic packing materials. Consequently, one of the key scientific and technological problems is to design porous organic polymers chromatographic packing materials with high mechanical property. Combining high mechanical property and multiple forces of polydopamine (PDA) layer and polymer brush (PB), membrane emulsification and atom transfer radical polymerization technologies will be employed to design and prepare novel porous organic polymers chromatographic packing materials with high mechanical property and separation efficiency through modification by PDA and PB on the surface of porous organic polymers and inner wall of pores. The mechanical property, interactive force and chromatographic behaviors will be systematically investigated with polypeptides as target molecules. Structure-activity relationship and separation mechanism will be illuminated by chemometrics. The successful implementation of this project will lay theoretical basis to design and prepare novel porous organic polymers chromatographic packing materials with high mechanical property and separation efficiency, and provide technical support in efficient separation and analysis of biomacromolecules on porous organic polymers chromatographic packing materials.

高效液相色谱（HPLC）填料是HPLC实现高效分离的核心，多孔有机聚合物是HPLC重要的色谱填料之一，已广泛应用于生物大分子的分离分析。然而，多孔有机聚合物易溶胀导致其耐压差、机械强度降低，使色谱柱塌陷、柱效降低，严重影响其分离效率。因此，提高机械强度是多孔有机聚合物填料亟待解决的关键科学与技术问题之一。本项目拟采用膜乳化技术和原子转移自由基聚合法，利用聚多巴胺（PDA）和聚合物刷（PB）增强机械强度和多重作用力的特性，依次将PDA和PB修饰到多孔有机聚合物表面及孔内壁，设计、制备新型高机械性能和分离效率的多孔有机聚合物填料。以多肽为目标分子，系统研究该填料的机械性能、作用力和色谱性能。利用化学计量学手段，阐明其构效关系，揭示其分离机理。通过本项目的实施，为定向设计与制备高机械性能和分离效率的新型多孔有机聚合物填料奠定理论基础，为生物大分子在多孔有机聚合物填料上的高效分离分析提供技术支撑。

色谱填料是高效液相色谱分离模式的基础和获得有效分离的关键。多孔有机聚合物是重要的色谱填料之一，已广泛应用于生物大分子的分离分析。然而，多孔有机聚合物易溶胀导致其耐压差、机械强度降低，使色谱柱塌陷、柱效降低，严重影响其分离效率。因此，提高机械强度是多孔有机聚合物填料亟待解决的关键科学与技术问题之一。针对该问题，主要开展了以下研究工作：1.利用反胶束溶胀法，制备了孔径＞150 nm的超大孔多孔有机聚合物材料。利用多巴胺在碱性条件自聚合作用，制备了聚多巴胺功能化多孔材料，提高了其亲水性和机械强度。还通过傅克反应，在超大孔多孔有机聚合物材料表面引入一系列的功能基团（氯甲基、对苯二胺基、对氨基苯甲酸基、咪唑、二乙烯三胺等）。制备的多孔材料具有较好的稳定性。通过对多肽的吸附研究，证明了筛分作用、静电作用、疏水作用和氢键作用是多肽吸附的重要作用力。通过对实验数据的分析及分子对接模拟，研究了多孔材料与多肽之间的氢键作用力。通过XPS验证了氢键的存在。2.利用聚多巴胺对聚（苯乙烯-二乙烯基苯）多孔有机聚合物材料进行功能化。与功能化前多孔材料相比，聚多巴胺功能化多孔材料对多肽的吸附能力增强。通过DPPH自由基减少的结果，发现由修饰的多孔材料纯化得到的多肽组分显示出优异的抗氧化能力。3.采用表面活性剂反胶束溶胀法，设计制备了一系列具有较高机械强度和荧光性能的石墨烯量子点复合的多孔聚合物材料。石墨烯量子点的引入可以有效改善多孔材料的机械性能和荧光性质，而且具有较好的渗透性，可作为色谱填料，用于多肽和蛋白质的分离富集。4.在相对较低的反应温度下，成功制备了凹凸棒石掺杂的MOFs材料。该材料应用于富集多肽时，对选择的三种模型多肽（还原型谷胱甘肽、缓激肽和胰岛素）中的还原型谷胱甘肽具有较好的选择性。FTIR和XPS的结果表明，吸附过程涉及到氢键、筛分作用、p-π和配位作用。5.通过傅克反应，制备了不同氨基修饰的多孔材料。修饰之后，多孔材料的比表面积和孔容降低，而平均孔径增加，孔径分布变窄。结果表明，除了常见的氢键作用、π-π相互作用、筛分作用外，形状匹配和窄的孔径分布使修饰后的多孔材料对EGCG具有较好的选择性吸附性能。本项目研究结果将为定向设计与制备高机械性能和分离效率的新型多孔有机聚合物填料奠定理论基础，为多肽等生物大分子在多孔有机聚合物填料上的高效分离分析提供技术支撑。