基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法
【專(zhuān)利摘要】基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，涉及色譜填料的制備。將四甲氧基硅烷和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷以及聚乙二醇加入乙酸溶液中，在冰水浴下水解成水解液，再加入水溶性堿性氨基酸，超聲至完全溶解后作為分散相；將油溶性表面活性劑溶于油中作為連續(xù)相；將分散相引入微流控芯片的水平通道中，另將連續(xù)相引入微流控芯片的豎直通道中，在水平通道與豎直通道的界面處，調(diào)節(jié)分散相和連續(xù)相的流速比率，產(chǎn)生不同粒徑的液滴；將液滴分別在30～50℃條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)10～14h和60～80℃條件下環(huán)氧開(kāi)環(huán)反應(yīng)10～14h，再分別用異丙醇和甲醇水溶液交替洗滌，真空干燥后得到產(chǎn)物。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及色譜填料的制備，尤其涉及一種基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控的色譜填料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高效液相色譜法(HPLC)是現(xiàn)代色譜學(xué)的一個(gè)重要分支，HPLC以其高速、高效、高靈敏度的特點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于石油化工、生命科學(xué)、制藥工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。色譜柱是高效液相色譜儀最重要的組件之一，色譜柱內(nèi)的固定相，即色譜柱填料(或稱(chēng)分離材料或分離介質(zhì))是色譜分離的核心，高質(zhì)量的色譜填料是獲得高效色譜分離的關(guān)鍵。高效色譜技術(shù)要求色譜填料粒度分布范圍窄，最好能實(shí)現(xiàn)單分散。單分散的球形填料能帶來(lái)良好的滲透性，顯著提高的分離柱效和分析結(jié)果的重現(xiàn)性，優(yōu)良單分散性的填料一直是色譜技術(shù)追求的目標(biāo)。
[0003]傳統(tǒng)的制備色譜填料的方法有懸浮聚合、分散聚合、種子溶脹法和膜乳化技術(shù)等，然而懸浮聚合法(見(jiàn) P.J.Dowding and B.Vincent, Coll.Surf.A., 2000, 161, 259)制得微球的粒徑較大，一般有20?1000 μ m,懸浮聚合就算是嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，所得多孔微球仍具有相當(dāng)大的多分散性，這對(duì)于作為色譜填料來(lái)講是非常不利的；分散聚合法由英國(guó)ICI公司的研究者最先提出，分散聚合制備的微球單分散性比較好，且適宜制備I?10 μ m范圍的微球，但分散聚合的主要缺點(diǎn)是所得聚合物微球的交聯(lián)度低，表面無(wú)孔或者僅有少量微孔，所以一般不直接用于多孔聚合物微球的制備；種子溶脹法(見(jiàn)J.Ugelstad，H.R.Mfutakamba, P.C.1terk，T.Ellingsen, A.Berge, R.Schmid, L.Holm, A.J0rgedal,F.K.Hansen, and K.Nustad, J.Polym.Sc1.，1985，72，225)是目前普遍認(rèn)為合成單分散多孔微球的較好方法，但是步驟比較繁瑣，需時(shí)較長(zhǎng)，也在一定程度上限制其應(yīng)用；膜/微孔道乳化制備技術(shù)(見(jiàn) Μ.T.Gokmen, F.E.Du Prez, Prog.Polym.Sc1.，2012，37，365)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，適宜I?100 μ m的微球，但是制備的微球的單分散性并不是太理想，特別是選擇多孔玻璃膜時(shí)，因?yàn)樗陨淼目拙陀幸欢ǖ姆稚⑿?CV=10%?17%);當(dāng)然，在使用微孔道時(shí)，目前已經(jīng)有研究者制備出分散性較好的二氧化硅、金屬、高分子微孔(CV=5%)，但是這種微孔道需要特別定制，而且費(fèi)用比較高和需要一定的經(jīng)驗(yàn)，所以在應(yīng)用方面有一定的限制。因此，開(kāi)發(fā)合成簡(jiǎn)便，粒徑尺寸可控，顆粒單分散且免分選的填料制備方法一直是色譜固定相研究的重點(diǎn)。
[0004]非連續(xù)流微流控技術(shù)(微流控液滴技術(shù))是近年來(lái)在芯片實(shí)驗(yàn)室研究領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的一個(gè)新的分支，該技術(shù)使用不相溶的兩相流體在微孔道界面處形成液滴，此類(lèi)液滴具有較高的比表面積，是一種優(yōu)良的微化學(xué)反應(yīng)器。在微流控系統(tǒng)中可以高速地生成液滴，液滴生成頻率高達(dá)上千赫茲。此外，通過(guò)調(diào)控芯片孔道尺寸、表面化學(xué)性質(zhì)以及兩相流速等條件即可靈活地控制液滴的體積，制備高度均一的微液滴。通過(guò)控制液滴的生成頻率、大小以及重現(xiàn)性可以快速制備粒徑大小可控、粒徑分布范圍窄(單分散)的色譜填料。目前，液滴技術(shù)已被應(yīng)用于制備量子點(diǎn)、膠粒及藥物載體等材料，但未見(jiàn)有關(guān)于制備色譜固定相的報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)傳統(tǒng)的顆粒型色譜填料單分散性差的缺點(diǎn)，提供一種基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法。
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
[0007]I)將四甲氧基硅烷(TMOS)和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)以及聚乙二醇(PEG)加入乙酸溶液中，在冰水浴下磁力攪拌至完全水解成水解液，再加入水溶性堿性氨基酸，超聲至完全溶解后作為分散相；
[0008]在步驟I)中，所述四甲氧基硅烷和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的摩爾比可為4: (2?5)，聚乙二醇的用量按質(zhì)量百分比可為水解液總質(zhì)量的3%?12%，所述乙酸溶液可采用濃度為0.0lM的乙酸溶液，乙酸溶液的用量按質(zhì)量百分比可為水解液總質(zhì)量的40%?60% ;所述水溶性堿性氨基酸可選自L(fǎng)-賴(lài)氨酸鹽酸鹽、L-組氨酸鹽酸鹽、L-精氨酸鹽酸鹽等中的一種，水溶性堿性氨基酸的用量按質(zhì)量百分比可為水解液總質(zhì)量的2%?8% ；所述磁力攪拌的時(shí)間可為lh。
[0009]2)將油溶性表面活性劑溶于油中作為連續(xù)相；
[0010]在步驟2)中，所述油溶性表面活性劑選自失水山梨醇脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚類(lèi)等中的至少一種；油溶性表面活性劑占連續(xù)相的質(zhì)量百分比可為0.1%?10%;所述油可選自礦物油、硅油、十六烷、氟化油等中的一種。
[0011]3)將步驟I)得到的分散相引入微流控芯片的水平通道中，另將步驟2)得到的連續(xù)相引入微流控芯片的豎直通道中，在水平通道與豎直通道的界面處，調(diào)節(jié)分散相和連續(xù)相的流速比率，產(chǎn)生不同粒徑的液滴；
[0012]在步驟3)中，所述將步驟I)得到的分散相引入微流控芯片的水平通道中可利用注射泵將分散相引入微流控芯片的水平通道中；所述另將步驟2)得到的連續(xù)相引入微流控芯片的豎直通道中可通過(guò)另一個(gè)注射泵將連續(xù)相引入芯片的豎直通道中；所述微流控芯片可采用單通道微流控芯片或多通道微流控芯片；所述微流控芯片可由聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃、石英等材料制備；所述水平通道的尺寸可為I μ m?IOcm,所述豎直通道的尺寸可為I μ m?IOcm ;所述分散相的流速可為0.05?20 μ L/min，連續(xù)相的流速可為0.05?20 μ L/min，分散相與連續(xù)相的流速比率可為1:(I?10);所述產(chǎn)生不同粒徑的液滴的方式可以是正交結(jié)構(gòu)(T-Junction)、流式聚焦(flow-focusing)或共軸流(co-axial flow)等方式。
[0013]4)將步驟3)得到的液滴分別在30?50°C條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)10?14h和60?80°C條件下環(huán)氧開(kāi)環(huán)反應(yīng)10?14h，再分別用異丙醇和甲醇水溶液交替洗滌，真空干燥后得到粒徑均一可控色譜填料。
[0014]在步驟4)中，所述甲醇水溶液中甲醇和水的體積比可為7: (2?5)。
[0015]本發(fā)明制備的色譜填料粒徑可以通過(guò)芯片的孔道尺寸以及連續(xù)相與分散相兩相的流速比率來(lái)控制，填料的變異系數(shù)CV〈5%，明顯低于傳統(tǒng)方法制備的填料；其中粒徑變異系數(shù)計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將四甲氧基硅烷和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷以及聚乙二醇加入乙酸溶液中，在冰水浴下磁力攪拌至完全水解成水解液，再加入水溶性堿性氨基酸，超聲至完全溶解后作為分散相； 2)將油溶性表面活性劑溶于油中作為連續(xù)相； 3)將步驟I)得到的分散相引入微流控芯片的水平通道中，另將步驟2)得到的連續(xù)相引入微流控芯片的豎直通道中，在水平通道與豎直通道的界面處，調(diào)節(jié)分散相和連續(xù)相的流速比率，產(chǎn)生不同粒徑的液滴； 4)將步驟3)得到的液滴分別在30~50°C條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)10~14h和60~80°C條件下環(huán)氧開(kāi)環(huán)反應(yīng)10~14h，再分別用異丙醇和甲醇水溶液交替洗滌，真空干燥后得到粒徑均一可控色譜填料。
2.如權(quán)利要求1所述基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特征在于在步驟I)中，所述四甲氧基硅烷和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的摩爾比為4: 2~5，聚乙二醇的用量按質(zhì)量百分比為水解液總質(zhì)量的3%~12% ;所述乙酸溶液采用濃度為0.01M的乙酸溶液，乙酸溶液的用量按質(zhì)量百分比為水解液總質(zhì)量的40%~60% ;水溶性堿性氨基酸的用量按質(zhì)量百分比為水解液總質(zhì)量的2%~8%。
3.如權(quán)利要求1所述基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特征在于在步驟I)中，所述水溶性堿性氨基酸選自L(fǎng)-賴(lài)氨酸鹽酸鹽、L-組氨酸鹽酸鹽、L-精氨酸鹽酸鹽中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特征在于在步驟I)中，所述磁力攪拌的時(shí)間為lh。
5.如權(quán)利要求1所述基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特征在于在步驟2)中，所述油溶性表面活性劑選自失水山梨醇脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚類(lèi)中的至少一種；油溶性表面活性劑占連續(xù)相的質(zhì)量百分比為0.1%~10%O
6.如權(quán)利要求1所述基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特征在于在步驟2)中，所述油選自礦物油、硅油、十六烷、氟化油中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特征在于在步驟3)中，所述將步驟I)得到的分散相引入微流控芯片的水平通道中是利用注射泵將分散相引入微流控芯片的水平通道中；所述另將步驟2)得到的連續(xù)相引入微流控芯片的豎直通道中是通過(guò)另一個(gè)注射泵將連續(xù)相引入芯片的豎直通道中。
8.如權(quán)利要求1所述基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特征在于在步驟3)中，所述微流控芯片采用單通道微流控芯片或多通道微流控芯片；所述微流控芯片可由聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、石英材料制備；所述水平通道的尺寸可為I μ m~IOcm,所述豎直通道的尺寸可為I μ m~10cm。
9.如權(quán)利要求1所述基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特征在于在步驟3)中，所述分散相的流速為0.05~20 μ L/min，連續(xù)相的流速為0.05~20 μ L/min，分散相與連續(xù)相的流速比率為1:1~10;所述產(chǎn)生不同粒徑的液滴的方式可以是正交結(jié)構(gòu)、流式聚焦或共軸流方式。
10.如權(quán)利要求1所述基于液滴微流控技術(shù)制備粒徑均一可控色譜填料的方法，其特征在于在步驟4)中，所述`甲醇水溶液中甲醇和水的體積比為7: 2~5。
【文檔編號(hào)】B01J20/281GK103816881SQ201410084209
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】張博, 王鑫, 丁芳芳, 王林, 周拙恒 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)