專利名稱：離子液體輔助非水解溶膠－凝膠技術(shù)制備分子印跡聚合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分子印跡聚合物的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是雜化基質(zhì)的分子印跡聚合物材料的新的制備方法。
背景技術(shù)：
分子印跡聚合物(molecular imprinting polymers，MIPs)是近年來基于分子識(shí)別理論而迅速發(fā)展起來的新材料。由于其具有預(yù)定的選擇性、識(shí)別性能好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、對環(huán)境的耐受性強(qiáng)、制備相對簡單、便宜等優(yōu)點(diǎn)，已被應(yīng)用于色譜分離、固相提取、MIP模擬抗體的藥物分析、仿生傳感器、選擇性催化劑等領(lǐng)域中，成為目前研究的熱點(diǎn)。目前，分子印跡聚合物主要基于兩種基質(zhì)有機(jī)聚合物基質(zhì)和硅膠基質(zhì)。前者因其可用多種功能單體和很好的pH穩(wěn)定性而廣泛采用。但其剛性較差，在不同的溶劑中會(huì)有不同的溶脹性，而不同的溶脹程度可能會(huì)導(dǎo)致聚合物形貌、識(shí)別位點(diǎn)的尺寸、形狀和相對位置的改變從而使分子識(shí)別的效果降低甚至喪失。硅膠基質(zhì)的無機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)剛性很好，具有很好的抗溶劑性(不溶脹)；常規(guī)的水解溶膠-凝膠反應(yīng)制備條件溫和，通過溶膠-凝膠過程條件的控制(包括硅烷的類型和濃度、反應(yīng)體系pH等)，可合成具有特定的平均孔徑、孔分布、表面積、折射率和極性的材料。但硅膠基質(zhì)的分子印跡聚合物在文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)的卻較少，其原因主要是通過傳統(tǒng)的水解的溶膠-凝膠技術(shù)制備的分子印跡聚合物都需要高溫老化和干燥，而這個(gè)過程會(huì)導(dǎo)致材料的開裂和收縮。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有水解溶膠-凝膠反應(yīng)制備硅膠基質(zhì)分子印跡聚合物時(shí)需要高溫老化、而有機(jī)聚合物基質(zhì)的分子印跡聚合物剛性差和易溶脹的問題，提供一種雜化基質(zhì)分子印跡聚合物的離子液體輔助非水解溶膠-凝膠的制備方法。
本發(fā)明采用非水解溶膠-凝膠(non-hydrolytic sol-gel，NHSG)技術(shù)，利用酸性較強(qiáng)的羧酸使硅氧烷發(fā)生溶膠-凝膠反應(yīng)。反應(yīng)中沒有水參與，所以產(chǎn)生的溶膠-凝膠材料無需高溫老化，從而克服了常規(guī)水解溶膠-凝膠技術(shù)制備時(shí)的弱點(diǎn)。而且，NHSG反應(yīng)還有可能會(huì)減少或排除硅膠材料中殘留的硅羥基，從而有利于減少分子印跡聚合物的非特異性吸附，進(jìn)而提高分子印跡聚合物的選擇性。同時(shí)本發(fā)明還加入離子液體來輔助NHSG反應(yīng)，因?yàn)殡x子液體的低蒸汽壓有利于減少凝膠的收縮，其高離子強(qiáng)度可加快溶膠聚合的速率。另外，離子液體還可以起到致孔模板的作用。
具體地說，本發(fā)明的制備方法是基于酸性較強(qiáng)的含雙鍵的羧酸與含雙鍵的硅氧烷的雙鍵聚合和非水解溶膠-凝膠反應(yīng)，反應(yīng)中還加入離子液體來輔助。酸性較強(qiáng)的帶雙鍵的羧酸，如甲基丙烯酸(MAA)、三氟甲基丙烯酸(TFMAA)、肉桂酸等以及其它任意具有乙烯基的羧酸配制成的組合物，羧酸一方面作為功能單體與模板分子發(fā)生相互作用，另一方面作為硅氧烷發(fā)生非水解溶膠-凝膠反應(yīng)的催化劑。羧酸的雙鍵和硅氧烷中的雙鍵在引發(fā)劑的作用下聚合，同時(shí)硅氧烷的非水解溶膠-凝膠過程形成Si-O-Si鍵，這樣形成雜化的聚合物網(wǎng)絡(luò)(如下反應(yīng)式所示)，模板分子也會(huì)進(jìn)入到該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。經(jīng)除去模板分子之后，聚合物中留下與模板分子相匹配的空穴。
式中，m＝2，3，4，5，6等，R1～R3為H，CH3，CF3，Ph等取代基。黑色的表示洗去模板分子后留下的空穴。RTIL為室溫離子液體，如六氟磷酸1-甲基-3-丁基咪唑鹽(BMIM+PF6-)、四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑鹽(BMIM+BF4-)等。
本發(fā)明提供的制備方法可適合于在毛細(xì)管中原位合成毛細(xì)管整體柱，也可適合于在小瓶中合成棒狀聚合物。制備方法簡單可靠，得到的分子印跡聚合物具有較強(qiáng)的識(shí)別能力。具體制備方法如下(a)在干燥的小瓶中，加入0.025mmol模板分子[如(S)-萘普生或(S)-左咪曲普坦等]，加入0.11mmol～0.22mmol酸性較強(qiáng)的含雙鍵羧酸[如甲基丙烯酸(MAA)、三氟甲基丙烯酸(TFMAA)、肉桂酸等]，0.44～0.88mmol含雙鍵的硅氧烷[如甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)等]，4～5mg偶氮二異丁腈(AIBN)，40～200μl離子液體[如六氟磷酸1-甲基-3-丁基咪唑鹽(BMIM+PF6-)、四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑鹽(BMIM+BF4-)等]，再加入溶劑使反應(yīng)液總體積為1mL，密封，用超聲波超聲5～10min，反應(yīng)液為透明溶液，通入氮?dú)怛?qū)氧；(b)將上述均勻溶液灌入預(yù)處理過(處理過程用1M NaOH沖2h，水沖30min，0.1M HCl沖2h，再用水沖至流出液的pH為7.0，最后把毛細(xì)管至于150℃的氣相色譜柱溫箱中干燥8h)的毛細(xì)管中密封或于該小瓶中密封，于50～54℃的水浴中反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為在毛細(xì)管中2～8h，或在小瓶中36～72h；(c)反應(yīng)后分別用以體積比9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈沖洗毛細(xì)管柱(用手動(dòng)泵推微量注射器向毛細(xì)管中打液體)，或用索氏提取法洗滌研磨后的小瓶中生成的固體，以洗去模板分子、離子液體和未反應(yīng)的試劑；瓶中的固體洗后經(jīng)真空干燥處理制得雜化基質(zhì)分子印跡聚合物。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果本發(fā)明提供的方法可制備雜化基質(zhì)的分子印跡聚合物，本發(fā)明方法能解決現(xiàn)有水解溶膠-凝膠法制備硅膠基質(zhì)分子印跡聚合物時(shí)需要高溫老化的難題，可克服有機(jī)聚合物基質(zhì)的分子印跡聚合物易溶脹的弱點(diǎn)。所得材料能高選擇性地識(shí)別模板分子。
本發(fā)明方法通過帶雙鍵的較強(qiáng)羧酸與含雙鍵的硅氧烷的雙鍵聚合和非水解溶膠-凝膠反應(yīng)，合成了雜化基質(zhì)的分子印跡聚合物。反應(yīng)中沒有水參與，所以產(chǎn)生的溶膠-凝膠材料無需高溫老化。而且，NHSG反應(yīng)還會(huì)減少或排除硅膠材料中殘留的硅羥基，從而有利于減少分子印跡聚合物的非特異性吸附，進(jìn)而提高分子印跡聚合物的選擇性。離子液體的輔助有利于減少凝膠的收縮，其高離子強(qiáng)度可加快溶膠聚合的速率。另外，離子液體還可以起到致孔模板的作用。帶雙鍵的羧酸作為功能單體可與多種模板分子發(fā)生相互作用，因而可適合于不同種類的模板分子。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1在干燥的小瓶中，加入5.8mg(S)-萘普生，9μl甲基丙烯酸(MAA)，102μl甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，4.5mg偶氮二異丁腈(AIBN)，40μl六氟磷酸1-甲基-3-丁基咪唑鹽(BMIM+PF6-)，100μl乙腈和749μl氯仿密封，用超聲波超聲5min，使固體溶解并用氮?dú)怛?qū)氧。然后灌入預(yù)處理過的毛細(xì)管中或密封于該小瓶中于54℃的水浴中反應(yīng)6h(毛細(xì)管)或36h(小瓶中)。反應(yīng)后分別用體積比為9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈沖洗毛細(xì)管柱或用索氏提取法洗滌研磨后的小瓶中生成的固體以洗去模板分子、離子液體和未反應(yīng)的試劑。瓶中的固體洗后再經(jīng)真空干燥處理制得雜化基質(zhì)分子印跡聚合物。
毛細(xì)管的預(yù)處理過程為用1M NaOH沖2h，水沖30min，0.1M HCl沖2h，再用水沖至流出液的pH為7.0。最后把毛細(xì)管至于150℃的氣相色譜柱溫箱中干燥8h。
實(shí)施例2在干燥的小瓶中，加入7.2mg(S)-左咪曲普坦，14mg三氟甲基丙烯酸(TFMAA)，102μl甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，5mg偶氮二異丁腈(AIBN)，40μl六氟磷酸1-甲基-3-丁基咪唑鹽(BMIM+PF6-)，858μl乙腈密封，用超聲波超聲5min，使固體溶解并用氮?dú)怛?qū)氧。然后灌入預(yù)處理過的毛細(xì)管中或密封于該小瓶中于54℃的水浴中反應(yīng)4.5h(毛細(xì)管)或60h(小瓶中)。反應(yīng)后分別用體積比為9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈沖洗毛細(xì)管柱或用索氏提取法洗滌研磨后的小瓶中生成的固體以洗去模板分子、離子液體和未反應(yīng)的試劑。瓶中的固體洗后再經(jīng)真空干燥處理。
毛細(xì)管的預(yù)處理同上。
實(shí)施例3在干燥的小瓶中，加入7.2mg(S)-左咪曲普坦，14.8mg肉桂酸，102μl甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，5mg偶氮二異丁腈(AIBN)，40μl六氟磷酸1-甲基-3-丁基咪唑鹽(BMIM+PE6-)，858μl乙腈密封，用超聲波超聲5min，使固體溶解并用氮?dú)怛?qū)氧。然后灌入預(yù)處理過的毛細(xì)管中或密封于該小瓶中于54℃的水浴中反應(yīng)5h(毛細(xì)管)或60h(小瓶中)。反應(yīng)后分別用體積比為9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈沖洗毛細(xì)管柱或用索氏提取法洗滌研磨后的小瓶中生成的固體以洗去模板分子、離子液體和未反應(yīng)的試劑。瓶中的固體洗后再經(jīng)真空干燥處理。
毛細(xì)管的預(yù)處理同上。
實(shí)施例4在干燥的小瓶中，加入7.2mg(S)-左咪曲普坦，9μl甲基丙烯酸(MAA)，102μl甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，5mg偶氮二異丁腈(AIBN)，40μl四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑鹽(BMIM+BF4-)，849μl乙腈密封，用超聲波超聲5min，使固體溶解并用氮?dú)怛?qū)氧。然后灌入預(yù)處理過的毛細(xì)管中或密封于該小瓶中于54℃的水浴中反應(yīng)6h(毛細(xì)管)或72h(小瓶中)。反應(yīng)后分別用體積比為9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈沖洗毛細(xì)管柱或用索氏提取法洗滌研磨后的小瓶中生成的固體以洗去模板分子、離子液體和未反應(yīng)的試劑。瓶中的固體洗后再經(jīng)真空干燥處理。
毛細(xì)管的預(yù)處理同上。
實(shí)施例5在干燥的小瓶中，加入8.1mg(R)-托特羅定，9μl甲基丙烯酸(MAA)，0.44mmol甲基丙烯酰氧基丁(或戊，己)基三甲氧基硅烷，5mg偶氮二異丁腈(AIBN)，40μl四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑鹽(BMIM+BF4-)，849μl乙腈密封，用超聲波超聲5min，使固體溶解并用氮?dú)怛?qū)氧。然后灌入預(yù)處理過的毛細(xì)管中或密封于該小瓶中于54℃的水浴中反應(yīng)6h(毛細(xì)管)或72h(小瓶中)。反應(yīng)后分別用體積比為9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈沖洗毛細(xì)管柱或用索氏提取法洗滌研磨后的小瓶中生成的固體以洗去模板分子、離子液體和未反應(yīng)的試劑。瓶中的固體洗后再經(jīng)真空干燥處理。
毛細(xì)管的預(yù)處理同上。
權(quán)利要求
1.一種離子液體輔助非水解溶膠-凝膠技術(shù)制備雜化基質(zhì)分子印跡聚合物的方法，其特征是該方法基于酸性較強(qiáng)的含雙鍵的羧酸與含雙鍵的硅氧烷的雙鍵聚合和非水解溶膠-凝膠反應(yīng)，并加入離子液體來輔助；酸性較強(qiáng)的帶雙鍵的羧酸一方面作為功能單體與模板分子發(fā)生作用，另一方面作為硅氧烷發(fā)生非水解溶膠-凝膠反應(yīng)的催化劑；羧酸的雙鍵和硅氧烷中的雙鍵在引發(fā)劑的作用下聚合，同時(shí)硅氧烷的非水解溶膠-凝膠過程形成Si-O-Si鍵，這樣形成雜化的聚合物網(wǎng)絡(luò)，模板分子也進(jìn)入到該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，經(jīng)除去模板分子之后，聚合物中留下與模板分子相匹配的空穴；所述酸性較強(qiáng)的帶雙鍵的羧酸是甲基丙烯酸(MAA)、三氟甲基丙烯酸(TFMAA)、肉桂酸，或由具有乙烯基的羧酸配制成的組合物；所述含雙鍵的硅氧烷是指甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)、甲基丙烯酰氧基丁基三甲氧基硅烷(MBTMS)、甲基丙烯酰氧基戊基三甲氧基硅烷(MPTMS)、甲基丙烯酰氧基己基三甲氧基硅烷(MHTMS)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于具體制備步驟如下(a)在干燥的小瓶中，加入0.025mmol模板分子，加入0.11mmol～0.22mmol酸性較強(qiáng)的含雙鍵羧酸，0.44～0.88mmol含雙鍵的硅氧烷，4～5mg偶氮二異丁腈(AIBN)，40～200μl離子液體，再加入溶劑使反應(yīng)液總體積為1mL，密封，用超聲波超聲5～10min，反應(yīng)液為透明溶液，通入氮?dú)怛?qū)氧；(b)將上述均勻溶液灌入預(yù)處理過的毛細(xì)管中密封或于該小瓶中密封，于50～54℃的水浴中反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為在毛細(xì)管中2～8h，或在小瓶中36～72h；(c)反應(yīng)后分別用以體積比9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈沖洗毛細(xì)管柱，或用索氏提取法洗滌研磨后的小瓶中生成的固體，以洗去模板分子、離子液體和未反應(yīng)的試劑；瓶中的固體洗后經(jīng)真空干燥處理制得雜化基質(zhì)分子印跡聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于模板分子為不含可參與自由基聚合反應(yīng)的雙鍵結(jié)構(gòu)的化合物，包括藥物、手性化合物、環(huán)境污染物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于毛細(xì)管的預(yù)處理過程為用1MNaOH沖2h，水沖30min，0.1 M HCl沖2h，再用水沖至流出液的pH為7.0，最后把毛細(xì)管至于150℃的氣相色譜柱溫箱中干燥8h。
全文摘要
一種離子液體輔助非水解溶膠－凝膠技術(shù)制備雜化分子印跡聚合物的新方法。該法基于酸性較強(qiáng)的含雙鍵羧酸與含雙鍵的硅氧烷的雙鍵聚合和非水解溶膠－凝膠反應(yīng)，并加入離子液體來輔助。酸性較強(qiáng)的含雙鍵羧酸一方面作為功能單體與模板分子作用，另一方面作為硅氧烷發(fā)生非水解溶膠－凝膠反應(yīng)的催化劑。羧酸的雙鍵和硅氧烷中的雙鍵在引發(fā)劑的作用下聚合，同時(shí)硅氧烷的非水解溶膠－凝膠過程形成Si－O－Si鍵，這樣形成雜化的聚合物網(wǎng)絡(luò)，模板分子也進(jìn)入到該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。經(jīng)除去模板分子之后，聚合物中留下與模板分子相匹配的空穴。含雙鍵羧酸作為功能單體可與多種模板分子發(fā)生相互作用，所以，該方法可適合于不同種類的模板分子。
文檔編號C08F230/00GK1951971SQ20061001613
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月9日
發(fā)明者王荷芳, 嚴(yán)秀平, 朱義州 申請人:南開大學(xué)