專利名稱：一種在介孔硅材料的孔外表面修飾功能基團的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及介孔二氧化硅材料，具體地說是一種在介孔二氧化硅材料的孔外表面
修飾功能基團的制備方法。
背景技術：
介孔材料具有較大的比表面積和孔體積，孔徑均一而且在納米尺度上從一維到三 維都能連續(xù)可調(diào)，使它們在大分子或大離子吸附和分離方面具有比傳統(tǒng)吸附劑無可比擬的 優(yōu)越性和廣闊的應用前景。近年來，有基于介孔材料吸附藥物及生物分子的研究報道，使得 介孔材料在生物領域得到了蓬勃的發(fā)展。特別是利用介孔材料嚴格限制的孔徑，來選擇性 萃取相對于孔徑較小的目標分子。但是，介孔材料在選擇性萃取方面也存在一定的問題雖 然孔徑可以嚴格限制大蛋白進入孔內(nèi)，但是孔外表面還是可以吸附分子尺寸大于孔徑的分 子，經(jīng)常會被誤認為孔內(nèi)的吸附，而且外表面所吸附的較大蛋白阻礙了介孔對較小的目標 蛋白的孔內(nèi)吸附，影響了材料的篩分能力，從而影響了選擇性吸附能力和吸附容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在介孔二氧化硅材料的孔外表面修飾烷基二醇基等
有機基團的制備方法，所獲得的產(chǎn)品用于復雜生物樣品中，對于低分子量蛋白質或肽的選
擇性富集時，其對蛋白質或肽的篩分能力強、分離效果好。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為 —種在介孔硅材料的孔外表面修飾功能基團的制備方法， 1)材料的修飾將0. 5-5. 0g含有成孔劑的介孔二氧化硅粉末在80-15(TC下真空 干燥2-20小時；將干燥好的二氧化硅粉末加入到燒瓶中，并在氮氣保護下向燒瓶內(nèi)加入 30-150mL無水有機溶劑，待材料完全分散于無水有機溶劑后，加入2-10mL帶有功能基團的 修飾試劑，氮氣保護下在60-12(TC下回流反應3-24小時；反應后抽濾得到產(chǎn)品，并用無水 有機溶劑分別洗滌2-4次，真空干燥后備用； 2)成孔劑去除將上面反應后干燥的材料0. 5-5. Og放到100-1000mL無水醇中， 并加入3-10mL l-12M鹽酸萃取，20-9(TC下攪拌回流6_24小時，萃取后過濾，用無水醇洗滌 2次以上，真空干燥得成品。 所述含有成孔劑的介孔二氧化硅粉末是采用如下過程獲取的，將0. 5-5. Og的成 孔劑溶于10-150mL的水中，加入酸或堿，調(diào)溶液終pH值在2-5或8_13，再加入3-50mL四甲 氧基或四乙氧基硅烷。攪拌l-8小時后，20-15(TC反應l-5天。然后經(jīng)過濾、洗滌、干燥，得 到含成孔劑的介孔材料。 所述成孔劑為陽離子型如十六烷基三甲基溴化銨，陰離子型如十二烷基硫酸鈉或 非離子型如聚環(huán)氧乙烷_聚環(huán)氧丙烷_聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物；所述介孔二氧化硅粉末 為M41S系列、FSM-16、HMS、 SBA-n、KIT-l或MSU等類型。
所述修飾試劑為帶有不同官能團的硅氧烷。
所述帶有不同官能團的硅氧烷為3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、5，6-環(huán) 氧己基三乙氧基硅烷、氨基硅氧烷、巰基硅氧烷、乙烯基硅氧烷、烷基硅氧烷、苯基硅氧烷或 烷基氯硅氧烷。 所述無水有機溶劑為干燥甲苯、異丙醇、正己烷、環(huán)己烷或苯等惰性有機溶劑。
所述萃取成孔劑試劑醇可以是甲醇、乙醇或異丙醇等。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點 1.當采用3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷作為修飾試劑時，本發(fā)明所獲的 產(chǎn)品可明顯提高對蛋白質或肽的篩分能力，分離效果好；這是由于修飾在材料孔外表面的 烷基二醇基降低了其與高分子量蛋白的吸附作用，從而減少了吸附在孔外表面蛋白對孔的 堵塞作用，使低分子量蛋白更易吸附到孔內(nèi)，所合成的材料其孔外表面對蛋白等基質的吸 附能力很小，而孔內(nèi)對小分子藥物和蛋白的吸附作用有所提高；該材料提高了對目標物質 的篩分能力，可以大大降低樣品預處理過程中高分子量生物基質的干擾，適合于復雜生物 基質中對小分子藥物及小肽的選擇性富集。 2.用途廣。當采用環(huán)氧丙氧基硅氧烷，氨基硅氧烷，巰基硅氧烷，乙烯基硅氧烷、烷 基硅氧烷及烷基氯硅氧烷作為修飾試劑時，可明顯提高本發(fā)明產(chǎn)品的各種性能，可根據(jù)具 體目標分子或需要來選擇修飾試劑。 3.可以對介孔二氧化硅材料孔外表面的硅羥基進行有效保護。這是由于修飾試劑 是與孔外表面硅羥基反應的，屏蔽了硅羥基的活性，為進一步對孔內(nèi)表面進行選擇性修飾 提供了條件。 4.本發(fā)明成孔劑去除過程采用鹽酸酸化醇作為萃取溶劑，這是由于酸化醇對介孔 材料中表面活性劑具有較高的萃取能力，不僅除掉成孔劑，而且將3- (2， 3-環(huán)氧丙氧)丙基 轉化為烷基二醇基。


圖1為材料修飾及萃取小分子量蛋白示意圖； 圖2為實施例1合成材料的X射線粉末衍射(a)MCM-41， (b)烷基二醇基修飾的 MCM-41 圖3為實施例1合成材料的傅立葉紅外光譜(a)MCM-41， (b)烷基二醇基修飾的 MCM-41 圖4為本發(fā)明所制備材料與未修飾介孔材料孔外表面吸附大蛋白的紫外_吸收光 譜比較； 圖5為本發(fā)明所制備材料與未修飾介孔材料從2mg/mL的卵清蛋白中萃取200 y g/ mL胰島素的質譜圖比較。(a)采用未修飾介孔材料萃取胰島素；(b)采用烷基二醇基修飾 介孔材料萃取胰島素。
具體實施方式

實施例1 1)含有成孔劑的介孔二氧化硅粉末的制備 以十六烷基三甲基溴化銨、四乙氧基硅烷、氨水、氫氧化鈉、水的摩爾比為o. i : 1.0 : 3.2 : o. 3 : 80的比例將上述原料混合后，室溫攪拌3小時后，將混合物轉
移到聚四氟反應釜中IO(TC晶化120小時，后過濾、洗滌、干燥。(Chu， C. T-W. ， ect， J. Am. Chem. Soc. ， 114(1992) 10834.) 2)材料的修飾步驟包括將1. 0g含有十六烷基三甲基溴化銨的介孔MCM-41 二氧 化硅粉末在IO(TC下真空干燥10小時。將干燥好的含有成孔劑的材料加入到圓底燒瓶中， 并在氮氣保護下向燒瓶內(nèi)加入50mL干燥甲苯，待材料完全分散于甲苯后，加入3mL 3_(2， 3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，氮氣保護下在11(TC下回流反應24小時。反應后抽濾得 到產(chǎn)品，并用甲苯和異丙醇各洗滌三次，真空干燥備用。 3)成孔劑去除步驟包括將上面反應后干燥的材料1. Og放到200mL無水乙醇中， 并加入3mL2M鹽酸，8(TC下攪拌回流8小時，除去成孔劑，同時將3_(2， 3-環(huán)氧丙氧)丙基 轉化為烷基二醇基。萃取后，過濾，用無水乙醇多次洗滌，真空干燥，得到烷基二醇基修飾的 MCM-41材料。步驟l)中無修飾材料采用同樣的方法去除成孔劑，得到MCM-41材料。
由X射線粉末衍射可知烷基二醇基修飾前后MCM-41材料都具有高度有序介孔結 構；由傅立葉紅外光譜可知，烷基二醇基修飾后的MCM-41，紅外吸收在烷基的特征吸收峰 2900cm—1左右有了大的增強，證明了烷基二醇基的成功引入。
實施例2 1)含有成孔劑的介孔二氧化硅粉末的制備 以十六烷基三甲基溴化銨、四乙氧基硅烷、氨水、氫氧化鈉、水的摩爾比為
o. i : i.o : 3.2 : o. 3 : 80的比例將上述原料混合后，室溫攪拌3小時后，將混合物轉
移到聚四氟反應釜中IO(TC晶化120小時，后過濾、洗滌、干燥。(Chu， C. T-W. ， ect， J. Am. Chem. Soc. ， 114(1992) 10834.) 2)材料的修飾步驟包括將2. Og含有十六烷基三甲基溴化銨的介孔MCM-41 二氧 化硅粉末在8(TC下真空干燥16小時。將干燥好的含有成孔劑的材料加入到圓底燒瓶中， 并在氮氣保護下向燒瓶內(nèi)加入100mL干燥正己烷，待材料完全分散于正己烷后，加入6mL 3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，氮氣保護下在6(TC下回流反應24小時。反應后抽 濾得到產(chǎn)品，并用正己烷洗滌三次，真空干燥備用。 3)成孔劑去除步驟包括將上面反應后干燥的材料2. Og放到200mL無水甲醇中， 并加入2mL6M鹽酸，6(TC下攪拌回流12小時，除去成孔劑，同時將3-(2， 3-環(huán)氧丙氧)丙基 轉化為烷基二醇基。萃取后，過濾，用無水甲醇多次洗滌，真空干燥。步驟l)中無修飾材料 采用同樣的方法去除成孔劑。 由X射線粉末衍射可知修飾前后MCM-41材料都具有高度有序介孔結構；由傅立葉 紅外光譜可知，烷基二醇基修飾后的MCM-41，紅外吸收在烷基的特征吸收峰2900cm—1左右 有了大的增強，證明了烷基二醇基的成功引入。
應用例1 圖4為本發(fā)明所制備材料與未修飾介孔材料孔外表面吸附大蛋白的紫外_吸收光 譜比較圖； (a) lmg/mL卵清蛋白的紫外_可見吸收光譜； (b)將未修飾的介孔材料MCM-41與(a)溶液混合2小時后上清液的紫外_可見吸 收光譜；
(c)將烷基二醇基修飾的介孔材料MCM-41與(a)溶液混合2小時后上清液的紫 外-可見吸收光譜。 其分析條件lmg/mL卵清蛋白配制在20mM磷酸緩沖液中，pH 5. 0。取實施例1制 得的烷基二醇基修飾MCM-41和MCM-41各20mg，分別加到4mL配制好的蛋白溶液中，放到搖 床中吸附2小時后取上清液，后采用PerkinElmer公司的Lambda35紫外-可見分光光度計 對所取的上清液的進行吸光度值掃描，掃描范圍400nm-200nm。(卵清蛋白分子量43000，是 一種大于所采用的介孔材料孔徑(2.7nm)的蛋白，所以卵清蛋白在材料上的吸附是發(fā)生在 孔外表面的。)根據(jù)卵清蛋白的校正曲線，計算得到每克未修飾的MCM-41材料吸附卵清蛋 白26mg，每克烷基二醇基修飾的MCM-41材料吸附卵清蛋白2mg。 MCM-41材料外表面修飾烷 基二醇基后，外表面對大于孔徑的蛋白吸附量降低90%。
應用例2 圖5為本發(fā)明所制備材料與未修飾介孔材料從2mg/mL的卵清蛋白中萃取200 y g/ mL胰島素的質譜圖比較。(a)采用未修飾介孔材料萃取胰島素；(b)采用烷基二醇基修飾 介孔材料萃取胰島素。 分析條件在2mg/mL卵清蛋白的磷酸緩沖溶液中加入胰島素，使其濃度達到 200iig/mL。將配制好的蛋白混合液作為待萃取液。取實施例l制得的烷基二醇基修飾 MCM-41和MCM-41各10mg，分別加到2mL配制好的待萃取液中，放到搖床中吸附2小時后離 心棄上清液，用去離子水洗材料幾次。后采用80%的乙腈水溶液(含O. 1%甲酸)解析吸 附在材料上的蛋白。解析液采用Waters公司ESI-Q-Tof質譜分析，流速20 y L/min。離子 源溫度12(TC，解析氣為氮氣，溫度18(TC，流速380L/h。電噴霧極化電壓為3000V。(胰島 素分子量5800，是一種分子尺寸小于材料孔徑的蛋白。)圖5給出了分別采用兩種材料萃 取后解析液的質譜圖，并分別標出了胰島素的分子離子峰。修飾后，介孔材料對蛋白基質中 低分子量蛋白的萃取效率大大增加，離子強度增加到約為原來的二倍。
權利要求
一種在介孔硅材料的孔外表面修飾功能基團的制備方法，其特征在于1)材料的修飾將0.5-5.0g含有成孔劑的介孔二氧化硅粉末在80-150℃下真空干燥2-20小時；將干燥好的二氧化硅粉末加入到燒瓶中，并在氮氣保護下向燒瓶內(nèi)加入30-150mL無水有機溶劑，待材料完全分散于無水有機溶劑后，加入2-10mL帶有功能基團的修飾試劑，氮氣保護下在60-120℃下回流反應3-24小時；反應后抽濾得到產(chǎn)品，并用無水有機溶劑分別洗滌2-4次，真空干燥后備用；2)成孔劑去除將上面反應后干燥的材料0.5-5.0g放到100-1000mL無水醇中，并加入3-10mL 1-12M鹽酸萃取，20-90℃下攪拌6-24小時，萃取后過濾，用無水醇洗滌2次以上，真空干燥得成品。
2. 按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述含有成孔劑的介孔二氧化硅粉末是采用如下過程獲取的，將0. 5-5. Og的成孔劑溶于10-150mL的水中，加入酸或堿，調(diào)溶液終pH值在2-5或8-13，再加入3-50mL四甲氧基或四乙氧基硅烷；攪拌1_8小時后，20-15(TC反應l-5天；然后經(jīng)過濾、洗滌、干燥，得到含成孔劑的介孔材料。
3. 按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述成孔劑為陽離子型如十六烷基三甲基溴化銨，陰離子型如十二烷基硫酸鈉或非離子型如聚環(huán)氧乙烷_聚環(huán)氧丙烷_聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物；所述介孔二氧化硅粉末為M41S系列、FSM-16、 HMS、 SBA-n、 KIT-1或MSU等類型。
4. 按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述修飾試劑為帶有不同官能團的硅氧烷。
5. 按照權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述帶有不同官能團的硅氧烷為3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、5，6-環(huán)氧己基三乙氧基硅烷、氨基硅氧烷、巰基硅氧烷、乙烯基硅氧烷、烷基硅氧烷、苯基硅氧烷或烷基氯硅氧烷。
6. 按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述無水有機溶劑為惰性有機溶劑干燥甲苯、異丙醇、正己烷、環(huán)己烷或苯。
7. 按照權利要求l所述的制備方法，其特征在于所述萃取成孔劑試劑醇可以是甲醇、乙醇或異丙醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在介孔硅材料的孔外表面修飾功能基團的制備方法。本方法包括材料的修飾和成孔劑去除兩步。將含有成孔劑的介孔二氧化硅材料與帶有功能基團的有機硅氧烷在干燥惰性有機溶劑中反應，該反應在氮氣保護下進行。將反應后產(chǎn)物采用酸化醇萃取，除去成孔劑，同時將3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基轉化為烷基二醇基。該材料可以提高對蛋白質或肽的篩分能力，大大降低樣品預處理過程中高分子量生物基質的干擾，適合于復雜生物基質中對小分子藥物及小肽的選擇性富集。
文檔編號B01J20/10GK101721970SQ20081022822
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權日2008年10月22日
發(fā)明者關亞風, 朱道乾, 王 華, 祁艷霞 申請人:中國科學院大連化學物理研究所