本發明涉及離子交換材料技術領域，尤其涉及一種親水型高載量離子交換分離純化微球材料的制備方法。

背景技術：

離子交換樹脂是在細小的三維結構的高分子微粒上結合離子交換功能基，是交換、精制溶于溶液中的離子性物質的聚合物質。也就是說，離子交換樹脂中具有的可移動的離子與溶液中的其他離子發生相互置換來實現離子性物質的去除。離子交換樹脂的性能和特性由離子交換基的種類、密度、交聯度、比表面積等來決定。

離子交換高分子微球的制備和應用是當今世界前沿、交叉的新興學科，從常規的涂料、化妝品等大宗產品到醫藥應用領域的藥物控釋的載體，藥物分離的層析介質、醫療診斷試劑等高附加值產品，都要用到此技術。但是用于藥物分離的層析介質對微球材料的要求極高，需要極度均一的單分散多孔微球，微球需具備巨大的比表面積、豐富的孔道、優異的吸附性能和特殊的耐酸堿特性，同時蛋白質類藥物分子分離材料需要材料本身具有生物相容性，在純化過程中這一類生物大分子仍然要保持生物活性。

當前用于藥物分離純化的介質主要為上世紀80年代開發的軟膠體的纖維素、葡聚糖、瓊脂糖類微球，其反壓大、分離時間長等不足已不能滿足生物藥和天然藥分離快速純化的要求，將逐漸被硬膠體的高分子聚合物微球所取代。當前國外各大廠商已經完成了第一代高分子聚合物離子交換微球商品化，具有優良的機械性能，低非特異性吸附，良好的分離能力及一年的使用壽命；但還不能做到高分離容量和高效的分離效率。

自1906年俄國植物學家米哈伊爾·茨維特用碳酸鈣分離植物色素開始，色譜分離法已經發展了一個多世紀，在此領域中產生了兩位諾貝爾化學獎獲得者。色譜分離法最核心的組件就是色譜填料，色譜填料從最初的不規則天然產物，發展到如今主流的均一單分散多孔微球材料，新的填料技術仍在不斷發展，如整體柱技術。當前藥物分離介質主要仍以蛋白質A親和微球填料，離子交換填料，疏水填料，尺寸排阻填料為主。相比較于其它的色譜分離模式，離子交換色譜在分離過程中僅使用離子緩沖液，可以很好的保留蛋白質的活性，故而研究的最多，使用也最為廣泛。最早應用于生物大分子分離純化的離子交換介質是纖維素離子交換劑，纖維素高度的親水性能與蛋白質有很好的相容性，但其缺點也顯而易見：容量低、流速慢。近年來，隨著合成技術的發展和生產的需要，人工合成的剛性材料被陸續開發出來，主要以聚甲基丙烯酸酯類多孔高分子和聚(苯乙烯-二乙烯基苯)多孔高分子的制備和改性為主要研究方向。聚(苯乙烯-二乙烯基苯)多孔高分子相比較于甲基丙烯酸酯類多孔高分子擁有更好的pH值穩定性，被公認為最有前途的蛋白純化基質。

雖然現有的方法都可以制備出有優良的機械性能、良好的分離能力的離子交換樹脂，但仍具對蛋白質、多肽類大分子有一定特異性吸附能力，分離效率低，交換容量不足等問題。

技術實現要素：

本發明提供一種親水型高載量離子交換分離純化微球材料的制備方法，該微球材料表面對蛋白質、多肽類分子沒有非特異性吸附，具有高穩定性、高載量的特點。

一種親水型高載量離子交換分離純化微球材料的制備方法，包括：

對具有多孔結構的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球進行親水化涂層改性，得到親水化涂層改性的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球，其對蛋白質、多肽類分子沒有非特異性吸附能力；

將上述親水化涂層改性的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在二氧六環中，加入催化劑、環氧功能性單體進行反應，得到帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球；以及

將上述帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在水或二氧六環中，加入離子交換功能性單體進行反應，得到上述親水型高載量離子交換分離純化微球材料。

進一步地，上述具有多孔結構的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球的比表面積大于300m²/g，優選500m²/g及以上。

進一步地，使用聚乙烯醇和/或多糖類高分子化合物對上述具有多孔結構的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球進行親水化涂層改性。

進一步地，上述多糖類高分子化合物是殼聚糖。

進一步地，上述親水化涂層改性后，加入戊二醛或多環氧結構單體進行交聯，以形成交聯高分子牢固吸附在球表面，且其在有機溶劑中不會脫落。

進一步地，在加入戊二醛或多環氧結構單體的同時還加入KOH溶液。

進一步地，上述親水化涂層改性后的微球比表面積大于50m²/g，孔容大于0.6cm³/g。

進一步地，上述催化劑是路易斯酸或鈰鹽，上述環氧功能性單體是環氧氯丙烷或乙酸環氧丙酯。

進一步地，上述加入催化劑、環氧功能性單體進行反應之后，加入KOH溶液進行水解反應，得到帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球。

進一步地，上述離子交換功能性單體是含離子交換功能基團的鹵代物單體，優選氯乙酸、氯磺酸或N,N-二甲基氯乙基胺。

本發明通過使用多孔聚(苯乙烯-二乙烯基苯)為骨架，在骨架上進行多羥基的親水化修飾，使材料表面對蛋白質、多肽類分子沒有非特異性吸附，同時在極端pH值條件下仍能保持材料穩定性；然后利用微球的表面羥基，基于環氧開環作用，通過溶劑和催化劑控制模式在表面形成可控數目的多羥基結構高分子鏈；且預留有合適的反應位點，加入相應的離子交換功能性單體，制備得到相應的高載量離子交換分離純化微球材料，特別適合于蛋白、多肽等藥物大分子的分離、純化，不僅具有優良的機械性能和對蛋白質、多肽類大分子低非特異性吸附能力，而且還具有高分離容量和高效的分離效率。此材料的制備成功將可以實現產業化生產，為重組蛋白質純化提供可靠的分離材料，具有較高的市場經濟效益。

附圖說明

圖1為本發明實施例的一種離子交換分離純化微球材料的制備方法流程圖；

圖2為本發明實施例的親水化涂層改性的微球制備流程圖；

圖3為本發明實施例的親水化涂層完成后的微球結構示意圖；

圖4為本發明實施例的帶有多羥基結構高分子鏈的微球制備流程圖；

圖5為本發明實施例的帶有相應功能團結構的高分子微球制備流程圖；

圖6為本發明中一個實施例的離子交換分離純化微球材料電子顯微鏡照片。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明的親水性高載量離子交換分離純化微球材料的制備方法作進一步描述。

本發明中涉及的術語說明如下：

親水化涂層，指的是對蛋白、多肽類物質沒有特異性吸附能力的涂層。

比表面積，是指多孔固體物質單位質量所具有的表面積。

孔容，又稱孔體積，是指單位質量多孔固體所具有的孔總容積。

如圖1所示，本發明實施例的一種親水型高載量離子交換分離純化微球材料的制備方法，包括：(1)對具有多孔結構的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球進行親水化涂層改性，得到親水化涂層改性的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球，其對蛋白質、多肽類分子沒有非特異性吸附能力；(2)將親水化涂層改性的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在二氧六環中，加入催化劑、環氧功能性單體進行反應，得到帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球；以及(3)將帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在水或二氧六環中，加入離子交換功能性單體進行反應，得到親水型高載量離子交換分離純化微球材料。

其中，步驟(1)中具有多孔結構的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球的比表面積大于300m²/g，例如400m²/g、500m²/g、800m²/g、1000m²/g、大于等于1100m²/g、大于1200m²/g、大于1500m²/g等，優選500m²/g及以上。

步驟(1)中，可以使用聚乙烯醇(PVA)和/或多糖類高分子化合物對具有多孔結構的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球進行親水化涂層改性。其中，多糖類高分子化合物例如殼聚糖。

如圖2所示，步驟(1)中，進一步地，親水化涂層改性后，加入戊二醛或多環氧結構單體進行交聯，以形成交聯高分子牢固吸附在微球(Bead)表面，且其在有機溶劑中不會脫落。更優選地，在加入戊二醛或多環氧結構單體的同時還加入KOH溶液。

本發明實施例的親水化涂層完成后的微球結構如圖3所示。親水化涂層改性后的微球比表面積大于50m²/g，孔容大于0.6cm³/g。

步驟(2)中，催化劑可以是路易斯酸(例如三氟化硼、三氟乙酸或三氟磺酸等)或鈰鹽(例如硝酸鈰等)，環氧功能性單體可以是環氧氯丙烷或乙酸環氧丙酯等。如圖4所示，加入催化劑、環氧功能性單體進行反應之后，可以加入KOH溶液以水解鹵代物或者酯類，得到帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球。

步驟(3)中，離子交換功能性單體可以是含離子交換功能基團的鹵代物單體，如圖5所示，具體可以是氯乙酸、氯磺酸或N,N-二甲基氯乙基胺。

以下通過實施例詳細說明本發明的技術方案和效果，應當理解，實施例僅是示例性的，不能理解為對本發明保護范圍的限制。

實施例一

如圖2所示，本實施例的離子交換分離純化微球材料的制備方法包括如下步驟，聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球親水化涂層的制備，具體是：

1、取10g粒徑30μm的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在100mL二氧六環/水(體積比1：1)中，超聲攪拌使其均勻分散后，加入10g聚乙烯醇溶液，在常溫下攪拌3-5h。

2、反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用水進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重。

3、將干燥后的微球取10g再分散到100mL水中，超聲攪拌使其均勻分散后，加入0.5g戊二醛和10mL 4mol/L的KOH溶液，反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用水進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重，得到親水化涂層改性的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球。

實施例二

如圖2所示，本實施例的離子交換分離純化微球材料的制備方法包括如下步驟，聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球親水化涂層的制備，具體是：

1、取15g粒徑30μm的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在150mL二氧六環/水(體積比1：1)中，超聲攪拌使其均勻分散后，加入15g殼聚糖溶液，在常溫下攪拌3-5h。

2、反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用水進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重。

3、將干燥后的微球取15g再分散到150mL水中，超聲攪拌使其均勻分散后，加入0.75g戊二醛和10mL 4mol/L的KOH溶液，反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用水進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重，得到親水化涂層改性的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球。

實施例三

如圖4所示，本實施例的離子交換分離純化微球材料的制備方法包括如下步驟，親水化涂層改性完后，帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球的制備，具體是：

1、取10g粒徑30μm的親水性聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在100mL二氧六環中，超聲攪拌使其均勻分散后，加入2.5g環氧氯丙烷，充分溶解后在0℃下滴加0.05g三氟化硼反應1h。

2、在0℃下反應1h后，再升至35℃反應12h，反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用二氧六環水溶液進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重。

3、將干燥后的微球取10g再分散到100mL 1mol/L的KOH水溶液中，超聲攪拌使其均勻分散后，升溫至60℃，反應12h，反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用水進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重，得到帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球。

實施例四

本實施例的離子交換分離純化微球材料的制備方法包括如下步驟，親水化涂層改性完后，帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球的制備，具體是：

1、取15g粒徑30μm的親水性聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在150mL15g/L二氧六環水溶液中，超聲攪拌使其均勻分散后，加入6g乙酸環氧丙酯充分溶解后，在0℃下滴加0.18g硝酸鈰反應1h。

2、在0℃下反應1h后，再升溫至35℃反應12h，反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用二氧六環水溶液進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重。

3、將干燥后的微球取15g再分散到150mL 1mol/L的KOH水溶液中，超聲攪拌使其均勻分散后，升溫至60℃，反應12h，反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用水進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重，得到帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球。

實施例五

如圖5所示，本實施例的離子交換分離純化微球材料的制備方法包括如下步驟，帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球接枝相應功能團，得到高載量離子交換分離純化微球的制備，具體是：

1、將10g粒徑30μm的帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在100mL無水二氧六環中，緩慢加入氫化鈉粉末，在0℃下反應1h后，加入10g氯乙酸，在60℃下反應過夜。

2、待反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用二氧六環水溶液進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重，得到帶有乙酸功能團的親水性高載量陽離子交換分離純化微球。蛋白動態吸附載量為140mg溶菌酶(lysozyme)/mL。

圖6示出了本實施例制備的高載量離子交換分離純化微球材料的電子顯微鏡照片。

實施例六

如圖5所示，本實施例的離子交換分離純化微球材料的制備方法包括如下步驟，帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球接枝相應功能團，得到高載量離子交換分離純化微球的制備，具體是：

1、將15g粒徑30μm的帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在150mL無水二氧六環中，緩慢加入氫化鈉粉末，在0℃下反應1h后，加入15g氯磺酸，在60℃下反應過夜。

2、待反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用二氧六環水溶液進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重，得到帶有磺酸功能團的親水性高載量陽離子交換分離純化微球。蛋白動態吸附載量為160mg溶菌酶(lysozyme)/mL。

實施例七

如圖5所示，本實施例的離子交換分離純化微球材料的制備方法包括如下步驟，帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球接枝相應功能團，得到高載量離子交換分離純化微球的制備，具體是：

1、將20g粒徑30μm的帶有多羥基結構高分子鏈的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球分散在200mL無水二氧六環中，緩慢加入氫化鈉粉末，在0℃下反應1h后，加入20g N,N-二甲基氯乙基胺，在60℃下反應過夜。

2、待反應完全后，用相應規格的砂芯漏斗過濾，用二氧六環水溶液進行清洗，清洗完全后在60℃恒溫下干燥至恒重，得到帶有季胺功能團的親水性高載量陰離子交換分離純化微球。蛋白動態吸附載量為90mg BSA/mL。

進一步地，本發明的實施例還包括，上述各實施例的各技術特征，相互組合形成的高載量離子交換樹脂的制備方法。

以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。