專利名稱：一種超支化改性分子印跡聚合物及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及分子印跡技術領域，特別涉及一種超支化改性分子印跡聚合物，還涉及所述超支化改性分子印跡聚合物在微流控芯片中的應用。
背景技術：
微流控芯片技術是指采用微細加工技術，在一塊幾平方厘米的芯片上制作出微通道網絡結構和其他功能單元，并將進樣、預處理、生物與化學反應、分離和檢測等基本操作集成在芯片上進行的一門新技術。它充分體現了 21世紀分析設備微型化、集成化和便攜化的發展趨勢，并已成為生物、化學等諸多學科的研究熱點和發展前沿，廣泛應用于氨基酸、DNA及其限制片段、聚合酶反應、免疫分析、單細胞分離等領域。超支化聚合物具有其獨特的支化分子結構，分子之間無纏結，并且含有大量的末 端官能團，因此表現出高溶解度、低粘度、高的化學反應活性等許多線型聚合物所不具有的特殊性能，在表面改性和共混改性聚合物、涂料領域、藥物載體方面等有極好的應用。分子印跡技術是指制備對某一特定分子具有特異性選擇的聚合物的過程。模板分子與聚合物單體接觸時會形成多重作用點，通過聚合過程這種作用會被記錄下來，當模板分子去除后，聚合物中就行成了與模板分子空間構型匹配的具有多重作用點的空穴，這樣的空穴將對模板分子及其類似物具有極好的選擇識別性。現有技術中，單純使用分子印跡聚合物改性芯片不能完全拆分手性氨基酸，并且分子印跡聚合物與微流控芯片微通道內壁的接枝也是個難題。
發明內容
為了解決以上單純使用分子印跡聚合物改性芯片不能完全拆分手性氨基酸，并且分子印跡聚合物與微流控芯片微通道內壁的接枝的難題，本發明提供了一種與微流控芯片微通道內壁易接枝的超支化改性分子印跡聚合物。本發明還提供了所述的超支化改性分子印跡聚合物在微流控芯片中的應用。一種超支化改性分子印跡聚合物，是由模板分子、功能單體、交聯劑、引發劑、催化劑和端羥基超支化聚合物組成。所述的超支化改性分子印跡聚合物，所述改性超支化聚合物為經丙烯酸改性的超支化聚胺酯。所述的超支化改性分子印跡聚合物，所述的端羥基超支化聚胺酯是通過以下步驟得到的
由以下步驟制備而成
(1)取等摩爾的二乙醇胺和丙烯酸甲酯，加入甲醇，混合均勻后加入反應器中，升溫至35 °C保持4 h，得到N，N-二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯；
(2)將N，N-二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯、對甲苯磺酸和三羥甲基丙烷加入反應器中，通氮氣，攪拌溶解，升溫至85 °C，攪拌24 h，
當三羥甲基丙烷與N，N- 二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯的摩爾比為I :9時，得到G2代端羥基超支化聚胺酯聚合物；當三羥甲基丙烷與N，N- ニ羥こ基-3-胺基丙酸甲酯的摩爾比為I :21時，得到G3代端羥基超支化聚胺酯聚合物；
(3)將合成的超支化聚胺-酯聚合物(G2，G3)與過量丙烯酸加入有攪拌和冷凝回流的反應容器內，加入對苯ニ酚，適量對甲苯磺酸鈉做催化劑，85-90°C反應3h，將產物用大量去離子水沖洗至中性，真空干燥得到最終丙烯酸改性的超支化聚胺酷。所述的超支化改性分子印跡聚合物，原料配比為模板分子功能単體交聯劑弓丨發劑=1 mmol: 4 mmol: 16mmol: 2mmol,端輕基超支化聚合物Ig,催化劑占總質量的千分之 --O所述的模板分子為L-色氨酸，所述的功能單體為甲基丙烯酸，所述的交聯劑為ニ甲基丙烯酸こニ醇酯，所述的引發劑為偶氮ニ異丁臆。所述的超支化改性分子印跡聚合物，是通過以下步驟得到的
將模板分子、功能単體、交聯劑、引發劑和丙烯酸改性超支化聚合物使用超聲波溶解于こ腈中，得改性溶液。所述的超支化改性分子印跡聚合物在微流控芯片中的應用，包括以下步驟
(1)將PDMS微流控芯片在氧氣氛中氧化；
(2)將PDMS微流控芯片的微通道使用Y-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷改性；
(3)將所述的改性溶液注入PDMS微流控芯片的微通道內，60°C水浴中反應4h，即得。PDMS微流控芯片在氧氣氛中氧化步驟為在容器中加入NaOH水溶液和H2O2水溶液，將制作好的微流控芯片放入容器中，固定在液面以上氧化。所述的應用，Y-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷配制成質量分數為5%的甲醇溶液。所述的應用，NaOH水溶液的濃度為lmol/L，H2O2水溶液的質量濃度為30%，NaOH水溶液與H2O2水溶液的體積比為1:4。本專利中使用的硅烷偶聯劑Y-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷是ー種具有特殊結構的有機硅化合物。在其分子中同時具有能和無機質材料(如玻璃、硅砂、金屬等)化學結合的反應基團及與有機質材料(合成樹脂等)化學結合的反應基團。其中的Si-OCH3可以與經氧氣氛處理過的PDMS表面的硅羥基反應，環氧基可以與改性超支化聚合物中的羥基反應。改性超支化聚胺酯中的雙鍵在聚合形成分子印跡聚合物，以達到將分子印跡聚合物鍵合到在芯片內壁的效果。本發明的有益效果將端羥基超支化聚合物應用于改性分子印跡聚合物可以提高分子印跡聚合物對模板分子的吸附能力，解決單純使用分子印跡聚合物改性芯片不能完全拆分手性氨基酸的問題，也可以解決分子印跡聚合物與PDMS微流控芯片微通道內壁接枝的問題。
圖I G2、G3代端羥基超支化聚胺酯分子紅外光譜圖，
圖2傳統分子印跡聚合物改性PDMS微通道SEM照片，
圖3 G2代超支化分子印跡聚合物改性PDMS微通道SEM照片，
圖4 G3代超支化分子印跡聚合物改性PDMS微通道SEM照片，
圖5未經改性的微流控芯片分離D-色氨酸與L-色氨酸分離圖，圖6經傳統分子印跡聚合物改性的微流控芯片分離D-色氨酸與L-色氨酸分離圖，其中I為D-色氨酸,2為L-色氨酸，
圖7經G2代超支化型分子印跡聚合物改性的微流控芯片分離D-色氨酸與L-色氨酸分離圖，其中I為D-色氨酸，2為L-色氨酸，
圖8經G3代超支化型分子印跡聚合物改性的微流控芯片分離D-色氨酸與L-色氨酸分離圖，其中I為D-色氨酸，2為L-色氨酸。
具體實施例方式實施例I超支化改性分子印跡聚合物改性溶液
L-色氨酸甲基丙烯酸二甲基丙烯酸乙二醇酯偶氮二異丁腈=1 mmol:4 mmol: 16mmol:2mmol,丙烯酸改性超支化聚合物Ig,再加入占總質量千分之二的催化劑三氟化硼乙基醚，溶于IOml乙腈，超聲波除氣震蕩4小時后，制得改性基礎溶液。本實施例只是以模板分子L-色氨酸為例，也可以為其他模板分子，具體以想要分離的原料不同而不同，超支化改性分子印跡聚合物并不僅僅限于這一種模板分子的。超支化改性分子印跡聚合物中使用的功能單體、交聯劑、引發劑和催化劑，可以是分子印跡聚合物領域常用的功能單體、交聯劑、引發劑和催化劑，并不僅僅限于上述實施例I中列舉到的這幾種。在本具體實施方式
中，具體以模板分子為L-色氨酸為例說明超支化聚合物在分子印跡聚合物領域中的應用，但并不僅僅限于模板分子為L-色氨酸。本實施例中所使用的超支化聚合物為丙烯酸改性的超支化聚胺酯。丙烯酸改性的超支化聚胺酯的制備方法為現有技術，如采用以下制備方法得到的丙烯酸修飾的G2超支化聚胺酯或丙烯酸修飾的G3超支化聚胺酯
(I)制備G2代端羥基超支化聚胺酯聚合物
向250 mL三口瓶中通氮氣約10 min后，加入0. 2mol 二乙醇胺和IOml甲醇，混合物在室溫和持續的氮氣保護下，磁力攪拌直至二乙醇胺完全溶解。緩慢滴加0.2 mol丙烯酸甲酯，待滴加完成后，水浴升溫至40°C，保持4h，然后減壓蒸餾去除甲醇，得到N，N- 二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯一種無色透明油狀液體。向250 mL四口瓶中加入0.045 mol N，N-二羥乙基_3_胺基丙酸甲酯、0. 045 g對甲苯磺酸和0.005 mol三羥甲基丙烷，通氮氣10 min，攪拌待溶解后升溫至85 °C保持不變，攪拌反應24 h，再蒸餾除去反應中的甲醇和未反應的小分子化合物，即得G2代端羥基超支化聚胺-酯聚合物。其中，三羥甲基丙烷和N，N- 二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯的摩爾比為 I :9。(2)制備G3代端羥基超支化聚胺酯聚合物
向250 mL四口瓶中加入0.1 mol實施例I合成的N，N-二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯、0.0986 g對甲苯磺酸和0.004761 mol三羥甲基丙烷，通氮氣10 min，攪拌待溶解后升溫至85 1保持不變，攪拌反應24 h，再蒸餾除去反應中的甲醇和未反應的小分子化合物，即得G3代端羥基超支化聚胺-酯聚合物。其中，三羥甲基丙烷和N，N- 二羥乙基-3-胺基丙酸甲 酯的摩爾比為I :21，
將上述得到的G2代、G3代端羥基超支化聚胺酯聚合物進行IR表征，IR譜圖如圖I所示，超支化聚合物在3400cm-l處左右都有明顯的羥基吸收峰，表明所合成的超支化聚合物
中含有大量羥基。(3)制備丙烯酸改性的G2超支化聚胺酯
取5g G2超支化聚胺-酷與20ml丙烯酸加入帶有攪拌及冷凝分水裝置的三ロ燒瓶中，加入0.2g對苯ニ酚，適量對甲苯磺酸，在9(T95°C下反應3h后，自然冷卻。加入大量去離子水，靜止lh，體系分層，去除上層清液。用大量去離子水沖洗底部產物，直至洗滌液為中性為止。將產物低溫真空干燥后，得到棕褐色粘稠油狀液體，此產物即為丙烯酸改性的超支化聚胺酷。(4)制備丙烯酸改性的G3超支化聚胺酯 將實施例3中的G2代端羥基超支化聚胺-酯聚合物替換為G3代端羥基代超支化聚胺-酯聚合物，即得到丙烯酸改性的超支化聚胺酷。 實施例2超支化改性分子印跡聚合物在PDMS微流控芯片中的應用
(I)制備PDMS微流控芯片基片
用CAD軟件設計ー個具有三個液池的雙“T”型微流控芯片通道，進樣寬度設計為寬度為50 μ m ;分離通道設計寬度為50 μ m,長度4cm ;末端部連接通道設計寬度為200微米，長度1cm。按照CAD圖紙的設計，通過紫外曝光是SU-8膠固化，在硅片上制備陽模。PDMS預聚物和引發劑按質量比10 1的比例混合，真空脫氣，將混合物澆鑄在模具上，70°C固化lh，剝離模具得到含有與設計圖樣相同微通道的PDMS微流控芯片基片。(2) PDMS 芯片改性
①將PDMS微流控芯片基片在氧氣氛中氧化；
②將PDMS微流控芯片基片的微通道使用Y-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷改性；
③將所述的改性溶液注入PDMS微流控芯片基片的微通道內，60°C水浴中反應4h，即得。上述步驟①可為如下具體操作在250 mL試劑瓶中加入10 mL I mo I/L的NaOH和40mL (30%) H202，混合均勻，反應產生的氧氣立即充滿瓶子。將潔凈干燥的PDMS芯片置入瓶中液面以上固定，加蓋并在蓋上設一單向放氣閥門，然后避光保存，3d后取出與另ー干潔平整的PDMS蓋片封接，得到完成的PDMS微流控芯片。上述步驟②可為如下具體操作將質量分數5% Y-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷甲醇溶液在氮氣的壓カ下注入微通道內，放入110°c的烘箱反應40min后，用二次水反復沖洗微通道后用氮氣吹干，得到硅烷偶聯劑接枝改性的PDMS微流控芯片。分別使用實施例I中得到的丙烯酸改性的G2超支化聚胺酯和丙烯酸改性的G3超支化聚胺酯制備得到超支化改性分子印跡聚合物，并將其分別使用在PDMS微流控芯片中。測試例I
將上述實例2得到丙烯酸改性的G2超支化聚胺酯超支化分子印跡聚合物(以下簡稱G2超支化分子印跡聚合物)改性PDMS微流控芯片和丙烯酸改性的G3超支化聚胺酯超支化分子印跡聚合物(以下簡稱G3超支化分子印跡聚合物)改性TOMS微流控芯片進行接觸角和SEM表征。未經改性的PDMS的表面接觸角為108°，是高度疏水的，G2超支化分子印跡聚合物改性PDMS芯片的接觸角轉為90°，G3超支化分子印跡聚合物改性PDMS芯片的接觸角為84°。隨著超支化聚胺-酯代數的增加，接觸角越來越小，親水性越來越好，這是因為隨著超支化聚胺-酯代數的增加，其分子末端羥基的數量也不斷的增加，所以改性用的超支化聚胺-酯代數越大，改性后的PDMS微流控芯片親水性越好。G2超支化分子印跡聚合物改性PDMS芯片和G3超支化分子印跡聚合物改性PDMS的表面形貌SEM進行表征。圖2是未經改性分子印跡聚合物PDMS表面的SEM照片，圖3是G2超支化分子印跡聚合物改性PDMS芯片表面的SEM照片，圖4是G3超支化分子印跡聚合物改性PDMS芯片表面的SEM照片。圖2中分子印跡微球直徑較大，結構松散。圖3、圖4中分子印跡微球半徑變小，排布致密。測試例2
將磷酸氫二鈉和磷酸二氫鈉用二次水分別配成的溶液按一定比例混合，再用0. Olmol/L的氫氧化鈉和磷酸溶液進行精確調節pH為5的磷酸緩沖溶液,然后用0. 45 u m的微濾膜過濾,超聲脫氣IOmin,放入冰箱備用。
用二次去離子水將L-色氨酸和D-色氨酸配成0. 2mg/mL的溶液，然后用45Mm的微濾膜過濾，并用超聲波進行脫氣處理lOmin，放入冰箱中備用。使用紫外檢測，分離電壓8kV，檢測波長214nm。將上述實例2中得到的G2和G3超支化分子印跡聚合物改性PDMS芯片分別對色氨酸手形體進行拆分。圖5為未經改性的微流控芯片分離D-色氨酸與L-色氨酸分離圖，圖6為經傳統分子印跡聚合物改性的微流控芯片分離D-色氨酸與L-色氨酸分離圖，圖7為經G2代超支化型分子印跡聚合物改性的微流控芯片分離D-色氨酸與L-色氨酸分離圖，圖8為經G2代超支化型分子印跡聚合物改性的微流控芯片分離D-色氨酸與L-色氨酸分離圖。從圖5、6、7、8中可以看出，使用超支化分子印跡聚合物改性的微流控芯片分離D-色氨酸與L-色氨酸比未經改性的和使用普通分子印跡聚合物改性的微流控芯片的分離效果都好，其中G3超支化分子印跡聚合物改性的微流控芯片比G2超支化分子印跡聚合物改性的微流控芯片分離效果好。雖然上述實施例和檢測例中使用的超支化聚合物為丙烯酸改性的超支化聚胺酯，但并不僅僅限于此種丙烯酸改性的超支化聚胺酯，只要是其末端官能團能夠與Y -環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯劑能夠發生偶聯的超支化聚合物，均可使用在本發明的超支化分子聚合物中，只是限于篇幅的考慮，本說明書不可能一一列舉。以上實施例是對本發明進行的詳細的描述，其目的在于說明本發明的構思及特點，并不能以此限制本發明的保護范圍，凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種超支化改性分子印跡聚合物，其特征是由模板分子、功能單體、交聯劑、引發劑、催化劑和端羥基超支化聚合物組成。
2.根據權利要求I所述的超支化改性分子印跡聚合物，其特征是所述端羥基超支化聚合物為丙烯酸改性的超支化聚胺酯。
3.根據權利要求2所述的超支化改性分子印跡聚合物，其特征是所述的丙烯酸改性的超支化聚胺酯是通過以下步驟得到的 (1)取等摩爾的二乙醇胺和丙烯酸甲酯，加入甲醇，混合均勻后加入反應器中，升溫至35 °C保持4 h，得到N，N-二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯； (2)將N，N-二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯、對甲苯磺酸和三羥甲基丙烷加入反應器中，通氮氣，攪拌溶解，升溫至85 0C，攪拌24 h， 當三羥甲基丙烷與N，N- 二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯的摩爾比為I :9時，得到G2代端羥基超支化聚胺酯聚合物； 當三羥甲基丙烷與N，N-二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯的摩爾比為I :21時，得到G3代端羥基超支化聚胺酯聚合物； (3)將合成的端羥基超支化聚胺-酯聚合物與過量丙烯酸反應，加入對苯二酚和對甲苯磺酸鈉，85-90°C反應3h，得到丙烯酸改性的超支化聚胺酯。
4.根據權利要求I所述的超支化改性分子印跡聚合物，其特征是原料配比為模板分子功能單體交聯劑引發劑=1 mmol:4 mmol: 16 mmol: 2mmol,端輕基超支化聚合物lg,催化劑占總質量的千分之二，所述的模板分子為L-色氨酸，所述的功能單體為甲基丙烯酸，所述的交聯劑為二甲基丙烯酸乙二醇酯，所述的引發劑為偶氮二異丁腈，所述的催化劑為三氟化硼乙基醚。
5.根據權利要求I或2或4所述的超支化改性分子印跡聚合物，其特征是通過以下步驟得到的 將模板分子、功能單體、交聯劑、引發劑溶于乙腈中，溶解，得改性基礎溶液，將超支化聚合物和催化劑加入，溶解。
6.根據權利要求5所述的超支化改性分子印跡聚合物，其特征是模板分子、功能單體、交聯劑、引發劑溶于乙腈中，使用超聲波溶解。
7.—種權利要求1、2、3、4中任一項所述的超支化改性分子印跡聚合物在微流控芯片中的應用，其特征是包括以下步驟 (1)將PDMS微流控芯片在氧氣氛中氧化； (2)將PDMS微流控芯片的微通道使用Y-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷改性； (3)將所述的超支化改性分子印跡聚合物注入PDMS微流控芯片的微通道內，60°C水浴中反應4h,即得。
8.根據權利要求7所述的應用，其特征是PDMS微流控芯片在氧氣氛中氧化步驟為在容器中加入NaOH水溶液和H2O2水溶液，將制作好的微流控芯片放入容器中，固定在液面以上氧化。
9.根據權利要求7所述的應用，其特征在于Y-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷配制成質量分數為5%的甲醇溶液。
10.根據權利要求8所述的應用，其特征在于NaOH水溶液的濃度為lmol/L，H2O2水溶液的質量濃度為30%，NaOH水溶液與H2O2水溶液的體積比為1:4。·
全文摘要
本發明涉及分子印跡技術領域，特別涉及一種超支化改性分子印跡聚合物，包括模板分子、功能單體、交聯劑、引發劑、催化劑、超支化聚合物，、超支化聚合物為經丙烯酸改性的超支化聚胺酯。超支化改性分子印跡聚合物在微流控芯片中的應用將微流控芯片在氧氣氛中氧化；將微流控芯片的微通道使用γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷改性；將超支化改性分子印跡聚合物注入PDMS微流控芯片的微通道內，60℃水浴中反應4h。將超支化聚合物應用于改性分子印跡聚合物可以提高分子印跡聚合物對模板分子的吸附能力，解決單純使用分子印跡聚合物改性芯片不能完全拆分手性氨基酸的問題，也可以解決分子印跡聚合物與PDMS微流控芯片微通道內壁接枝的問題。
文檔編號C08F290/06GK102702447SQ20121021360
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月27日 優先權日2012年6月27日
發明者劉冰, 壽崇琦 申請人:濟南大學