[发明专利]一种尺寸均一的小粒径超大孔聚合物微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物微球及其制备方法，具体涉及一种小粒径且粒径均一可控的超大孔聚合物微球及其制备方法。

背景技术

随着生物技术的发展，大量的生物大分子如蛋白质、多肽和核酸等需要进行分离、分析和纯化。柱层析是生物大分子分离纯化的重要手段，而分离介质为柱层析的核心，所以分离介质的发展成为各国关注的焦点，也获得了快速发展。

由于生物大分子在分子结构、理化性质及生物活性等方面的复杂性和多样性，对分离介质提出了更高的要求，希望能够获得快速、高效的分析、分离。然而，一般的多孔介质是利用交联聚合物的非良溶剂之间的相分离而形成孔道，这种机理形成的孔径为纳米级由于孔径较小，流动相在孔道内的传质过程主要依靠分子扩散完成，导致生物大分子的传质速度慢、分离时间长，活性和收率下降。

为了克服常规小孔介质的不足，研究人员提出使用具有双孔道的超大孔合成分离介质，其超大孔(大于生物大分子直径的10至20倍)可以允许生物大分子快速出入，可大幅度提高蛋白质类生物大分子的分离速度，小孔(扩散孔)则可以提供足够高的比表面积，大大提高介质的吸附容量。

1991年，Regnier等提出具有双孔道结构的灌注色谱(Perfusion Chromatography)介质，并在Nature上发表了相关论文。由于以灌注色谱介质为代表的双孔道超大孔合成聚合物介质在生物大分子分离纯化中的良好应用前景，使其制备和应用研究一直受到国内外研究者的高度重视，也发展了以下几种致孔方法：

(1)以聚合物为致孔剂的悬浮聚合法，该方法是用可溶性聚合物代替常用的液体致孔剂。随着液滴内单体的聚合，新生成的交联聚合物和致孔剂聚合物之间产生相分离，聚合结束后萃取出致孔剂聚合物即可得到较大的孔径；但其缺点是两种聚合物间的相分离难度较大，很难在合成介质内形成贯穿的大孔，而且致孔剂聚合物也很难萃取干净。

(2)纳米颗粒凝聚法，已商品化的POROS灌注色谱介质就是用该方法制备的，并且已经应用于蛋白质等生物大分子的分离纯化中，显示了分离速度快、柱容量高和产率高等优点。POROS介质具有两类孔：的贯穿孔(through pores)和的扩散孔(diffusion pores)。在分离应用时贯穿孔内的流动相以对流形式流动，传质速度快(如图1b所示)；而扩散孔则可以提供足够高的比表面积，保证了介质的吸附容量。然而，POROS介质是采用纳米级颗粒“粘结”成簇、聚集成团，进而形成微米级颗粒的方法来制备的，因此，通过控制纳米颗粒间的不规则聚集状态来控制孔径比较困难，造成产品批次间重复性较差、收率低等问题。

(3)高内相乳液聚合法(polyHIPE，high internal phase emulsion polymer)。介质制备时将大量的水以水滴的形式分散在单体内(水相体积超过70％)制成W/O型高内相乳液(HIPE)，再通过选取合适的稳定剂把高内相乳液分散在外水相中，制成复乳。聚合后，介质中就形成相互贯穿的大孔(图2)。这种名为Magnapore的介质特征是孔径较大(1-50μm)，密度低(0.05-0.2g/cm3)，孔隙率高(70％以上)。但正由于其孔径大，虽然在孔壁上也制备出小孔，但比表面积仍然很低(2-30m2/g)，而且介质的机械强度较弱。另外，70％的高内水相的复乳在聚合过程中的稳定性较差，必须严格控制配方和聚合过程才能制备成功。

(4)以无机颗粒为致孔剂的方法：天津大学的孙彦课题组克服了上述制备法的难点，以无机颗粒为致孔剂，制备出了既含有10-90nm微孔，又含有180-4000nm超大孔的介质，介质的比表面积为91.3m²/g，并且研究发现要得到贯穿的大孔径，无机颗粒的体积含量应为10-40％。该方法虽然可以将亲水性无机颗粒包埋在亲水性琼脂糖中达到很高的包埋率，但多数合成高分子材料(如聚苯乙烯等)与无机颗粒之间的相容性差，要将大量的无机颗粒包埋在合成高分子材料内达到较高的包埋率仍然是一个很难解决的问题。

(5)复乳化法(double emulsification)：Gustavsson等为制备超大孔琼脂糖介质，研究发展出复乳化法。孙彦等也用这种方法制备出微孔为20-100nm，超大孔为300-4000nm，比表面积为52.1m²/g的合成介质。这种方法原理上与高内相乳液聚合法相同，需要两步乳化过程，而且制备初乳时其搅拌速率高达8000rpm，如果要进行大规模生产，初乳的制备及其稳定性等会有一定的难度。