[发明专利]一种具有疏水性刷型聚合物涂层的色谱柱及制备和应用

说明书

一种用作色谱固定相的疏水性刷型聚合物涂层的制备方法及应用。所述的疏水性刷型聚合物涂层是基于表面引发原子转移自由基聚合技术(Surface Initiated Atomic Transfer Radical Polymerization,SI‑ATRP)，以疏水性烯类分子作为单体，在毛细管内壁原位、可控“生长”成密集的柔性聚合物链。与传统的毛细管内壁涂层相比，本发明的疏水性刷型聚合物涂层比表面积大，能够有效地改善分离效率，提高柱容量，且层厚及功能基团含量可控，从而易于调节分离性能。

技术领域

本发明涉及功能化材料及分离分析领域，包括疏水性刷型聚合物涂层及制备方法和在色谱分离领域的应用。

背景技术

蛋白质组学研究在揭示生命现象、寻找疾病靶标物等方面发挥了重要的作用，目前已成为后基因时代生命科学研究的热点之一(Mallick,P.,Nat.Biotechnol.,2010,28,695-709)。然而，蛋白质组学研究面临诸多挑战：(1)复杂生物体系中蛋白质种类繁多，并且很多蛋白质还存在异构体和翻译后修饰；(2)浓度动态范围很宽，很多低丰度蛋白质难以检测；(3)某些具有研究价值的样品量极低。因此，发展高分辨、高灵敏度的蛋白质分离技术刻不容缓。

纳升级液相色谱-电喷雾质谱联用技术具有耗样量少、分辨率高、灵敏度高等优点，目前被广泛用于蛋白质的分离鉴定，并逐步成为蛋白质组学研究的重要工具之一(LinC.W.,Anal.Chem.,2016,88,8484-8494)。其中，毛细管分离柱是关键部件之一。超细内径毛细管分离柱(内径小于20μm)能够在保证高效分离的情况下通过降低流动相的流速显著提高电喷雾质谱的离子化效率，从而提高质谱检测灵敏度(Smith,R.D.,Acc.Chem.Res.,2004,37,269-278)；同时增加毛细管分离柱的长度可以提高峰容量，从而提高对复杂样品的分析能力。因此，近期超长超细内径毛细管分离柱在蛋白质组分离鉴定领域备受关注。

根据固定相的不同，毛细管分离柱主要分为填充柱、整体柱和开管柱。其中毛细管开管柱以毛细管内表面涂层作为固定相，具有制备简单、通透性好、反压小、死吸附小等特点，特别适合痕量样品分析。根据涂层的性质分为硅涂层和聚合物涂层，其中硅涂层具有比表面积大、孔径可控性好等优点，但是暴露的硅羟基对分析物的死吸附是比较明显，另外材料的pH耐受范围有限(Forster S.,J.Chromatogr.A,2012,1265,88–94；Forster S.,J.Chromatogr.A,2013 1315,127–134)。聚合物涂层具有很好的pH稳定性、死吸附小、制备重现性好，因而在痕量样品分析方面更有优势。Karger等研究小组采用传统的自由基聚合技术成功地制备了苯乙烯基质固定相，获得了非常好的分离结果(LuoQ.,J.Chromatogr.A,2009,1216,1223-1231；Thakur D.,J.Chromatogr.A,2011,1218,8168-8174；Wang D.,Anal.Chem.,2011,83,2029-2037)。但是其比表面积小导致的分离效率低和载样量低限制了其更广泛应用，因而发展新型聚合物涂层技术是非常必要的。表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)技术是一种活性可控自由基聚合方法，可合成各种结构可控、相对分子量分布窄、功能多样的聚合物(Ayres,N.,Polym.Rev.,2011,51,138-162)，特别适合于可控地对基质表面改性，该方法制备的刷型涂层材料具有非常好的层厚可控性及均一性，同时，密集的聚合物刷能够显著增大涂层的比表面积，从而显著改善分离效率。

发明内容

表面引发ATRP技术制备的疏水性刷型涂层，具有结构可控、比表面积大、均一性好的特点。采用该材料为固定相的毛细管开管柱，能够提高上样量、改善柱效和制备的可控性、重现性以及分离效率。同时，结合超细内经毛细管柱与质谱兼容性好、灵敏度高的优势，发展了一种超长超细内径的毛细管柱，用于构建纳升级液相色谱-电喷雾质谱系统，以实现复杂蛋白质样品中低丰度蛋白质的超高灵敏度分析。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：