[发明专利]基于模板法制备大孔硅胶微球的方法及其应用

说明书

本发明提供了一种基于模板法制备大孔硅胶微球的方法，包括将聚合物微球模板与结构导向剂、硅胶前驱体、以及碱性催化剂混合，水解缩合形成有机聚合物与二氧化硅的复合微球；将上述所形成的复合微球在空气中400‑700℃的条件下煅烧后得到大孔二氧化硅微球。采用本发明的方法制备的硅胶微球具有单分散和大孔结构的特点，对所制备的大孔硅胶微球进行表面修饰，例如进行C18（十八烷基二甲基氯硅烷）键合修饰，可制备高效液相色谱固定相，应用于生物医药的分离分析以及环境和食品检测等领域。

技术领域

本发明属于无机材料领域，涉及一种大孔硅胶微球，具体来说是一种基于模板法制备具有单分散和大孔结构的球形硅胶微粒的方法及其应用。

背景技术

高效液相色谱（HPLC）已发展成为生物医学、化学化工、食品卫生、环境保护等领域中最常用的分离分析手段之一。色谱柱和色谱柱填料常常被认为是HPLC的核心，它决定着色谱分析分离的最终效果。以硅胶为基质的固定相是目前应用最为广泛的高效液相色谱填料， 这主要是因为硅胶具有良好的机械强度，稳定的形貌、孔结构和比表面积，以及其表面含有丰富的硅羟基可以很容易地进行表面化学键合和修饰等特点。硅胶的粒径大小、孔径分布、比表面积等是影响HPLC分离效果的重要因素；色谱填料的孔径尤其会影响色谱填料对不同大小分子的分离性能。近年来， 5微米以上甚至亚微米（1.5-2μm）级多孔和核壳结构硅胶微球由于其快速和高效的分离分析特点而受到青睐。用于快速分析生物大分子的超纯硅胶固定相主要是依赖粒度为1～3μm的无孔硅胶颗粒为基质。这类固定相由于表面无孔，消除了溶质在固定相上的滞留流动，因而分离速率明显加快；它的不足之处在于柱容量较小。针对蛋白质、核酸等生物大分子的分离，在填料设计上应该使其具有较大的孔径，使这些大分子容易扩散到孔内与其中的固定相发生作用，达到较高的分离度。鉴于此，本发明着力探索制备2微米左右大孔二氧化硅微球的有效方法，以满足日益增长的生物医药大分子高效液相色谱分离分析的需求。

模板法在合成形貌可控的无机材料方面具有非常广泛的应用。在合成介孔二氧化硅材料领域，使用的模板主要有离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、有机聚合物微球等。模板法结合不同的结构导向剂，将无机氧化物前驱体引入模板内，进行水解聚合等反应可以形成结构可控的无机材料。用模板法制备的有机无机复合材料，再通过不同的方法除去模板剂，保留无机骨架，可得到不同孔结构的无机材料。Meyer 等【Meyer U， Larsson A，Hentze H. et al. Adv Mater， 2002， 14:1768】报道用亲水的多孔聚苯乙烯-二乙烯苯微球做模板合成了二氧化钛和二氧化硅微球。He 等【He J， Yang C L， Xiong X H. J PolymSci， A: Polym Chem， 2012， 50(14):2889】制备了直径为6-7μm的单分散多孔硅胶微球，他们利用乙二胺修饰的聚甲基丙烯酸酯微球【poly(glycidyl methacrylate-ethyleneglycol dimethacrylate) (PGMA-EDMA)】作模板并且在四正丁基溴化铵作用下产生的硅溶胶反应，所得硅胶微球基本保持了原来聚合物微球的尺寸。最近， Xia 等【Xia H J， Wan GP， Zhao J L， et al. J Chromatogr A， 2016， 1471:138】对He 的方法进行了一些修改，他们用四乙烯五胺代替乙二胺，得到较大孔（52 nm）硅胶微球，并且在C18键合修饰后得到了较好的蛋白质分离效果。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种基于模板法制备大孔硅胶微球的方法，所述的这种基于模板法制备大孔硅胶微球的方法要解决现有技术中制备的高效液相色谱用硅胶微球孔径不够大和均匀差的技术问题。

本发明提供了一种基于模板法制备大孔硅胶微球的方法，包括如下步骤：

1)将聚合物微球模板与结构导向剂、硅胶前驱体、以及碱性催化剂混合，水解缩合形成有机聚合物与二氧化硅的复合微球；