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原子转移自由基聚合法制备接枝型琼脂糖介质 及接枝对吸附性能影响的研究

原子转移自由基聚合法制备接枝型琼脂糖介质 及接枝对吸附性能影响的研究. 报告人：王宏燕 导　师：史清洪 报告日期： 2013.9.7. 主要内容. Ⅰ 研究背景和意义. 色谱 是重要的纯化手段 ，色谱介质 研究 是核心. 介质：. 吸附容量高 传质速率快. 多孔介质. 大孔 / 超大孔. 接枝修饰. Ⅰ 研究背景和意义. 接枝型介质： 三维吸附空间 增大目标产物与配基的接触面积 长链的柔韧性减少空间位阻. 意义：. 研究接枝型介质并解释接枝影响介质吸附性能的机理，从而将其更好地用于生物分离纯化过程具有重要意义. Ⅱ 研究现状和存在问题.

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原子转移自由基聚合法制备接枝型琼脂糖介质 及接枝对吸附性能影响的研究

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  1. 原子转移自由基聚合法制备接枝型琼脂糖介质及接枝对吸附性能影响的研究原子转移自由基聚合法制备接枝型琼脂糖介质及接枝对吸附性能影响的研究 报告人：王宏燕 导　师：史清洪 报告日期：2013.9.7

  2. 主要内容

  3. Ⅰ研究背景和意义 色谱是重要的纯化手段，色谱介质研究是核心 介质： • 吸附容量高 • 传质速率快 多孔介质 大孔/超大孔 接枝修饰

  4. Ⅰ研究背景和意义 • 接枝型介质： • 三维吸附空间 • 增大目标产物与配基的接触面积 • 长链的柔韧性减少空间位阻 意义： 研究接枝型介质并解释接枝影响介质吸附性能的机理，从而将其更好地用于生物分离纯化过程具有重要意义

  5. Ⅱ研究现状和存在问题 接枝修饰方法：

  6. 研究现状和存在问题 • 2007年，本课题组的王冬梅用硝酸铈胺(ce4+)引发自由基聚合，将GMA接枝到超大孔纤维素介质的骨架上，制备触角式超大孔纤维素介质，用DEAE基团将介质修饰成阴离子吸附剂 （D.-M. Wang, Y. Sun. Biochemical Engineering Journal, 37 (2007) 332–337）

  7. 问题： • 自由基聚合的不足：单体自聚集、链终止，聚合物链长度不一，分子量不可控

  8. 研究现状和存在问题 • 2010年，本课题组Shi等在超孔琼脂糖色谱介质表面进行葡聚糖接枝改性，并磺酸化制得阳离子交换介质 De/D0values Langmuir parameters of lysozyme adsorption Q.-H. Shi et al. J. Chromatogr. A 1217 (2010) 5084–5091

  9. 问题： • 葡聚糖分子量较大，羟基的反应活性也不高，很难得到接枝量非常高的接枝介质 • 离子交换基团同时存在于葡聚糖链和琼脂糖基质，无法单独研究接枝层的影响

  10. 研究现状及存在问题 • 2013年，本课题组的余林玲将PEI 接枝于琼脂糖介质Sepharose FF 中，合成10 种具有不同离子交换容量（IC）的PEI 接枝型介质 • 研究IC（PEI 接枝密度）对吸附和传质的影响发现存在一个临界离子交换容量（cIC） L.-L. Yu et al. J.Chromatogr. A 1305 (2013) 76– 84

  11. 研究IS的影响，发现PEI 接枝介质的吸附容量对盐浓度的敏感程度低，两种IC>cIC 的PEI 接枝介质在很宽的盐浓度范围内均保持了较高的吸附容量和较高的传质速率，具有良好的NaCl耐受能力。 液相平衡浓度为 1.5 mg/mL时不同介质的固相BSA 吸附密度随盐浓度变化曲线 余林玲.天津：天津大学，2013.

  12. 问题： • PEI多位点结合，形态不一，部分活性位点被包埋 • 以IC作为接枝量的表征，对于接枝量没有精确的控制和表征，无法排除离子交换基团分布的影响 • 未从微观解析接枝影响介质吸附性能的机理

  13. 研究构想 • 采用新接枝方法，使接枝链长度均一，接枝密度、高度可控 • 研究接枝密度、高度对介质性能的影响，并解析机理 • 蛋白在单个介质粒子内部的传质现象及机理解释

  14. 新技术——原子转移自由基聚合法(ATRP) 近年发展起来的一种新型聚合技术， • 聚合物链相对分子量分布极窄，相对分子量可控，结构明晰 • 可聚合的单体多，反应条件温和易控制，易实现工业化生产

  15. Ⅲ研究内容和方案

  16. 研究内容 • 接枝型介质的制备－ATRP方法

  17. monomer • （甲基）丙烯酸（酯）类 如GMA SPM MAA DOBEMA

  18. 研究内容 • 测定介质的理化性质，如离子交换容量、湿密度、总孔隙率、有效孔隙率、粒径等 • 吸附平衡实验和吸附动力学实验：研究接枝对介质吸附容量和传质速率的影响 • 单个接枝介质内部的微观传质研究－共聚焦激光扫描显微镜CLSM

  19. 拟解决的关键科学问题 • 实现对介质孔道结构的精确控制——ATRP接枝 • 揭示接枝聚合物对介质吸附性能的影响，从而选取更好的接枝单体及接枝量以获得更优秀的介质。 • 聚合物接枝的介质粒子内部传质的微观现象及机理解释。

  20. 创新点 • 采用ATRP法合成聚合物链接枝的介质，实现对介质孔道结构的精密控制 • 研究多种单体进行接枝修饰得到的介质 • 采用CLSM不仅可以观测到蛋白分子在介质孔道轴向上的传质行为，亦可研究径向上的传质现象

  21. 研究计划

  22. 参考文献 [1]孙彦，生物分离工程（第二版），北京：化学工业出版社，2005. [2]A. M. Lenhoff, Protein adsorption and transport in polymer-functionalized ion exchangers. Journal of Chromatography A, 2011,1218(49): 8748. [3]余林玲，聚合物接枝荷电介质的蛋白质吸附和辅助复性研究：[博士学位论文]，天津：天津大学，2013. [4]Müller E. Comparison between mass transfer properties of weak-anion-exchange resins with graft-functionalized polymer layers and traditional ungrafted resins. J Chromatogr A, 2003, 1006(1–2): 229–240. [5]Ubiera AR, Carta G. Radiotracer measurements of protein mass transfer : Kinetics in ion exchange media. Biotechnol J, 2006, 1(6): 665–674 [6]贾国栋，蛋白质色谱过程强化的应用基础研究：[博士学位论文]，天津：天津大学，2009 [7] Krzyszt of Matyjaszewski, Jianhui Xia. Atom Transfer Radical Polymerization. Chemical Reviews, 2001, 101(9):2921−2990 [8] Hui Jiang and Fu-Jian Xu.Biomolecule-functionalized polymer brushes.Chemical Society Reviews, 2013,42(8):3394-3426 [9] Unsal E，Elmas B, et al . Preparation of an ion-exchange chromatographic support by a “grafting from” strategy based on atom transfer radical polymerization. Anal． Chem． ，2006， 78( 16) : 5868 -5875

  23. [10] Hemstrom P , et al .Atom-Transfer Radical Graft Polymerization Initiated Directly from Silica Applied to Functionalization of Stationary Phases for High-Performance Liquid Chromatography in the Hydrophilic Interaction Chromatography Mode . Anal.Chem. ，2006，78( 20) : 7098 -7103 [11]王婀娜等，原子转移自由基聚合法制备强阴离子交换色谱填料及其在蛋白质分离中的应用.化学学报，2010,68(23):2421. [12]王富强等.原子转移自由基聚合法制备新型亲水作用色谱固定相及其性能评价.分析化学,40(3):415 -420 [13] Xiaolei Qian , et al . Preparation of high-capacity, weak anion-exchange membranes by surface-initiated atom transfer radical polymerization of poly(glycidyl methacrylate) and subsequent derivatization with diethylamine. Applied Surface Science ,2013,271 :240–247 [14] R. Krishnan,et al . Controlled/“Living” Radical Polymerization of Glycidyl Methacrylate at Ambient Temperature. Macromolecules 2003, 36, 1769-1771. [15] Erdem Yavuz,et al. Poly(glycidylmethacrylate) brushes generated on poly(VBC) beads by SI-ATRP technique: Hydrazine and amino groups functionalized for invertase adsorption and purification. Journal of Chromatography B, 2009(877): 1479–1486. [16] F.J. Xu,et al . Surface functionalization of polycaprolactone films via surface-initiated atom transfer radical polymerization for covalently coupling cell-adhesive biomolecules. Biomaterials 2010(31) 3139–3147. [17]Shaojun Yuan,et al. Immobilization of Gelatin onto Poly(Glycidyl Methacrylate)-Grafted Polycaprolactone Substrates for Improved Cell–Material Interactions. Biointerphases ,2012,7(1-4):1-12.

  24. THANK YOU!

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