一种基于Janus微球的液相色谱固定相及其制备方法
阅读说明：本技术 一种基于Janus微球的液相色谱固定相及其制备方法 (Liquid chromatography stationary phase based on Janus microspheres and preparation method thereof ) 是由 张博 孙楷越 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：一种基于Janus微球的液相色谱固定相及其制备方法,涉及液滴微流控技术。基于Janus微球的液相色谱固定相,使用具有双面或多面结构的Janus微球作为色谱固定相,微球的每一面都具有不同的化学组成和色谱选择性。每个Janus微球都具有两个或两个以上的表面区域,可根据需要对每个表面区域的化学组成和性质进行调控。制备方法：根据分离需要,对Janus微球的化学组成进行设计,将每一相的反应前体与引发剂一同配制成对应的分散相溶液；在液滴微流控装置中,连续相的辅助下,均匀生成液滴并收集；引发液滴内反应前体的聚合反应,固化液滴形成Janus微球。可用于制备液相色谱,常规高效液相色谱,或用于纳流、微流液相色谱。(A liquid chromatogram stationary phase based on Janus microspheres and a preparation method thereof relate to a droplet microfluidic technology. The liquid chromatography stationary phase based on the Janus microspheres uses Janus microspheres with a double-faced or multi-faced structure as the chromatography stationary phase, and each face of the microspheres has different chemical compositions and chromatographic selectivity. Each Janus microsphere has two or more surface regions, and the chemical composition and properties of each surface region can be regulated and controlled as required. The preparation method comprises the following steps: designing the chemical composition of the Janus microspheres according to the separation requirement, and preparing a reaction precursor of each phase and an initiator into a corresponding dispersed phase solution; in the droplet microfluidic device, droplets are uniformly generated and collected with the aid of a continuous phase; polymerization of the reactive precursor within the droplets is initiated and the droplets are solidified to form Janus microspheres. Can be used for preparing liquid chromatography, conventional high performance liquid chromatography, or nano-flow or micro-flow liquid chromatography.)
技术领域
本发明涉及液滴微流控技术，尤其是涉及一种基于Janus微球的液相色谱固定相及其制备方法。
背景技术
高效液相色谱是对复杂样品进行分离分析的重要工具，而色谱固定相则是影响分离效果的核心。近年来，随着生命科学、药物研发等领域的高速发展，人们对复杂对象的分离分析需求也愈发提高。在色谱分离中，对于复杂样品，单一的固定相化学往往难以完成分离任务，需要多种固定相共同作用才能实现有效拆分。为此，人们发展混合模式固定相，能够产生两种或两种以上的保留机理，带来独特的选择性。但是，传统的混合模式固定相通常有着固定的化学结构，难以根据实际需求对选择性进行微调，从而限制其应用范围。二维色谱也是近年来针对复杂样品分离任务发展起来的新型色谱技术，但这通常需要较复杂的设备和较高的操作技巧，难以实现广泛的普及。
发明内容
本发明的目的在于为实现精准调控固定相选择性，解决难分离物质对的拆分问题，提供每个微球都具有两个或两个以上的表面区域，可根据需要对每个表面区域的化学组成进行调控，从而为色谱柱带来灵活可控选择性的一种基于Janus微球的液相色谱固定相及其制备方法。
所述基于Janus微球的液相色谱固定相，使用具有双面或多面结构的Janus微球作为色谱固定相，微球的每一面都具有不同的化学组成和色谱选择性。
每个Janus微球都具有两个或两个以上的表面区域，可根据需要对每个表面区域的化学组成和性质进行调控。
所述Janus微球的粒径为1～100μm，变异系数CV小于5％。
所述Janus微球可以是有机聚合物基质、无机材料基质，也可以是有机-无机杂化基质。
所述基于Janus微球的液相色谱固定相的制备方法，包括以下步骤：
1)根据分离需要，对Janus微球的化学组成进行设计，将每一相的反应前体与引发剂一同配制成对应的分散相溶液，其中反应前体的浓度为10～50wt％，引发剂的用量为1.0～5.0wt％；
2)在液滴微流控装置中，在连续相的辅助下，均匀生成尺寸为1～100μm的Janus液滴，并对液滴进行收集；
3)引发Janus液滴内反应前体的聚合反应，固化液滴形成Janus微球，随后采用溶剂对微球进行清洗和烘干。
在步骤1)中，所述反应前体的类型包括但不限于丙烯酸或甲基丙烯酸及其衍生物、含双键的可聚合烯烃、有机官能团取代的硅氧烷类化合物等。
在步骤2)中，所述液滴微流控装置可包括但不限于玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材质制成的微流控芯片，或多通道毛细管微流控装置；
所述连续相为与任一分散相均不互溶的溶剂，例如氟化油、硅油等，并添加含量为0.1～3wt％的表面活性剂稳定乳液；
在步骤3)中，所述固化液滴的方式可为光引发、热引发或其他酸碱催化反应等。
进一步地，可以通过调整分散相的流量，对Janus液滴和微球中每一相的占比进行精准控制。
本发明所述基于Janus微球的液相色谱固定相可以用于制备液相色谱，常规高效液相色谱，或用于纳流、微流液相色谱；
本发明所述基于Janus微球的液相色谱固定相的适用范围包括但不限于反相色谱、正相色谱、亲水相互作用色谱、离子交换色谱等。
本发明使用液滴微流控技术制备具有双面或多面结构的Janus微球，并将其应用于液相色谱固定相材料。每个微球都具有两个或两个以上的表面区域，可根据需要对每个表面区域的化学组成进行调控，从而为色谱柱带来灵活可控选择性，组成Janus微球的每个半球可以是有机聚合物基质、无机材料基质，也可以是有机-无机杂化基质，通过该技术得到的Janus微球固定相其尺寸均匀可控、化学组成灵活可调，可以实现色谱选择性的精准控制，能够根据分离的实际需求设计合适的色谱固定相，从而达到理想的分离效果，用于复杂样品或难拆分物质对的有效分离。可广泛应用于高效液相色谱固定相领域。
附图说明
图1为液滴微流控芯片示意图。
图2为实验装置示意图。
图3为实施例1所述Janus液滴的光学显微镜图像。
图4为实施例1所述Janus微球的扫描电镜图像。
图5为实施例2所述Janus微球的荧光显微镜图像。
图6为实施例4所述Janus微球固定相的色谱分离结果。
图中各标记为：1.连续相液流通道、2.分散相液流通道、3.液滴微流控芯片、4.Janus液滴收集管路、5.紫外曝光装置、6.Janus微球收集容器。
具体实施方式
下面结合附图和几种可选实施例对本发明进一步说明。需要指出：本发明并不局限于以下实施例。以下实施例中的任何技术特征和实施方案均为多种可选技术特征和多种可选实施方案中的一种或几种。为描述简便需要，本文件无法穷举本发明所包含的所有可替代技术特征和实施方案，因此本领域的技术人员应知晓，本实施例内的任何技术特征和实施方案均不限制本发明的保护范围，该保护范围包括所有本领域技术人员不付出创造性劳动所采取的任何替代技术特征和实施方案。具体来说，将本发明中的任意技术特征进行替换或将本发明提供的任意两个及以上技术特征进行相互组合所得到的实施方案均应在本发明的保护范围内。实施例中未注明具体技术和条件者，按照本领域内文献所描述的技术和条件或按照产品说明书进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购得到的常规产品。
实施例1：
根据以下方案配制连续相及分散相溶液。
连续相：选用嵌段共聚物型氟取代表面活性剂PFPE2-PEG，配制质量分数为2.0wt％的FC-40溶液作为连续相，并使用0.22μm滤膜过滤固体杂质；
分散相A：选用纯水作为溶剂，20wt％聚乙二醇二丙烯酸酯作为反应前体，并加入1wt％光引发剂TPO，溶解后使用0.22μm滤膜过滤固体杂质；
分散相B：选用ACN作为溶剂，20wt％乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯作为反应前体，并加入1wt％光引发剂TPO，溶解后使用0.22μm滤膜过滤固体杂质。
使用如图1所示的PDMS微流控芯片作为液滴生成装置，将上述连续相和分散相溶液装载于1mL注射器中，并通过精密注射泵(Harvard Pump 11Pico Plus Elite)经连续相液流通道1和分散相液流通道2将液体注入液滴微流控芯片3生成液滴。收集到的液滴通过紫外曝光装置5在365nm紫外光照射下进行固化，通过Janus液滴收集管路4收集至Janus微球收集容器6。实验装置示意图如图2所示。
实验中，通过注射泵对流量进行控制，连续相流量Qcont＝2μL·min-1，分散相流量QA＝0.5μL·min-1和QB＝0.5μL·min-1。液滴的生成过程如图3所示。紫外光固化后，使用乙醚和甲醇清洗微球，并在50℃下真空干燥24h，最终得到Janus微球。Janus微球通过扫描电子显微镜进行表征，表征结果如图4所示。
实施例2：
根据以下方案配制连续相及分散相溶液。
连续相：选用嵌段共聚物型氟取代表面活性剂PFPE2-PEG，配制质量分数为2.0wt％的FC-40溶液作为连续相，并使用0.22μm滤膜过滤固体杂质；
分散相A：选用纯水作为溶剂，20wt％聚乙二醇二丙烯酸酯作为反应前体，并加入1wt％光引发剂TPO，溶解后使用0.22μm滤膜过滤固体杂质；
分散相B：选用DMC作为溶剂，20wt％乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯作为反应前体，并加入5wt％荧光素和5wt％光引发剂TPO，溶解后使用0.22μm滤膜过滤固体杂质。
控制连续相流量Qcont＝2μL·min-1，分散相总流量Qdisp＝μL·min-，并控制QA:QB比例为1︰3、1︰1和3︰1，得到具有不同两相体积比的Janus液滴。紫外光固化后，使用乙醚和甲醇清洗微球，并在50℃下真空干燥24h，最终得到Janus微球。具有不同表面区域占比的Janus微球通过激光共聚焦荧光显微镜进行表征，表征结果如图5所示。
实施例3：
根据以下方案配制连续相及分散相溶液。
连续相：选用嵌段共聚物型氟取代表面活性剂PFPE2-PEG，配制质量分数为2.0wt％的FC-40溶液作为连续相，并使用0.22μm滤膜过滤固体杂质；
分散相A：选用纯水作为溶剂，20wt％丙烯酰胺、20wt％聚乙二醇二丙烯酸酯作为反应前体，并加入1wt％光引发剂TPO，溶解后使用0.22μm滤膜过滤固体杂质；
分散相B：选用DMC作为溶剂，40wt％三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯作为反应前体，并加入5wt％光引发剂TPO，溶解后使用0.22μm滤膜过滤固体杂质。
通过注射泵控制连续相流量Qcont＝1μL·min-1，分散相流量QA＝0.25μL·min-1和QB＝0.25μL·min-1，生成Janus液滴。紫外光固化后，使用乙醚和甲醇清洗微球，并在50℃下真空干燥24h，最终得到Janus微球。
实施例4：
对实施例1制备的Janus微球固定相进行色谱分离测试。将上述制备的Janus微球分散在甲醇中，配制成20mg/mL的匀浆液，随后使用高压泵将Janus微球填入150μm内径的弹性石英毛细管，制成长度为10cm的毛细管色谱柱。
分离实验在纳流液相色谱仪上进行。实验中采用等度洗脱，流动相条件为60％ACN，流量为750nL/min；样品分子包括N,N-二乙基乙酰胺、硫脲、苯乙酮、苯甲醚、乙苯，其浓度均为2.0mg/mL，上样量为4nL；采用214nm紫外检测器在线检测。色谱分离结果如图6所示。
本发明实现精准调控固定相选择性，解决难分离物质对的拆分问题，本发明提出一种基于Janus微球的新型液相色谱固定相及其制备方法。利用液滴微流控技术，合成具有双面或多面结构的Janus微球，通过控制分散相中反应前体的种类和分散相流量比，能够分别对Janus微球的每个表面区域的组成和占比进行调控。通过该方法制备的Janus微球有着尺寸均匀可控、化学组成灵活可调的特点，作为色谱固定相时能够实现色谱选择性的精准控制，能够根据分离的实际需求设计合适的色谱固定相，从而达到理想的分离效果。
对上述所公开实施例的说明，是为使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员将是显而易见的。本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。