CN100342958C

CN100342958C - 一种手性分子印迹纤维复合膜及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN100342958C
Application number: CNB2005100309586A
Authority: CN
Inventors: 许振良; 杨座国; 魏永明; 杨虎
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2025-11-02
Also published as: CN1772356A

Abstract

本发明公开了一种手性分子印迹纤维复合膜及其制备方法和应用。所获得的手性分子印迹复合膜，具有很好的识别选择性，如以L-DBTA为模板分子，只对L-DBTA，对其它化合物的识别选择性较小，对外消旋的L，D-DBTA溶液，其分离因子可达到2.7。改变模板分子，可以用来拆分多种外消旋化合物。

Description

一种手性分子印迹纤维复合膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种分子印迹复合膜的制备方法，具体地说，本发明涉及一种手性分子印迹复合膜的制备方法。

背景技术

分子印迹技术(Molecular Imprinting Technique)是利用分子印迹聚合物对印迹分子立体结构与形状具有的“记忆”功能进行特定分子识别的一种技术，因此具有预定性和识别性，自1993年Mosbach等在《Nature》上发表了有关可以分离茶碱分子印迹聚合物报道以来，得到了迅速发展，成为化学、生物学、高分子材料、医学等学科的交叉领域，在色谱固定相、固相萃取、膜分离、免疫分析、抗体模拟、仿生物传感器、催化剂和合成酶等方面表现出良好的应用前景。

以手性化合物作为印迹分子的分子印迹技术是MIT的一个重要分支，称为手性分子印迹技术，它利用手性分子印迹聚合物对手性印迹分子的“记忆”功能进行手性识别，是近年来手性分离领域具有应用和开发价值的一种新技术。

通过高分子聚合物膜表面化学接枝或改性的方法可以得到不同分离性能的膜材料。以微滤或超滤膜作为支撑体，将分子印迹聚合物接枝到膜的表面，可以获得对特定印迹分子具有识别作用的不对称复合膜。Nidal等通过光聚合的方法在溶剂中将3’，5’-环腺苷酸分子印迹聚合物接枝到聚偏氟乙烯超滤膜表面，制备出了对3’，5’-环腺苷酸分子具有识别特性的分子印迹复合膜。

通常，分子印迹复合膜的制备步骤可分为三步：首先将印迹分子以及适量的功能单体溶解在溶剂中，使印迹分子和功能单体充分结合；其次通过一定的方法固定于基膜表面，再在一定温度或紫外光照条件下聚合形成表面印迹聚合物；最后洗脱印迹分子，形成具有基膜支撑的表面手性印迹聚合物膜。

Nidal等制备的复合膜是以非手性化合物为印迹分子制备的分子印迹复合膜，如果改用手性化合物作为印迹分子来制备手性分子印迹复合膜，则是一种新的制备方法，可以将膜分离技术的条件温和、操作简单、易于连续化等特点与手性分子印迹技术的手性识别性能结合起来，实现快速、便捷的手性化合物的分离。

一般情况下，要得到理想的具有基膜支撑且具有手性选择性的膜是比较困难的，主要有如下因素的影响：1)基膜材料的选择；2)分子印迹聚合物的制备；3)复合条件的确定。

目前，手性拆分方法大多限于分析，用于工业生产的方法不多，而且具有很大的局限性。一般来说，一种特定的手性拆分方法只对某种手性化合物的拆分有效，而对其它手性化合物的拆分无效，共享性差，难以连续化操作，成本相对较高，拆分过程往往存在很大的盲目性(如对手性拆分配体试剂的选择)。

手性分子印迹复合膜将对手性分子的识别性、特定性和膜的可连续化操作、通量大等特点结合起来，制备具有手性拆分性能的复合膜，是一种潜在的、高效的、新型的手性拆分手段，可以减少选择手性配体时的盲目性，使手性拆分连续化操作。另外，由于手性分子印迹复合膜的复合层具有特殊识别性能的“空腔结构”，因此其分离性能与其它表面改性所得到的复合膜完全不同，选择性更高。

因此，研究开发一种手性分子印迹纤维复合膜的制备方法，将具有十分重要的意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一种手性分子印迹纤维复合膜及其制备方法和应用，以满足有关方面的需要。

本发明的方法包括如下步骤：

(1)膜表面涂覆热引发剂：

将高分子纤维膜与含有引发剂的溶液接触，然后晾干，获得膜表面涂覆有热引发剂的高分子纤维膜；

所说的高分子纤维膜为中空纤维膜或平板超滤纤维膜，膜材料选自聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺或纤维素或及衍生物等中的一种；

所说的中空纤维基膜最好具有如下的性能参数：

外径(μm)	1000～1400
外径(μm)	1000～1400	壁厚(μm)	200～300
孔隙率，％	80～90	壁厚(μm)	200～300
孔隙率，％	80～90	纯水通量，L/m².h	200～300

所说的含有引发剂的溶液中，引发剂的质量百分比含量为0.05～10％；

所说的引发剂包括偶氮二异丁腈、苯甲酰过氧化物、苯甲基二甲基缩醛、偶氮二甲基戊腈、4，4-偶氮(4-腈基戊酸)或过硫酸铵等中的一种；

所说的溶剂包括乙腈或环己烷等中的一种或其混合物；

(2)手性分子印迹复合膜的制备：

将涂膜液涂覆于步骤(1)所得到的膜表面涂覆有热引发剂的高分子纤维膜表面，沥干，真空干燥，获得手性分子印迹复合膜前躯体；

真空度为-0.09～-0.005MPa，温度为0～90℃，时间为4～72小时。

涂膜液中，组分和质量百分比含量为：

手性化合物 0.25～10％

功能单体 1％～15％

交联剂 5％～75％

溶剂 10％～85％。

所说的手性化合物选自二苯甲酰-L-酒石酸、D-色氨酸、左旋氧氟沙星、右旋氧氟沙星或其它手性化合物对映体中的一种；

所说的功能单体选自丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、4-乙烯吡啶或苯乙烯等；

所说的交联剂选自乙二醇二甲基丙烯酸酯、四亚甲基二甲基丙烯酸酯、1，4-苯醚二丙烯酰胺、N，N-1，3-苯撑双(2-甲基-2-丙烯酰胺或三甲基丙烷三甲基丙烯酸酯等。

所说的交联剂均可采用市售产品；

所说的溶剂选自乙腈、环己烷等或其混合物；

(3)模板分子的洗脱：

将步骤(2)的手性分子印迹复合膜前躯体置于洗脱剂中洗涤，直至手性化合物洗掉为止，获得本发明的具有手性识别分子印迹复合膜；

所说的洗脱剂为体积百分比0.05～15％的醋酸/甲醇溶液。

在上述制备方法中，基膜表面涂覆引发剂和涂覆涂膜液的先后顺序可以调换。基膜为聚合物高分子膜，在进行表面热聚合之前最好预先清洗处理，并烘干处理。

采用上述方法所获得的手性分子印迹复合膜，基膜表面形态在表面聚合前后发生了较大的变化，未经表面聚合的基膜表面致密而且光滑，而经过表面聚合后，出现层叠交联状层；未经表面聚合的基膜皮层很薄，而经过表面聚合之后，皮层明显增厚。利用SEM可以测定手性分子印迹复合膜皮层厚度约3.0μm。从洗脱后的膜表面形态来看，明显出现许多尺寸在200nm以下的空穴，而且可以看出空穴之内还有空穴，具有三维的立体空穴网状结构。最大空穴直径也在200nm以下。孔隙率约为7×10⁶个/m²。

利用本发明提供体系引发剂溶液及涂膜液配比及制膜工艺，通过改变模板分子，可制备出多种多样识别性能的分子印迹复合膜，可以用来拆分多种外消旋化合物。

利用上述方法所获得的手性分子印迹复合膜，具有很好的识别选择性，如以L-DBTA为模板分子，只对L-DBTA，对其它化合物的识别选择性较小，对外消旋的L，D-DBTA溶液，其分离因子可达到2.7。

附图说明

图1为表面聚合前基膜外表面形态SEM电镜图。

图2为表面聚合前基膜截面SEM电镜图。

图3为手性分子印迹复合膜前躯体的表面形态SEM电镜图。

图4为手性分子印迹复合膜前躯体的截面SEM电镜图。

图5为表面聚合前基膜表皮SEM电镜图。

图6为手性分子印迹复合膜前躯体的表皮SEM电镜图。

图7为手性分子印迹复合膜表面形态SEM电镜图。

图8为手性分子印迹复合膜测试装置示意图。

具体实施方式

以下举例对本发明技术进行说明，但专利技术并不仅限于所举实例。

实施例1

首先按质量百分比称取原料，偶氮二异丁腈：6％，乙腈：94％，配制成引发剂溶液，其过程为：将AIBN加入到乙腈中，轻摇，使AIBN溶解。然后将溶液均匀涂于预先准备好的PSF中空纤维外表面，晾干。

然后按质量百分比称取原料，手性化合物二苯甲酰-L-酒石酸：2％；乙腈：60％；甲基丙烯酸甲酯：5％；乙二醇二甲基丙烯酸酯：32％配制成涂膜液，其过程为：先将L-DBTA加入到乙腈中，轻摇使其溶解，放置2小时，温度25℃，再加入甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯，摇匀，即为涂膜液。然后将涂膜液均匀涂于涂有引发剂的PSF中空纤维膜外表面，放置3小时后，将PSF中空纤维膜置于60℃的真空干燥箱中，真空度为-0.09～-0.005MPa，48小时。

最后将处理好的PSF膜置于10％醋酸/甲醇(体积比)溶液中洗脱模板分子，反复洗脱，直至模板分子洗掉为止。然后用甲醇冲洗，晾干，即制得手性分子印迹复合膜。可在干态时组装成手性分子印迹复合膜组件，对外消旋的二苯甲酰酒石酸溶液的分离因子可达到2.8。

PSF中空纤维基膜具有如下的性能参数：

外径(μm)	1200
外径(μm)	1200	壁厚(μm)	234
孔隙率，％	87.8	壁厚(μm)	234
孔隙率，％	87.8	纯水通量，L/m².h	267

表面聚合前基膜外表面形态见图1，表面聚合前基膜截面见图2。手性分子印迹复合膜前躯体见图3。手性分子印迹复合膜前躯体的截面见图4。表面聚合前基膜表皮见图5。手性分子印迹复合膜前躯体的表皮见图6。手性分子印迹复合膜表面见图7。

实施例2

按实施例1所述制备条件和过程，采用材料为聚醚砜(PES)的中空纤维超滤膜作为支撑体，其它与施例1相同，重复施例1的过程制，也可制得手性分子印迹复合膜，并组装成膜组件，对外消旋的L，D-DBTA溶液的分离因子可达到2.0。

实施例3

按实施例1所述制备条件和过程，采用左旋氧氟沙星作为模板分子，其它与施例1相同，重复施例1的过程制得左旋氧氟沙星手性分子印迹复合膜，并组装成膜组件，对外消旋的氧氟沙星溶液的分离因子可达到1.7。

实施例4

按实施例1所述制备条件、材料和过程，改变涂覆顺序，先以手性化合物为模板分子，加入功能单体，超声溶解，静置使其充分作用，加入溶剂和交联剂摇匀配制成涂膜液。

其中手性化合物的质量百分比含量为5.5％，功能单体的质量百分比含量为10％，交联剂42.5％，溶剂的质量百分比含量为42％。

将上述涂膜液涂覆于第一步膜的表面，阴干。然后将引发剂按比例溶于溶剂中，配制成引发剂的质量百分比含量为5％的溶液，将晾干的膜从中经过，然后晾干。最后将膜置于真空干燥箱中，在-0.07MPa真空度下热处理，热处理温度为60℃，处理时间为72小时。其它与施例1相同，可制得手性分子印迹复合膜，并组装成膜组件，对外消旋的L，D-DBTA溶液的分离因子可达到2.2。

实施例5

按实施例1所述制备条件和过程，首先按质量百分比称取原料，偶氮二异丁腈：2％，乙腈：98％，配制成引发剂溶液，其它与施例1相同，重复施例1的过程制得手性分子印迹复合膜，并组装成膜组件，对外消旋的二苯甲酰酒石酸溶液的分离因子可达到1.7。

实施例6

按实施例1所述制备条件和过程，手性化合物二苯甲酰-L-酒石酸加入量：4％；乙腈：58％；甲基丙烯酸甲酯：5％；乙二醇二甲基丙烯酸酯：32％配制成涂膜液，其它与施例1相同，重复施例1的过程制得手性分子印迹复合膜，并组装成膜组件，对外消旋的L，D-DBTA溶液的分离因子可达到2.0。

实施例7

按实施例1所述制备条件和过程，将涂好的中空纤维膜于50℃的真空干燥箱中，在-0.09MPa真空度下热处理，热处理48小时。其它与施例1相同，重复施例1的过程制得手性分子印迹复合膜，并组装成膜组件，对外消旋的二苯甲酰酒石酸溶液的分离因子可达到1.4。

实施例8

按实施例1所述制备条件和过程，将涂好的中空纤维膜于60℃的真空干燥箱中，在-0.09MPa真空度下热处理，热处理12小时。其它与施例1相同，重复施例1的过程制得手性分子印迹复合膜，并组装成膜组件，对外消旋的二苯甲酰酒石酸溶液的分离因子可达到1.5。

实施例9

按实施例1所述制备条件和过程，然后将涂膜液均匀涂于涂有引发剂的PSF中空纤维膜外表面，只放置阴干1小时，其它与施例1相同，重复施例1的过程制得手性分子印迹复合膜，并组装成膜组件，对外消旋的二苯甲酰酒石酸溶液的分离因子可达到1.4。

实施例10

将实施例1～9制得的手性分子印迹复合膜5根，装入φ6×230mm不锈钢管中，两端用环氧树脂胶密封，分别组装成小型膜组件，在图8所示的装置装置上测定其分离因子。具体方法为：分别将一定浓度的左右旋的手性化合物溶液放入原液槽1中，用泵5输送至膜组件6，利用流量计4和压力表3控制手性化合物溶液流量和压力，经过手性分子印迹纤维复合膜分离后，浓缩液经循环槽2进入原液槽1循环，透过液进行分析。分配系数和分离因子采用式(1)和式(2)进行计算。

分离因子的测定方法如下：

分配系数(K_L)：

K_{L} = \frac{C_{o} - C}{C_{o}} \times 100 % - - - (1)

分离因子(α)：α＝K_L/K_D (2)

式中：K_L表示手性分子印迹复合膜对左旋手性化合物的分配系数，C表示透过液的浓度，C₀表示底物初始浓度，K_D表示手性化合物手性分子印迹复合膜对右旋化合物的分配系数。分离因子α表示手性分子印迹膜对模板分子的选择性。

Claims

1.一种手性分子印迹纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将高分子纤维膜与含有引发剂的溶液接触，然后晾干，获得膜表面涂覆有热引发剂的高分子纤维膜；

所说的引发剂包括偶氮二异丁腈、苯甲酰过氧化物、苯甲基二甲基缩醛、偶氮二甲基戊腈、4，4-偶氮(4-腈基戊酸)或过硫酸铵中的一种；

(2)将涂膜液涂覆于步骤(1)所得到的膜表面涂覆有热引发剂的高分子纤维膜表面，沥干，真空干燥，获得手性分子印迹复合膜前躯体；

涂膜液中，组分和质量百分比含量为：

手性化合物 0.25～10％

功能单体 1％～15％

交联剂 5％～75％

溶剂 10％～85％

所说的功能单体选自丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、4-乙烯吡啶或苯乙烯；

所说的交联剂选自乙二醇二甲基丙烯酸酯、四亚甲基二甲基丙烯酸酯、1，4-苯醚二丙烯酰胺、N，N-1，3-苯撑双(2-甲基-2-丙烯酰胺)或三甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；

(3)将步骤(2)的手性分子印迹复合膜前躯体置于洗脱剂中洗涤，直至手性化合物洗掉为止，获得本发明的具有手性识别分子印迹复合膜；

所说的洗脱剂为体积百分比0.05～15％的醋酸/甲醇溶液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)的溶剂为乙腈或环己烷中的一种或其混合物，步骤(2)的溶剂为乙腈或环己烷中的一种或其混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的高分子纤维膜为中空纤维膜或平板超滤纤维膜，膜材料选自聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、纤维素或纤维素衍生物中的一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的中空纤维基膜具有如下的性能参数：外径：1000～1400μm，壁厚200～300μm，孔隙率80～90％，纯水通量200～300L/m².h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将涂膜液涂覆于步骤(1)所得到的膜表面涂覆有热引发剂的高分子纤维膜表面，沥干，真空干燥，获得手性分子印迹复合膜前躯体；真空度为-0.09～-0.005MPa，温度为0～90℃，时间为4～72小时。

6.根据权利要求1～5任一项所述的方法制备的手性分子印迹纤维复合膜。

7.根据权利要求1～5任一项所述的方法制备的手性分子印迹纤维复合膜的应用，其特征在于，用于拆分外消旋化合物。