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整体柱具有制备简单、通透性好、传质速率快等优点,在分离和富集等领域发挥着越来越重要的作用。整体柱可以分为硅胶整体柱和聚合物整体柱两大类。聚合物整体柱的制备过程简便,耐酸碱性好,适合生物大分子分离,但是聚合物骨架在有机溶剂中易溶胀,因此有机整体柱的寿命和重现性不高;硅胶整体柱具有良好的机械强度,对小分子的分离效率很高,但是硅胶整体柱的制备过程复杂,而且硅胶骨架稳定性受pH限制;为了克服两者的缺点,有机-无机杂化硅胶整体柱的制备和应用开展了很多研究。但是利用有机硅氧烷试剂溶胶-凝胶法将有机功能单体以共价作用掺杂到硅胶基质上制备杂化整体柱的方法仍受到很多限制。基于自由基聚合的“一锅法”制备有机-无机杂化硅胶整体柱可以避免改变溶胶-凝胶反应的前体化合物,将水溶性好或非极性的有机单体键合到硅胶基质上。但是,由于需要自由基引发聚合,反应速率难以控制,存在重现性较差和柱床收缩问题。本论文发展了“一锅法”制备有机-无机杂化硅胶整体柱的新体系——利用环氧基团和氨基的反应,把带有环氧基团的3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)作为溶胶.凝胶过程的前体反应物,和四甲氧基硅烷(TMOS)混合水解,得到的水解液加入一定量带有氨基的化合物单体,加热聚合,得到键合上氨基化合物的杂化硅胶整体柱。同时加入的氨基化合物在溶胶-凝胶反应中起到类似碱催化的作用。本论文用L-赖氨酸、L-精氨酸、L-组氨酸、间氨基苯硼酸、戊二胺和还原型谷胱甘肽作为单体,研究了这种“一锅法”制备体系的具体应用。
第一章综述了整体柱的研究现状,着重介绍了杂化硅胶整体柱的制备并提出本论文的选题依据和研究目标。
第二章以三种碱性氨基酸(L-Lysine,赖氨酸,L-Arginine,精氨酸,L-Histidine,组氨酸)作为单体化合物,GPTMS和TMOS共同作为溶胶-凝胶反应前体,“一锅法”制备了三种碱性氨基酸杂化硅胶整体柱。氨基酸通过氨基与环氧丙基的反应键合到了硅胶骨架上,得到了元素分析和红外光谱的证实,同时碱性氨基酸的加入起了类似碱催化的作用。三种碱性氨基酸杂化硅胶整体柱的中孔和大孔孔径分别为3.86 nm和1.71μm(L-赖氨酸杂化硅胶整体柱),5.38 nm和4.24μm(L-精氨酸杂化硅胶整体柱)以及6.38 nm和1.24μm(L-组氨酸杂化硅胶整体柱)。这三种杂化硅胶整体柱都是两性固定相,在电色谱模式下,电渗流的大小和方向随pH改变,而且都显示一定的亲水作用机理(乙腈含量高于40％时)。四种探针分子(甲苯、DMF、甲酰胺和硫脲)在三种杂化硅胶整体柱上进行了分离,结果显示在L-赖氨酸杂化硅胶整体柱上分离柱效最高,理论塔板数分别为123385、103620、121845、105345 Plates/m。在20 mM甲酸铵缓冲液(20％CAN,pH4.1)作为流动相时,硫脲的理论塔板高度达到了5.7μm。而且酚类和多肽在L-赖氨酸杂化硅胶整体柱上也得到了分离。进一步地利用氨基和羧基的反应,可以在L-赖氨酸杂化硅胶整体柱上后修饰L-苯丙氨酸,增强其疏水性,烷基苯在反相电色谱模式下得到了高效分离。三种碱性氨基酸杂化硅胶整体柱的制备和后修饰证明了氨基和环氧反应的“一锅法”具有应用前景和可推广性。
第三章研究了以间氨基苯硼酸作为有机单体,或间氨基苯硼酸和戊二胺共同作为单体“一锅法”制得的苯硼酸杂化硅胶整体柱并且进行了一系列表征。分别在pH7.5和pH6.5的条件下,间氨基苯硼酸杂化硅胶整体柱和间氨基苯硼酸.戊二胺杂化硅胶整体柱可以抓取含有顺式二羟基的邻苯二酚。胞苷和腺苷作为含顺式二羟基的探针分子也证实了硼亲和作用。在5 cm长,150μm内径的毛细管中合成的杂化硅胶整体柱,利用毛细现象载入标准糖蛋白-辣根过氧化物酶酶解液,对酸洗脱下的多肽进行了MALDI-TOF分析,得到了糖肽片段的分子离子峰。
第四章初步研究了还原型谷胱甘肽作为单体的杂化硅胶整体柱的“一锅法”制备,加入一定量的氢氧化钠溶液使谷胱甘肽完全溶解于水解液中,混合后的pH约为5。利用巯基和纳米金作用,后修饰了粒径约为2～3 nm的纳米金。在电色谱模式下,多肽样品在两种整体柱上了得到了完全分离。这种多肽杂化硅胶整体柱和多肽-纳米金杂化硅胶整体柱将用于多肽的分离或富集以及手性分子拆分。
第五章总结了本论文的研究工作,对其不足进行了探讨,并对将来进一步的研究工作进行了展望。