《有序多孔有機整體柱的製備及其生物色譜研究》是依託四川大學，由杜開峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：有序多孔有機整體柱的製備及其生物色譜研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：杜開峰
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以適合於生物大分子高效分離的整體柱（色譜介質）的合成為目標，採用模板-相分離聯合法，以有序多孔結構的可控調節為切入點，系統研究新型有序多孔（貫通孔-擴散孔）有機整體柱的製備科學和生物色譜分離機理。該研究側重於利用具有規則形貌的模板來構建整體柱的有序貫通大孔；擴散孔的形成通過精細調控有機聚合體系相分離實現。在實驗基礎上，對合成的多孔材料進行結構、物性及色譜過程表征，建立有序多孔整體柱的傳質模型，闡明整體柱結構與性能之間的構效關係，進而揭示有序多孔整體柱的色譜機理。套用上，將合成的多孔材料修飾功能化基團，針對分離過程和分離對象，完善分離過程，掌握分離規律，創建高效實用的生物分離技術。
結題摘要
生物大分子的色譜分離屬於生物化工行業的前沿領域，而作為色譜技術核心的色譜介質，一直以來是研究的熱點。在目前開發中的色譜介質中，整體柱由於同時具備灌流大孔和擴散微孔，尤其適合生物大分子的分離。因此，這類新型色譜介質受到科研工作者的關注。然而，由於致孔技術的限制，傳統整體柱的孔道結構多為無規則孔道，從而導致傳質均勻度難以提高，限制了整體柱進一步的發展。 為了解決這一難題，本項目提出了一種新的致孔技術（定向冰晶生長－自由基聚合聯合法），研製出了一種具有有序多孔結構的新型整體柱色譜介質。通過製備過程研究，證實膠體顆粒的合成與冰晶溶劑的選擇是有序孔結構形成的關鍵。其中，膠體顆粒有效堆積決定整體柱的機械強度，並且膠體尺寸與擴散孔的大小密切相關；而合適的的冰晶溶劑的選擇，有助於有序大孔結構的調節。通過對孔結構形成機制的系統研究，並結合生物色譜分離的使用要求，我們最佳化了合成條件，製備出了具備有序孔結構的多孔整體柱。研究表明，該整體柱的有序大孔尺寸達到近10 μm, 擴散孔在20-50 nm左右，空隙率超過70%，達到生物大分子的分離要求。 有序多孔整體柱是一類具有全新結構的色譜材料，探究新型整體柱的有序多孔與色譜性能之間的構效關係，並在此基礎上創建高效實用的生物色譜分離技術，也是本研究的重要內容之一。 通過流體力學和柱效研究，新型多孔整體柱具備良好的滲透性，經過計算，滲透值達到1.325×10-12 m2，超過傳統多孔整體柱滲透性的15-30倍。經過孔結構對比，很顯然，新型多孔整體柱的有序大孔結構是其高滲透性的重要原因。眾所周知，滲透性是色譜介質的重要套用指標，高滲透性有助於色譜介質實現低背壓下的快速分離，並有助於色譜材料的尺寸放大及設備成本降低。同時，通過分子脈衝實驗，獲得了有序大孔整體柱的柱效數據。顯示有序大孔對於色譜介質柱效有顯著提高，並且柱效受流速影響不大。經分析，有序大孔可以提高流體通過柱床的均勻性，使蛋白質大分子在整體柱內實現均勻傳質，進而提高整體柱的柱效。進一步研究表明，有序大孔間的擴散孔可以使整體柱達到較高的吸附水平。 綜合上述研究結果，本項目突破類現有致孔理論和技術，合成了一種高滲透性、高柱效的有機多孔整體柱。研究成果為高效生物分離提供了新的介質和方法選擇，將推動色譜理論和技術的進一步發展。另外，該方法對於其他多孔功能材料的開發有積極的借鑑意義。
