单壁碳纳米管改性的毛细管亲和有机整体柱的制备及其在手性拆分中的应用文献综述

 2023-02-20 19:07:51

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

一.国内外发展概况及立题依据

手性是指分子的立体结构和它的镜像彼此不能重合,互为镜像关系而又不能重合的一对分子结构称为对映体(enantiomer) 。在临床使用的药物中,对映体药物的存在十分广泛,接近50%以上的药物都存在手性中心。虽然对映异构体药物的理化性质基本相同,但由于药物分子所作用的受体或靶位是由氨基酸、核苷、膜等组成的手性蛋白质和核酸等大分子, 后者对与之结合的药物分子的空间立体构型有一定的要求。因此,手性药物的两个对映体实际上是两种不同的药物[1]。通常情况下它们在生物体内的药效学和药物代谢动力学相互之间都存在着差异,这些差异一般体现为以下现象:只有一种对映体有生理活性,另一种没有明显的药理作用;两个对映体均具有药理活性,但药理活性完全不同;两个对映体具有相同的药理活性;两个对映体中一个有治疗作用,另一个有毒副作用等。研究手性药物的体内过程,实现手性药物的拆分,对于人类生命健康有着重要的意义。

目前用于手性分离的方法有手性源合成法、结晶拆分法、化学拆分法、酶拆分法、膜拆分法、萃取拆分法和色谱拆分法等。其中色谱拆分法是目前最常用、应用范围最广、适应性最好的手性拆分方法。常用于手性拆分的色谱法有:薄层色谱法(TLC)、气相色谱法(GC)、毛细管电泳法(CE)、毛细管电色谱法(CEC)、超临界流体色谱法(SFC)、高效液相色谱法(HPLC)和模拟移动床色谱技术(SMB)(用于对映体大规模制备)等[2]。其中基于其稳定性和高效分离效能,CEC被广泛用于手性药物的分离分析。

毛细管电色谱(capillary electrochromatography,CEC)是通过色谱填料的填充、键合或涂覆到毛细管内制备成毛细管柱,用电渗流或电渗流结合压力流来推动流动相的一种液相色谱法,是高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography, HPLC)和毛细管电泳(Capillary Electrophoresis, CE)相结合的产物,兼具毛细管电泳及高效液相色谱的双重分离机理,既可分离带电物质也可分离中性物质,因而CEC具有HPLC和CE的双重优势,它具有三高一快的特点 (即高柱效、高选择性、高分辨率、快速分离)[3]。因此,九十年代以来,随着CEC分离机理、柱制备技术、仪器设备的快速发展,CEC受到越来越广泛的关注,并且在生物分析、环境分析、药物分析、食品分析和法医鉴定等多个领域得到了广泛应用。

毛细管整体柱,又称毛细管连续床柱或毛细管原位柱,是通过在毛细管内原位聚合或固化的方法,制成具有均一、多孔径结构的整体式的连续床层固定相。这种色谱柱制备方法简单,由于使用的是聚合方法,可以在聚合相中引入各种可能的作用基团,有十分多变的灵活性。在毛细管整体柱中,其固定相直接通过共价键和的方式固定在柱内,不需要制备柱塞就可以保证这一连续床层在柱内的稳定性,因而避免了开管柱和填充柱的部分缺陷。毛细管整体柱可以分为:有机整体柱、硅胶整体柱、杂化整体柱等,其中有机整体柱是发展最为迅速的一种,其制备方法简单,制备时可先将单体、交联剂、引发剂以及致孔剂混合均匀,然后灌注到预处理过的毛细管柱内,密封后通过光或热引发聚合反应,经过进一步处理得到。其制备周期短,聚合反应简单,可控性强,而且制备的整体柱具有孔结构和表面化学性能稳定,适用pH范围宽,生物兼容性好等优点[4-6]

有机整体柱中较为常见的单体包括丙烯酸酯类、丙烯酰胺类以及苯乙烯类等。苯乙烯类常用单体有氯甲基苯乙烯(VBC)、甲基苯乙烯(MS)等。甲基丙烯酸酯类常用单体有苯丙烯酸、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯(HMA)、甲基丙烯酸辛酯(MAOE)、甲基丙烯酸月桂酯等,这些单体与毛细管壁的交联通常通过乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)实现,致孔剂常选择环己醇、十二醇、正丙醇、1,4-丁二醇、甲醇、乙腈等有机试剂。该类柱在pH2-12范围内机械强度高、稳定性好,耐有机溶剂[7-9]。此外,通过改变单体或表面改性可以获得具有不同性能的整体柱。因此,目前对该类整体柱的研究最多,且应用较为广泛[10]

亲合色谱(Affinity chromatography)是基于样品与配体间的特异性相互作用而实现分离的一种色谱方法。它具有特异性强,选择性好,纯化倍数高等优点,非常适合于从复杂体系中一步分离提纯某种组分。另外,由于样品中只有待分离组分与配体之间存在相互作用,因此分离与富集可一步完成,特别适合痕量组分的分离分析[11-12]

碳纳米管(CNTs)作为一种新型的功能材料,具有优异的物理、化学和机械性能,已经在分析化学等领域得到了广泛的关注和应用。通过填充法或原位化学气相沉积法,可制备碳纳米管气相色谱固定相;将碳纳米管沉积在硅胶微球或有机聚合物基质微球表面,可制备填充式碳纳米管液相色谱固定相;通过包埋共聚法将碳纳米管嵌入聚合物整体柱内,可制备毛细管碳纳米管液相色谱整体柱[13]。纳米管可以看作是由石墨烯片卷曲而成,根据石墨烯片的层数可分为单壁碳纳米管(或称单层碳纳米管,SWCNTs)和多壁碳纳米管(或称多层碳纳米管,MWCNTs)。与平面碳材料相比,弯曲的碳纳米管内表面使其对分子具有更强的吸附能力。据报道,碳纳米管的比表面积达150至3000㎡/g,吸附作用可以发生在外表面、石墨烯片的弯曲处、束状团簇的间隙处及开管碳纳米管的内部。此外,在间隙处还可能存在分子体积排阻效应。因其特殊的吸附性能,碳纳米管被当作优良的吸附剂而广泛应用于分析化学领域[14-16]。尤其适用于手性固定相或伪固定相中,在手性色谱分离中有利于提高柱容量、分离选择性、稳定性以及分离效率。

毛细管电色谱中添加法和手性固定相法已经应用于手性拆分领域,结合亲和色谱、改性后的单壁碳纳米管以及有机整体柱的优越性,本课题以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)作为单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)作为交联剂,并添加单壁碳纳米管进行改性,拟制备单壁碳纳米管改性的毛细管亲和有机整体柱,并将其应用于手性药物的拆分。

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