亲水型核壳共价有机框架纳米孔微球的精准构筑及对低分子肝素分离分析研究

The structure of polysaccharide macromolecules presents complexity and diversity due to factors such as the attachment site, the sugar ring structure, the anomeric configuration and the branch. Although it meets the standard requirements for the treatment of complex diseases, its high selective separation and analysis has been one of the key scientific issues that need to be solved in the development of carbohydrate drugs. Therefore, the development of new materials and methods for the efficient separation and analysis of polysaccharides is a major demand for modern drug analysis. This project takes advantage of the hydrophilic interaction between hydrophilic interaction chromatography and sugar chains to separate polysaccharides, and combines with covalent organic framework materials. 2,4,6-Trihydroxy-1,3,5-benzenetricarboxaldehyde is bonded to the surface of the silica gel and has a Schiff base reaction with organic monomers of different hydrophilic capacities and molecular sizes to design and prepare a series of novel core-shell covalent organic framework nanoporous microspheres (COFs@SiO2), which has excellent hydrophilic properties and different pore sizes. Then, a low molecular weight heparin (LMWH) was used as the separation object to construct a new method for polysaccharide separation and analysis. On this basis, the effects of new chromatographic packings materials on the retention behavior and separation performance of LMWHs were investigated. The multimodal mechanism and law of the separation and analysis of LMWHs by the hydrophilicity, molecular exclusion and hydrogen bonding of new chromatographic packing materials are elucidated. This project will provide technical support and theoretical guidance for the development of new fillers and new methods for the separation and analysis of polysaccharides.

多糖大分子受连接位点、糖环结构、异头构型和分支等因素的影响，糖链结构呈现复杂性和多样性，虽然契合复杂疾病治疗的标准需求，但其高选择性分离分析一直是糖类药物研发亟需解决的关键科学问题之一。因此，发展多糖高效分离分析新材料、新方法是现代药物分析的重大需求。本项目利用亲水作用色谱填料与糖链之间的亲水作用分离糖类的优势，结合共价有机框架材料的分子排阻效应，将三醛基间苯三酚键合在硅胶表面，引入不同亲水能力和分子尺寸的有机单体，设计并制备具有优越亲水性能、不同孔径的新型核壳共价有机框架纳米孔微球(COFs@SiO2)新型色谱填料，并以低分子肝素(LMWHs)为分离对象，构建多糖分离分析新方法。在此基础上，研究新型色谱填料对LMWHs的保留行为和分离性能的影响；阐明新型色谱填料亲水能力、分子排阻效应对LMWHs分离分析的多模式机制和规律；为发展多糖分离分析新填料、新方法提供技术支撑和理论指导。

作为生命四大物质之一，多糖因其复杂多样的化学结构和多靶协同的生理活性，被视为未来人类攻克复杂疾病和探索未知世界的“金钥匙”。受单糖类型、异头碳构型、糖苷键链接方式及连接顺序等影响，多糖拥有数以万计的结构。虽然契合复杂疾病治疗的标准需求，但其高选择性分离分析一直是糖类药物研发亟需解决的关键科学问题之一。本研究针对上述难题，主要开展了三方面的研究工作，分别为：(1)亲水型核壳共价有机框架纳米孔微球的精准构筑及在多糖分离中的应用；(2)串联超滤混合膜系统的构建及其在多糖分离中的应用和(3)基于双水相体系的高速逆流色谱分离多糖新方法研究。经过3年的尝试与探索，成功构建了一种多元串联超滤混合膜过滤系统，并应用于不同分子量枸杞多糖组分的分离。该系统不仅能够分离得到不同分子量的多糖组分，而且通过超滤膜分子量的调控，可以实现均一多糖的宏量制备，为膜技术在多糖分离和均一多糖宏量制备方面的应用奠定了基础。针对超滤膜无法实现分子量相近多糖的高效分离，且多糖吸附严重，回收率低的问题，利用高速逆流色谱无不可逆吸附，分离效率高等优势，构建了一种基于双水相体系的高速逆流色谱无损除杂、精准分离多糖组分的新方法。该方法不仅攻克了传统利用过氧化氢脱色、savage法脱蛋白导致的多糖结构发生变化的问题，避免了有毒试剂的参与，而且能够高回收率、靶向分离特定的多糖组分，突破了传统凝胶色谱无法精准分离多糖的技术瓶颈。通过本项目的实施，推动了膜分离技术和高速逆流色谱技术在多糖等亲水性生物大分子分离方面的应用，也为多糖的精准分离分析提供了可借鉴的途径。