基于磁诱导聚合技术的有序多孔整体柱制备及其分离方法研究

The porous monolith has attracted considerable attentions in the past years since it possesses fast mass transfer and high adsorption capacity. However, the traditional monolith was often prepared by phase separation, which led to the irregular pores and then compromised the separation efficiency. To resolve this problem, the ordered porous monolith as a novel chromatography support is developed in the project. The study focuses on the formation of ordered pores in the monolith, which is realized by the magnetic induced polymerization technique. After the preparation, the porous structure, structure-activity relationship and chromatography performance are further evaluated on the ordered porous monolith. As a result, the mass transfer mechanism is clarified for the ordered porous monolith. Finally, the ordered porous monolith was anchored with adsorption ligands and evaluated for the chromatography application. The implementation of this project not only promotes the development of chromatographic theory and technology, but also provides a new idea for other functional materials.

整体柱是一类具有双孔结构的分离介质，适合生物大分子快速、高效的分离。但常见的整体柱由相分离合成，其技术缺陷是在柱内形成大量无序孔道，限制了整体柱分离性能的提高，难以满足当前人们对生物产品高效分离的要求。鉴于此，本项目以开发高效色谱介质为目标，研究有序多孔整体柱合成与应用的基本理论和技术问题。研究包括：采用磁性诱导技术，以反应性单体或胶体为原料，研究有序多孔整体柱的制备科学和技术；探究有序多孔与色谱性能之间的构效关系，揭示有序孔提高色谱性能的机理；通过模型蛋白研究整体柱的传质模型，掌握分离规律，为开发实用分离技术提供理论基础；筛选合适配基功能化整体柱，利用实际物系评价整体柱的分离效果，完善分离过程，创建高效实用的生物色谱技术。本项目的研究意义在于将材料学的最新成果，成功结合到色谱技术的前沿领域，研究成果不仅可以促进色谱理论和技术的发展，也为新型功能材料的研制和应用提供参考依据。

本项目开展了磁性诱导有序多孔整体柱分离介质的合成、结构评价与应用研究。将有效整合磁诱导技术、有机相分离、磁性胶体颗粒合成等，合成了具有直通灌流大孔结构和扩散微孔结构的有序多孔星型分离材料和系列有机多孔整体柱。通过考察外加磁场大小、反应体系、时间和温度等，实现在有有序多孔材料中构建具有合适孔道尺寸的直通大孔、扩散微孔、孔道分布、比表面积和机械强度等。并以此为基础，进行表面功能化研究。通过引进弱阴离子基团、弱阳离子基团，以蛋白质和金属离子为评价体系，系统评价新型分离材料的分离性能，建立有序多孔整体柱的分离模型和分离机制，探讨这类新型分离材料在生物大分子和金属离子的快速分离的实际应用。. 本项目制备的有序多孔整体柱材料和星型分离材料在生物分离和水处理领域具有很大的应用价值在后续的实验中，我们将进一步优化制备条件，争取早日实现工业应用。