一种基于金属有机框架和手性分子印迹聚合物合成的纳米材料的毛细管电色谱开管柱及其制备方法与应用

本发明属于化学合成与分析，具体涉及一种基于金属有机框架和手性分子印迹聚合物的合成的新型纳米材料的毛细管电色谱开管柱及其制备方法与应用。

背景技术：

1、手性普遍存在于生物体中，目前所用的大部分药物也都具有手性。这些由手性分子构成的手性药物通常具有两种不同的构型，而两种构型可能会表现出不同甚至相反的药理毒理作用。目前常用的色谱手性拆分方法主要有高效液相色谱法、气相色谱法、毛细管电色谱法等。其中毛细管电色谱法(cec)是一种高效、灵敏的手性拆分方法，同时结合了毛细管电泳(ce)和高效液相色谱(hplc)的特点，具有操作简单、分离效率高、成本低等优点。根据制备方法，cec毛细管柱可分为填充柱、整体柱和开管柱(也称涂层柱)。开管柱由于其具有制备简单、不易堵塞、易于修饰等优点被广泛应用于手性拆分的研究中。然而，开管毛细管电色谱存在相比低、柱容量较小、手性拆分能力较弱等缺点。如果可以引入合适的材料用于固定相来增大比表面积、提高负载量，能够在一定程度上解决以上问题。已有研究者们通过在固定相上修饰二氧化钛纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、金属有机框架材料等纳米材料以增加比表面积。

2、金属有机框架材料(mofs)是由金属离子或金属簇与有机配体通过金属-配体配位键组装形成的多孔材料。mofs具有比表面大、表面易修饰、孔径大小可调等特点。因此，可以在毛细管开管柱固定相引入mofs来增大固定相的比表面积和作用位点。

3、分子印迹聚合物(mips)是一类对目标分子(模板分子)具有特异性识别作用的聚合物。而手性分子印迹聚合物(cmips)是以手性化合物的单一对映体作为模板分子制备得到的，由于cmips的印迹空腔具有记忆效应，可以有效识别模板分子从而起到手性拆分的作用，并且制备简单、成本低，因此，cmips在手性分离领域备受关注。

4、在以往的研究中，cmips已经展现出了手性分离的潜力，然而印迹位点不均匀、分离度较低等问题还需解决。迄今为止，尚未见利用mofs和cmips合成的新型纳米材料作为毛细管电色谱开管柱固定相的相关报道。

5、手性药物所带来的药物质量控制以及安全用药问题，已经引起各国药政管理部门的极大重视。建立准确、高效和灵敏的手性药物分离分析方法可以为单一对映体新药的研发及其在生命体内的药效学、药动学等研究提供有效方法，具有非常重要的应用价值和市场前景。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于金属有机框架和手性分子印迹聚合物合成的新型纳米材料的毛细管电色谱开管柱及其制备方法与应用。

2、本发明提供的是一种可以简单制备新型cec开管柱的方法，制备的开管柱能够高效应用于手性药物/化合物的对映体拆分、原料药的光学纯度检查等方面。具体地说，本发明制备的毛细管电色谱开管柱可用于构建cec手性拆分体系，完成对手性药物/化合物色氨酸的对映体分离，可解决现有cec中存在的手性分离度较小，分离效率较低等技术问题。

3、技术方案：本发明的目的通过下述技术方案实现：

4、本发明提供了一种基于金属有机框架和手性分子印迹聚合物合成的新型纳米材料的毛细管电色谱开管柱的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)对毛细管进行预处理；

6、(2)对步骤(1)预处理后的毛细管进行毛细管内壁氨基修饰；

7、(3)在步骤(2)修饰的毛细管中通入半胱氨酸水溶液，制得半胱氨酸修饰的毛细管柱；

8、(4)将金属有机框架材料注入步骤(3)所得的半胱氨酸修饰的毛细管柱中，两端密封，放入110～130℃的烘箱3～5h，制得金属有机框架修饰的毛细管柱；

9、(5)将手性分子印迹聚合物溶液注入步骤(4)所得的金属有机框架修饰的毛细管柱内，制得所述基于金属有机框架和手性分子印迹聚合物合成的新型纳米材料的毛细管电色谱开管柱。

10、金属有机框架材料mofs的巨大比表面积大大地增加了手性分子印迹聚合物cmips在固定相上的负载量，并且mofs的刚性骨架能够有效防止cmips印迹空腔的变形。同时，cmips的存在还可以提高cmips@mofs固定相的稳定性。因此，利用mofs和cmips合成的新型纳米材料用于制备cec柱固定相的策略创新性强。

11、本发明一种优选地实施方式是，重复步骤(4)的操作，增加金属有机框架材料在半胱氨酸修饰的毛细管柱上的负载量。

12、优选地，所述金属有机框架材料为uio-66-nh2，其制备方法为：将金属盐和有机配体按照摩尔比1:1的比例，加入n,n-二甲基甲酰胺中，超声制得；所述金属盐为氯化锆；所述有机配体为2-氨基对苯二甲酸；每0.0343mmol金属盐加入2ml n,n-二甲基甲酰胺；

13、所述手性分子印迹聚合物溶液的制备方法为：将模板分子溶于乙醇与水的混合溶液中，加入功能单体、交联剂和引发剂，搅拌反应，制得所述手性分子印迹聚合物溶液；

14、所述模板分子为l-色氨酸；

15、所述功能单体为(3-氨丙基)三乙氧基硅烷aptes；

16、所述交联剂为正硅酸乙酯teos；

17、所述引发剂为氨水；

18、所述乙醇与水的体积比为2:1；

19、所述功能单体、交联剂与引发剂的体积比为1:1:1；

20、每2.5mg模板分子溶于15ml混合溶剂中；

21、每2.5mg模板分子加入50μl功能单体。

22、本发明一种优选地实施方式是，步骤(1)中，所述预处理方法为：将空的二氧化硅毛细管用1mol/l氢氧化钠溶液冲洗1h，去离子水冲洗至中性，接着用1mol/l盐酸溶液冲洗30min，去离子水冲洗至中性，最后用甲醇冲洗30min；氮气吹干后，将毛细管柱100℃干燥1h；待干燥时间结束后取出备用。

23、所述空的二氧化硅毛细管是指规格为内径75微米的未做任何修饰的熔融二氧化硅毛细管。

24、本发明一种优选地实施方式是，步骤(2)中，所述毛细管内壁氨基修饰的方法为：向步骤(1)预处理后的毛细管中注入体积浓度5％～15％的(3-氨丙基)三乙氧基硅烷aptes乙醇溶液1～2h，注入压力0.1mpa，然后用乙醇冲洗5min并吹干，完成毛细管内壁氨基的修饰。

25、优选地，步骤(3)中，所述半胱氨酸修饰的毛细管柱的制备方法为：将浓度为1％～3％、ph为11的戊二醛水溶液，浓度为2mg/ml的半胱氨酸水溶液注入毛细管中1～2h，再用超纯水冲洗10min并吹干，得到半胱氨酸修饰的毛细管柱。

26、进一步优选地，所述戊二醛溶液通过浓度为1mol/l的氢氧化钠水溶液调节ph值。

27、优选地，步骤(5)中，所述毛细管电色谱开管柱的制备方法为：将手性分子印迹聚合物溶液注入金属有机框架修饰的毛细管柱内，两端封口，在室温下反应14～32h；反应结束后，用洗脱液冲洗1～3h，最后用氮气吹干，-4℃保存，即得；所述洗脱液为甲醇-乙酸的混合液，两者体积比为9:1。

28、进一步优选地，所述室温下反应的时间为20h。

29、进一步优选地，所述洗脱液冲洗的时间为1.5h。

30、本发明一种具体的优选地基于金属有机框架和手性分子印迹聚合物合成的新型纳米材料的毛细管电色谱开管柱的制备方法，包括以下步骤：

31、(1)将空的二氧化硅毛细管用1mol/l氢氧化钠溶液冲洗1h，去离子水冲洗至中性，接着用1mol/l盐酸溶液冲洗30min，去离子水冲洗至中性，最后用甲醇冲洗30min；氮气吹干后，将毛细管柱100℃干燥1h；待干燥时间结束后取出备用；

32、(2)向预处理后的毛细管中注入体积浓度5％～15％的(3-氨丙基)三乙氧基硅烷aptes乙醇溶液1～2h，注入压力0.1mpa，然后用乙醇冲洗5min并吹干，完成毛细管内壁氨基的修饰；

33、(3)依次将浓度为1％～3％、ph为11的戊二醛水溶液，浓度为2mg/ml的半胱氨酸水溶液注入毛细管中1～2h，再用超纯水冲洗10min并吹干，得到半胱氨酸修饰的毛细管柱；所述戊二醛溶液通过浓度为1mol/l的氢氧化钠水溶液调节ph值；

34、(4)将0.0343mmol氯化锆和0.0343mmol有机配体2-氨基对苯二甲酸加入2ml n,n-二甲基甲酰胺中，超声10min；然后将其快速注入半胱氨酸修饰的毛细管柱中，用橡胶塞密封，放入120℃的烘箱4h；

35、(5)重复一次步骤(4)的操作，增加金属有机框架uio-66-nh2在半胱氨酸修饰的毛细管上的负载量，制得金属有机框架uio-66-nh2修饰的毛细管柱；

36、(6)取2.5mg模板分子l-色氨酸溶于15ml乙醇/水(2:1，v/v)中，再加入50μl功能单体(3-氨丙基)三乙氧基硅烷(aptes)，磁力搅拌30min；向其中加入50μl交联剂正硅酸乙酯(teos)和50μl引发剂氨水，振荡3min，得到混合液；

37、(7)将步骤(6)所得混合液快速注入金属有机框架uio-66-nh2修饰的毛细管柱内，两端封口，在室温下反应20h。反应结束后，用洗脱液(甲醇-乙酸的混合液，体积比为9：1)冲洗1.5h以去除模板分子。最后用氮气吹干，-4℃保存，即为新型l-trp@mip(aptes-teos)@uio-66-nh2@capillary。

38、本发明还提供了一种上述的制备方法制备得到的基于金属有机框架和手性分子印迹聚合物合成的新型纳米材料的毛细管电色谱开管柱。

39、本发明还提供了一种作为上述毛细管电色谱开管柱固定相的基于金属有机框架和手性分子印迹聚合物合成的新型纳米材料。

40、本发明还提供了一种所述的毛细管电色谱开管柱在消旋药物/化合物色氨酸的手性拆分中的应用。

41、本发明还提供了一种使用所述的毛细管电色谱开管柱的手性药物分离方法，包括以下步骤：

42、(1)将测试样品溶于甲醇/水的混合溶液中，配制成浓度为0.5mg/ml的样品溶液；

43、(2)采用含有一定比例有机添加剂的十二水磷酸氢二钠溶液为缓冲溶液；在cec系统进样前，用缓冲溶液冲洗所述的毛细管电色谱开管柱10～30min，以获得稳定的基线。运行电压5～25kv，进样量50mbar×3s，运行温度为25℃，在210nm处收集和分析数据；

44、所述测试样品包括dl-色氨酸、d-色氨酸、l-色氨酸；

45、所述甲醇/水的混合溶液的体积比为6:4；

46、所述一定比例有机添加剂为70％～80％的乙腈溶液，优选为80％的乙腈溶液；

47、所述十二水磷酸氢二钠溶液的浓度为20mm；

48、所述缓冲溶液的ph范围为6.3～7.1，优选为6.7。

49、所有溶液在进样前需通过0.45μm有机滤膜过滤。

50、优选地，所述毛细管的总长为38cm，有效长度为29.5cm。

51、有益效果：

52、(1)本发明将手性分子印迹聚合物cmips固定在金属有机框架材料mofs修饰的毛细管柱上，制备了l-trp@mip(aptes-teos)@uio-66-nh2开管柱。与cmips和mofs单独作为cec开管柱的固定相相比，以cmips@mofs为固定相的新型cec开管柱对色氨酸对映体的手性分离能力大大提高(分离度：0.92/0→3.68)。

53、(2)本发明的制备方法简单，重现性好，且所用材料价格较低。

54、(3)本发明制备的开管柱能够高效应用于手性药物/化合物的对映体拆分、原料药的光学纯度检查等方面。