[发明专利]一种树枝状硼酸功能化整体柱及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能化材料装置技术领域，涉及一种树枝状硼酸功能化整体柱及其制备方法和应用，具体涉及高亲和力、高容量的柔性树枝状硼酸功能化整体柱的制备及其在复杂样品中对含顺式二羟基结构的生物分子(如低丰度的糖蛋白和糖类化合物等)的分离、富集和纯化中的应用。

背景技术

在蛋白质组学、代谢组学和糖组学的研究对象中，含有顺式二羟基结构的一类生物分子如糖肽和糖蛋白、核苷和核苷酸以及单糖和多糖是一类重要的生物分子。这些顺式二羟基生物分子在生理过程和疾病早期诊断中发挥着极其重要的作用。糖蛋白在分子识别、细胞内和细胞间信号传导及免疫响应等方面发挥着重要的作用，一些糖蛋白是临床上癌症的生物标志物及治疗的靶标，如甲胎蛋白、癌胚抗原、CA125以及前列腺特异性抗原等。但是糖蛋白在样本中的丰度一般都很低且易受高丰度组分的强烈干扰，因此对其进行选择性分离富集是对这些糖蛋白分析检测的关键。此外,糖类化合物对烟叶和烟气的品质(如色泽、弹性、吃味、香气和焦油生成量等)具有重要影响，准确了解烟叶和香烟中的糖类的分布是研发和生产高品质香烟和个性化香烟、剖析国内外香烟配方的重要依据。因此，发展准确可靠的烟草中糖类物质的分析方法具有重要作用。

硼亲和技术是选择性识别顺二羟基类化合物的一类独特方法，在较高的pH条件下，硼酸配基能和顺二羟基分子中的邻二羟基共价结合形成环状酯，该酯可以在酸性条件下解离，从而释放出顺二羟基分子，达到有效分离富集的作用。尽管取代硼酸在选择性富集顺式二羟基化合物方面已经显示了广阔的应用前景，但硼酸目前还存在亲和力不够强的缺点，大部分取代硼酸与顺式二羟基化合物的解离常数在10^-1到10^-4之间[参见Tetrahedron 2004,60,11205–11209；Anal.Chem.2013,85,2361–2369]，因此常规硼亲和材料在富集浓度很低的顺式二羟基化合物如一些糖蛋白和聚糖等方面仍具有相当大的挑战。为了解决这个问题，我们已经发展出一种树枝状硼酸功能化磁性纳米材料[参见Chem.Sci.2013,4,4298-4303]。但是结合力远未达到常规的抗体水平，也不能直接在中性或弱酸性的条件下使用，所以，进一步发展中性或弱酸性条件下更高亲和力的硼酸功能化材料是至关重要的，值得深入研究及探讨。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，即为了克服现有硼酸功能化材料亲和力弱的缺点，本发明的目的在于利用纳米孔道提高协同作用的原理制备出一种新型的柔性树枝状硼酸功能化整体柱，该树枝状硼酸功能化整体柱作为一种高亲和力、高容量的柔性树枝状硼酸功能化整体柱，能够直接在复杂样品中对含顺式二羟基结构的生物分子(如低丰度的糖蛋白和糖类化合物等)进行分离、富集和纯化等应用。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种树枝状硼酸功能化整体柱，它是在基础整体柱孔表面键合柔性树枝状高分子后经过取代硼酸功能化得到的柔性树枝状硼酸功能化整体柱。

较佳的，所述基础整体柱为有机聚合物整体柱。优选的，所述有机聚合物整体柱选自环氧基功能化的有机聚合物整体柱或者其他含有活性基团的有机聚合物整体柱中的任意一种。

更优选的，所述其他含有活性基团的有机聚合物整体柱选自羧基功能化，巯基功能化，氨基功能化，羟基功能化以及醛基功能化的整体柱中的任意一种。

更优选的，所述有机聚合物整体柱为环氧基功能化的有机聚合物整体柱。

较佳的，所述柔性树枝状高分子选自聚乙烯亚胺-树枝状高分子或者其他的树枝状高分子中的任意一种。

优选的，所述柔性树枝状高分子为聚乙烯亚胺-树枝状高分子(PEI)。

更优选的，所述聚乙烯亚胺-树枝状高分子的分子量选自600、1800、10000和70000中的任意一种。

较佳的，所述取代硼酸选自甲酰基苯硼酸或羧基苯硼酸中的任意一种。所述取代硼酸含强吸电子基团。

优选的，所述取代硼酸为2,4-二氟-3-甲酰基苯硼酸(DFFPBA)。

优选的，所述取代硼酸的还原剂为氰基硼氢化钠(NaCNBH₃)。

由于柔性树枝状高分子含有大量的表面官能团，经硼酸修饰后，整体柱孔表面含有高密度的硼酸基团，能对富含顺式二羟基的生物分子如糖蛋白和聚糖等产生多价协同结合，从而显著提高作用力，同时能提高小分子糖的结合容量。

本发明还公开了一种树枝状硼酸功能化整体柱的制备方法，具体包括以下步骤：