基于活性自由基聚合的选择性分离材料制备及其应用

王超展 *，邓亚楠，高琴，马娟，卫引茂

合成与天然功能分子化学教育部重点实验室，西北大学化学与材料科学学院，陕西西安，710127

E-mail: czwang@nwu.edu.cn

关键词：活性自由基聚合，硼酸亲和，限进材料，分子瓶刷，生物分析，环境分析

表面修饰是分离材料制备过程中的关键。将不同基团和性质的配体修饰共价修饰到基质表面是制备各种吸附分离材料的主要方法。近年来，采用各种组成和结构的聚合物对基质表面进行修饰已经成为分离材料制备中的热点。以原子转移自由基聚合（ATRP）和可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）为主的活性自由基聚合目前已发展为材料表面修饰的有力手段。通过采用不同组成和性质的单体、采用不同的聚合策略，可以制备出结构和性能新颖的高性能分离材料。

提高分离材料的选择性是分离材料制备中的主要内容之一。为了提高生物样品中小分子化合物的分析效率，发展了多种限进材料，以达到在分离富集小分子分析物的同时，排除蛋白质等生物大分子的影响。顺式二羟基化合物是一类很重要的生物分子，基于顺式二羟基和硼酸基团之间的高特异性相互作用是实现这一类分子高效分离富集的有效方法。我们采用RAFT，在基质表面接枝聚间丙烯酰胺基苯硼酸，制备了一种高容量硼酸亲和吸附剂，并将其用于小牛血清中核苷的富集，采用反相高效液相色谱-紫外检测分析[1]。在此基础上，我们进一步结合ATRP技术，制备了一种外层为亲水性分子瓶刷的硼酸限进材料，该材料对蛋白质具有很好的限进效果，并能够很好地吸附顺式二羟基类小分子，可用于生物样品的直接分析[2]。还以聚多巴胺包覆的磁性石墨烯为基质材料，采用ATRP方法，制得了一种具有更高吸附容量的硼亲和材料，并将所制备的硼亲和材料用于对尿样中儿茶酚胺类物质的分离富集[3]。此外，我们还将十八烷基链（C18）和ATRP引发剂同时固定在硅胶表面，通过ATRP技术在硅胶表面构建了含有邻二醇基团的蛋白屏蔽层，得到了一种高性能的反相限进材料[4]。

在分离富集中，人们通常利用的是化合物物理化学性质的差异，以获得目标物质的分离富集；然而，有些时候仅通过利用物质的物理化学性质差异，难以达到一些组成、结构和性质比较接近的化合物的分离，这时基于形状的差异来进行分离可能会得到较好的结果，因而形状选择性分离材料也受到了一定程度的重视。我们利用表面引发-原子转移自由基聚合（SI-ATRP）技术控制接枝聚合物的形貌，以磁性石墨烯为基质，将分子瓶刷型聚合物接枝在聚多巴胺包覆的磁性石墨烯表面，制备了新型反相吸附剂(magGO@bottlebrush)，同时研究了该吸附剂的分子形状选择性，结果表明，该吸附剂对非平面、非线性的物质具有较高的选择性。并将该吸附剂应用于实际水样中BPA和PCBs的分离与富集。

参考文献：

[1] Chaozhan Wang, Huanhuan Xu, Yinmao Wei, Analytica Chimica Acta, 2016, 902: 115-122.

[2] Huanhuan Xu, Chaozhan Wang, Yinmao Wei, Chinese Chemical Letters, 2018, 29: 521-523.

[3] Ya'nan Deng, Qin Gao, Juan Ma, Chaozhan Wang, Yinmao Wei, Microchimica Acta, 2018, 185: 1-8.

[4] Chaozhan Wang, Ming Li, Huanhuan Xu, Yinmao Wei, Journal of Chromatography A, 2014, 1343: 195–199.