核殼球形材料的專利技術(shù)發(fā)展綜述

谷雨+陳達(dá)

摘要本文從專利角度介紹了核殼球形材料的發(fā)展情況以及研究方向，并對(duì)核殼材料的主要申請(qǐng)人、發(fā)展歷程和合成方法作介紹。

關(guān)鍵詞核殼；球形材料；合成

1核殼球形材料簡(jiǎn)介

為了同時(shí)滿足低傳質(zhì)阻抗和高分離效率，核殼型材料的概念被提出，它由堅(jiān)硬的內(nèi)核和多孔外殼組成，待分析物進(jìn)入核殼型材料填充的色譜柱后，只需單純通過(guò)環(huán)繞在填料顆粒表面的薄的多孔殼層。這比通過(guò)整個(gè)全多孔填料顆粒的擴(kuò)散要快，待分析物在填料顆?？椎篮土鲃?dòng)相二者之間的平衡時(shí)間得以減少，即減少傳質(zhì)阻抗。核殼型結(jié)構(gòu)材料的構(gòu)想最初由Horvdth于1960年提出，至2006年，AifiT公司成功合成了核殼型的固定相，掀起了新一輪的研究熱潮。

2核殼球形材料專利申請(qǐng)

核殼型顆粒的概念于40年前提出，這一類材料約30～50μm，可用于離子交換色譜。直至近5年來(lái)，學(xué)術(shù)界才開(kāi)始對(duì)核殼材料掀起新一輪熱潮，特別是2006年研發(fā)出了2.7μm Halo填料的核殼顆粒，專利申請(qǐng)量穩(wěn)步上升。就專利申請(qǐng)的國(guó)別來(lái)說(shuō)，中國(guó)申請(qǐng)量占據(jù)較大部分。日本美國(guó)等色譜巨頭公司在研究上也占優(yōu)勢(shì)，參見(jiàn).圖1。

3核殼材料的發(fā)展歷程

第一代核殼填料誕生于20世紀(jì)中期，以37～50μm的Corasil I和Corasil II

Zipax和50 μm的Pellicosil為代表。核殼型顆粒逐漸變小，有活性的殼層縮短至0.5μm，被用于蛋白質(zhì)和肽類的快速分離，商品柱引入了3種新生代精密的核殼填料：Poroshell，Halo（W02007/095158A3）和Kinetex。對(duì)于聚苯乙烯樣品的分離來(lái)說(shuō)，隨著待分析物分子量增加，Poroshell核殼柱比一般的全多孔色譜柱柱效降低得更慢。2006年Advanced Material Technologies公司研發(fā)出了2.7μm的Halo核殼顆粒（W02007/095158A3），帶來(lái)了核殼顆粒真正成功。1.7μm內(nèi)核與0.5μm厚的多孔外殼的構(gòu)型可以有效克服低載樣量的缺陷，殼層占據(jù)顆粒75%的體積。2009年P(guān)henomenex公司研發(fā)出了2.6μm核殼顆粒和1.7μmKinetex顆粒填料，對(duì)于中等分子量的化合物其范式方程曲線較為平緩。相比于不足2μm的全多孔型顆粒和其他較厚殼層的核殼型填料，Kinetex核殼填料柱在高的線速度條件下亦可表現(xiàn)出高效的分離性能，且柱長(zhǎng)在5cm～25cm的范圍，理論塔板數(shù)較好。近年來(lái)也研究了有著不同內(nèi)核外殼比例的相同型號(hào)顆粒：2011年Agilent公司研發(fā)出了新型的2.7μm Poroshell 120，Advanced MaterialTechnologies公司相繼推出第二代2.7μmHalo-ES-肽類核殼顆粒，它在分離肽類和小分子化合物方面有著很好的性能，理論塔板數(shù)與3～4μm的全多孔顆粒類似。

4核殼材料的合成機(jī)理

核殼結(jié)構(gòu)顆粒由內(nèi)核與外殼組成，通常由兩步反應(yīng)合成。首先合成內(nèi)核，再合成外殼。合成方法有沉降法、噴霧干燥法、聚合法和多層自組裝法。

噴霧干燥法（U.S.Patnet

Publ.№.2007/0189944AI）中將無(wú)孔硅膠顆?；騼?nèi)核與硅膠溶膠混合，高溫高壓下噴霧。多層組裝法是指堅(jiān)硬的硅膠內(nèi)核通過(guò)電荷相吸原理被帶電膠質(zhì)顆?；蚓酆衔锏耐鈱影?，通過(guò)變換包裹的層數(shù)來(lái)得到一定大小的顆粒用傳統(tǒng)的方法制備出的單分散硅膠微球是最常見(jiàn)的核殼顆粒反應(yīng)種子，介孔的外殼即可隨后在硅球表面形成，外殼最常用的的基質(zhì)也是硅膠。核殼結(jié)構(gòu)顆粒的種子多為不足2μm的無(wú)孔球形單分散硅膠顆粒，它可由經(jīng)典的Stober法合成。一般的合成路線為：將無(wú)孔硅膠顆粒分散在醇水混合系統(tǒng)中，加入氨水創(chuàng)造堿性環(huán)境，使得無(wú)孔硅膠表面的硅醇基帶負(fù)電，加入陽(yáng)離子表面活性劑和非離子表面活性劑的混合溶液之后，C18TA依靠靜電吸附作用與無(wú)孔硅膠結(jié)合，硅源則在吸附了表面活性劑的無(wú)孔硅膠表層水解縮合形成殼層。將所得產(chǎn)物離心，并作為下一步反應(yīng)的種子顆粒，重復(fù)幾次直到得到所需厚度的殼層。酸性乙醇或高溫煅燒去除模板劑，得到含有多層殼層的核殼顆粒。反應(yīng)中可以根據(jù)需要調(diào)整反應(yīng)物種類和濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間。對(duì)于小于2μm的內(nèi)核，得到的顆粒表面球形形貌不佳。

5結(jié)論

本文對(duì)色譜填料中的新趨勢(shì)一核殼型色譜填料的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了梳理，闡述了這一方面的專利申請(qǐng)的全球發(fā)展趨勢(shì)、在各國(guó)的分布情況。為達(dá)到更好的理論塔板數(shù)和柱效，合成出具有規(guī)則均一球形形貌的核殼顆粒，更利于色譜分離分析的比表面積、孔率孔徑和官能團(tuán)附著量將是核殼色譜填料研究的重心，尤其是在蛋白質(zhì)組學(xué)分析和快速色譜分析方面。因此，了解這一技術(shù)領(lǐng)域的專利發(fā)展情況無(wú)論對(duì)于專利的審查以及企業(yè)的發(fā)展方向都具有一定的指導(dǎo)作用。endprint