核殼球形材料的專利技術發展綜述

谷雨+陳達

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

關鍵詞核殼；球形材料；合成

1核殼球形材料簡介

為了同時滿足低傳質阻抗和高分離效率，核殼型材料的概念被提出，它由堅硬的內核和多孔外殼組成，待分析物進入核殼型材料填充的色譜柱后，只需單純通過環繞在填料顆粒表面的薄的多孔殼層。這比通過整個全多孔填料顆粒的擴散要快，待分析物在填料顆粒孔道和流動相二者之間的平衡時間得以減少，即減少傳質阻抗。核殼型結構材料的構想最初由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

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，學術界才開始對核殼材料掀起新一輪熱潮，特別是2006年研發出了2.7μm Halo填料的核殼顆粒，專利申請量穩步上升。就專利申請的國別來說，中國申請量占據較大部分。日本美國等色譜巨頭公司在研究上也占優勢，參見.圖1。

3核殼材料的發展歷程

第一代核殼填料誕生于20世紀中期，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。對于聚苯乙烯樣品的分離來說，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公司研發出了2.7μm的Halo核殼顆粒（W02007/095158A3），帶來了核殼顆粒真正成功。1.7μm內核與0.5μm厚的多孔外殼的構型可以有效克服低載樣量的缺陷，殼層占據顆粒75%的體積。2009年Phenomenex公司研發出了2.6μm核殼顆粒和1.7μmKinetex顆粒填料，對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出高效的分離性能，且柱長在5cm～25cm的范圍，理論塔板數較好。近年來也研究了有著不同內核外殼比例的相同型號顆粒：2011年Agilent公司研發出了新型的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，理論塔板數與3～4μm的全多孔顆粒類似。

4核殼材料的合成機理

核殼結構顆粒由內核與外殼組成，通常由兩步反應合成。首先合成內核，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）中將無孔硅膠顆粒或內核與硅膠溶膠混合，高溫高壓下噴霧。多層組裝法是指堅硬的硅膠內核通過電荷相吸原理被帶電膠質顆粒或聚合物的外層包裹，通過變換包裹的層數來得到一定大小的顆粒用傳統的方法制備出的單分散硅膠微球是最常見的核殼顆粒反應種子，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也是硅膠。核殼結構顆粒的種子多為不足2μm的無孔球形單分散硅膠顆粒，它可由經典的Stober法合成。一般的合成路線為：將無孔硅膠顆粒分散在醇水混合系統中，加入氨水創造堿性環境，使得無孔硅膠表面的硅醇基帶負電，加入陽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孔硅膠結合，硅源則在吸附了表面活性劑的無孔硅膠表層水解縮合形成殼層。將所得產物離心，并作為下一步反應的種子顆粒，重復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。反應中可以根據需要調整反應物種類和濃度、反應溫度和反應時間。對于小于2μm的內核，得到的顆粒表面球形形貌不佳。

5結論

本文對色譜填料中的新趨勢一核殼型色譜填料的技術發展進行了梳理，闡述了這一方面的專利申請的全球發展趨勢、在各國的分布情況。為達到更好的理論塔板數和柱效，合成出具有規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、孔率孔徑和官能團附著量將是核殼色譜填料研究的重心，尤其是在蛋白質組學分析和快速色譜分析方面。因此，了解這一技術領域的專利發展情況無論對于專利的審查以及企業的發展方向都具有一定的指導作用。endprint