Метод за производство на нанохибриден материал за функционално разделяне, базиран на
Изобретението се отнася до областта на материалознанието и аналитичната химия. Нанохибридният материал за функционално разделяне съдържа златни наночастици, ковалентно фиксирани върху носителя и съдържащи сяра органични лиганди, ковалентно фиксирани върху повърхността на златните наночастици. Изобретението осигурява повишаване на ефективността на сепарационния материал. 3 т.п. f-ly, 6 ил., 4 pr.
Чертежи към патент България 2543170
Изобретението се отнася до областта на материалознанието, както и до аналитичната химия. Изобретението може да се използва за получаване на материали както за разделяне на рацемати на оптично активни съединения в хроматографията, така и за изолиране на отделни изомери и контрол на енантиомерната чистота (например аминокиселини, пестициди и други биологично активни съединения).
Известни са функционални сепарационни материали за разделяне на рацемични смеси, получени чрез имобилизация чрез адсорбция на хидрофобни производни на оптически активни аминокиселини върху минерален носител (патент на САЩ № 4851382 от 25.07.1989 г.). Като носител се използва SiO2. Модификацията се извършва в динамичен режим с аминокиселинно производно, последвано от координиране на метални (медни) йони върху повърхността на носителя. Максималният коефициент на селективност се наблюдава при разделяне на смес от енантиомери на глутаминова киселина и възлиза на 1,64. Такива сорбенти са нестабилни във водно-органични и органични подвижни фази, а методите за тяхното получаване са доста сложни.
Целите, които трябва да бъдат решени от претендираното изобретение, са увеличаване на експлоатационния живот и увеличаванеефективност на сепарационния материал.
При решаването на този проблем се постигат следните технически резултати: а) повишаване на стабилността на разделителния материал (по време на работа материалът запазва сорбционните си свойства за дълго време); б) увеличаване на съдържанието на наночастици върху повърхността на носителя.
Тези технически резултати се постигат с помощта на нанохибриден материал за функционално разделяне на базата на модифициран носител и модифицирани метални наночастици, включително носител с метални наночастици, ковалентно фиксирани върху него и съдържащи сяра органични лиганди, ковалентно фиксирани върху повърхността на метални наночастици.
Нанохибридният материал за функционално разделяне проявява най-стабилни сорбционни свойства, когато се използват тиоли и дисулфиди като съдържащи сяра съединения, както и съдържащи сяра аминокиселини, например L-цистеин, техните производни и високомолекулни съединения - полипептиди и протеини.
Като носител могат да се използват органични и неорганични носители, включително полистирен, силициев оксид, алуминиев оксид.
Като метални наночастици могат да се използват наночастици от злато, сребро, мед и паладий.
Нанохибриден материал за функционално разделяне може да се получи, като се използва следният метод: металните наночастици се ковалентно фиксират върху носител, след което сяросъдържащите органични лиганди (например тиоли, дисулфиди, сяросъдържащи аминокиселини, производни на сяросъдържащи аминокиселини) се ковалентно фиксират върху повърхността на металните наночастици.
За да се осигури ковалентна фиксация на метални наночастици, носителят е предварително модифициран с органосилициево съединение, напр.органосилициево съединение, съдържащо -SH или -NH2 група.
Металните наночастици се фиксират върху носителя чрез третиране на модифицирания носител с колоиден разтвор на метални наночастици.
Същността на изобретението е илюстрирана с илюстративни материали.
Фигура 1 показва общата схема за получаване на нанохибриден материал за функционално разделяне.
Фигура 2 показва хроматограмата на разделянето на смес от аминопиридини върху колона, пълна с нанохибриден функционален материал на базата на аминиран силициев оксид и златни наночастици, модифицирани с L-цистеин. Цифрите показват: 1-2-аминопиридин, 2-3-аминопиридин, 3-4-аминопиридин.
Фигура 3 показва хроматограмата на отделянето на надолол върху колона, пълна с нанохибриден функционален материал на базата на тиолиран силициев диоксид и златни наночастици, модифицирани с говежди суроватъчен протеин.
Фигура 4 показва микрографии на повърхността на нанохибриден материал за функционално разделяне, получен чрез прототипния метод, използващ силициев оксид, златни наночастици и L-цистеин, микрографии, получени чрез сканираща електронна микроскопия (SEM).
Фигура 5 показва микрографии на повърхността на нанохибридния материал за функционално разделяне, получен по метода, описан в пример 1, микрографии, получени чрез SEM.
Фигура 6 показва микрографии на повърхността на нанохибридния материал за функционално разделяне, получен по метода, описан в пример 2, микрографии, получени чрез SEM.
Изобретението е илюстрирано с примери на алтернативни изпълнения.
Пример 1. Получаване на нанохибриден функционален материал на базата на тиолиран силициев оксид и златни наночастици,модифициран с L-цистеин
Получаването на носител - модифициран силициев оксид - се извършва съгласно схемата, показана на фиг.1. Претеглена порция силициев оксид (2 g) с диаметър на частиците 5 μm се суспендира в 300 ml прясно дестилиран толуен, довежда се до кипене, добавя се 3-меркаптопропилтриетоксисилан (MPTS) и се вари 4 часа в аргонова атмосфера, след което се филтрира. Полученият тиолиран силикагел се суспендира в 200 ml колоиден разтвор на златни наночастици със среден размер 10 nm (концентрация на разтвора от 10 11 частици в един милилитър) при старателно разбъркване с помощта на механична горна бъркалка при стайна температура. Сместа се разбърква в продължение на един час, филтрува се и се промива последователно с вода и етанол, за да се получи тиолиран силициев диоксид с ковалентно прикрепени към него златни наночастици. Полученият силициев оксид се суспендира в 0,01 М разтвор на органичен сяросъдържащ лиганд - L цистеин. Сместа се разбърква в продължение на един час, филтрува се и се промива последователно с вода и етилов алкохол. Резултатът е силициев оксид, модифициран със златни наночастици, стабилизирани от функционален сяросъдържащ органичен лиганд.
Пример 2. Получаване на нанохибриден функционален материал на базата на аминиран силициев оксид и златни наночастици, модифицирани с L-цистеин
Получаването на нанохибриден функционален материал се извършва аналогично на пример 1, но вместо 3-меркаптопропилтриетоксисилан се използва 3-амино-пропилтриетоксисилан (APTS).
Пример 3. Получаване на нанохибриден функционален материал на базата на тиолиран силициев оксид и златни наночастици, модифицирани с говежди суроватъчен протеин
Получаване на тиолиран силициев диоксид с ковалентензлатни наночастици, фиксирани върху него, се извършват аналогично на пример 1. След това полученият модифициран силициев оксид се суспендира в 0.1 М буферен разтвор, съдържащ органичен лиганд с високо молекулно тегло, съдържащ сяра - говежди суроватъчен протеин. Сместа се разбърква в продължение на един час, филтрува се и се промива последователно с буферен разтвор и вода. Резултатът е силициев оксид, модифициран със златни наночастици, стабилизирани от функционален органичен лиганд с високо молекулно тегло.
Пример 4. Получаване на нанохибриден функционален материал на базата на аминиран силициев оксид и златни наночастици, стабилизирани с говежди суроватъчен протеин
Получаването на нанохибриден функционален материал се извършва аналогично на пример 3, но вместо 3-меркаптопропилтриетоксисилан се използва 3-амино-пропилтриетоксисилан (APTS).
Нанохибридните материали за функционално разделяне могат да се използват, както следва: материалът се пакетира в 4,6 × 100 mm хроматографска колона при налягане от 200-300 bar. Разделянето на колони, напълнени със сорбент, съдържащ лиганди с ниско молекулно тегло, се извършва с помощта на водни и неводни подвижни фази - в обърната фаза, нормална фаза или полярна органична хроматография. Разделянето на колони, напълнени със сорбент, съдържащ лиганди с високо молекулно тегло, се извършва с помощта на водни подвижни фази - при хроматография с обърната фаза.
Смес от аминопиридинови производни се разделя на колона (4,6 × 100 mm) с нанохибриден функционален материал на базата на аминиран силициев оксид и L-цистеин-модифицирани златни наночастици в нормална фаза HPLC, като се използва подвижна фаза от хексан/изопропанол (90/10vol%) при скорост на потока от 1 ml/min. Откриването се извършва със спектрофотометричен детектор при дължина на вълната 230 nm. Ефективността на предложения нанохибриден функционален материал като сорбент се потвърждава от хроматограмата, показана на фиг.2. При многократно повторение на анализа (повече от 2000 пъти) сорбентът не губи хроматографските си свойства. Когато се тества при подобни условия, ефективността на хроматографското разделяне с помощта на материала, направен съгласно прототипния метод, значително се влошава след 1000 повторения на анализа поради измиването на модифицираните златни наночастици.
Енантиомерите на P-блокера надолол бяха разделени на колона (4,6 x 100 mm) с нанохибриден функционален материал на базата на тиолиран силициев диоксид и златни наночастици, модифицирани с говежди суроватъчен протеин в HPLC с обратна фаза, използвайки подвижна фаза от фосфатен буферен разтвор (pH 7,5; 20 mM) / изопропанол (96/4 об.%) при скорост на потока 1 ml/min. Откриването се извършва със спектрофотометричен детектор при дължина на вълната 275 nm. Ефективността на предложения нанохибриден функционален материал като сорбент се потвърждава от хроматограмата, показана на фиг.3. При многократно повторение на анализа (повече от 2000 пъти) сорбентът не губи хроматографските си свойства. Когато се тества при подобни условия, ефективността на хроматографското разделяне с помощта на материала, направен съгласно прототипния метод, значително се влошава след 1000 повторения на анализа поради измиването на модифицираните златни наночастици.
Така във всички случаи е постигнат техническият резултат, който се състои в повишаване на стабилността на сепарационния материал.
Използването на стабилни нанохибридни функционални разделителни материали, получени по заявения метод, позволява разделянето на широк спектър от съединения, включително разделянето на изомери на оптично активни съединения, по-специално тези, принадлежащи към класовете блокери на N-хидроксипропиламин) и профени, широко използвани във фармакологията и медицината.
Предварителната модификация на силикагел с 3-аминопропилтриетоксисилан или 3-меркаптопропилтриетоксисилан води до значително увеличаване на покритието на силикагел със златни наночастици поради образуването на силни Au-S ковалентни връзки или Au-N ковалентни донорно-акцепторни връзки. Данните от SEM показват значително увеличение в степента на покритие на повърхността на силикагела със златни наночастици, като максималното покритие се наблюдава в случай на третиране на силикагел MPTS (фигура 4-6). Според атомно-абсорбционна спектроскопия върху модифицираната повърхност на силикагел при условията на обработка, описани в примери 1 и 2, почти всички златни наночастици, въведени в реакцията, са фиксирани. По този начин, когато се използва претендираният метод за получаване на нанохибридни материали за функционално разделяне, се постига технически резултат, който се състои в увеличаване на съдържанието на наночастици върху повърхността на носителя.
ИСК
1. Нанохибриден материал за функционално разделяне на базата на модифициран носител и модифицирани метални наночастици, включително носител с фиксирани върху него златни наночастици и съдържащи сяра органични лиганди, ковалентно фиксирани върху повърхността на златните наночастици, докато златните наночастици са ковалентно фиксирани върху повърхността на носителя.
2. Материалът съгласно претенция 1, където съдържащите сяра органични лиганди са избрани от групата, включващасяросъдържащи аминокиселини, техните производни и високомолекулни съединения - протеини.
3. Материал съгласно претенция 1, където носителят е избран от групата, състояща се от силициеви оксиди.
4. Материал съгласно претенция 1, където металът е избран от групата, състояща се от злато.