一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球制造技术

本发明专利技术公开了一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，首先使用一种双功能交联剂对多糖原料进行修饰，然后将其与未修饰原料混合，乳化成球后，经后期活化，实现微球内部的交联；修饰多糖链通过在凝胶纤维束内部以及纤维束之间形成共价交联键，大大提高了凝胶微球的机械强度；而未修饰多糖链上含有大量羟基，有利于凝胶化过程中氢键的形成，起到骨架支撑的作用，维系凝胶固化形成的大孔网络结构，有效避免微球的收缩和变形。所得凝胶微球不但具有天然多糖赋予的优良性能，而且在骨架刚性和操作流速上具有显著优势，是一种理想的工业化层析分离填料。

A high strength polysaccharide gel microsphere for chromatographic separation of fillers

The invention discloses a high strength polysaccharide gel microsphere which can be used for chromatographic separation of fillers. Firstly, a polysaccharide cross-linking agent is used to modify polysaccharide raw materials, then mixed with unmodified raw materials, and then emulsified into balls, and then activated by microspheres to achieve crosslinking inside the microspheres. The formation of covalent crosslinking bonds between the inner and the fiber bundles greatly enhanced the mechanical strength of the gel microspheres, while the unmodified polysaccharide chains contained large amounts of hydroxyl groups, which contributed to the formation of hydrogen bonds in the gelation process, played the role of skeleton support, maintained the macroporous network structure formed by gel solidification, and effectively avoided the shrinkage and change of the microspheres. Shape. The obtained gel microspheres not only have excellent properties endowed with natural polysaccharides, but also have obvious advantages in skeleton rigidity and operation speed, and are ideal industrial chromatographic separation packings.

【技术实现步骤摘要】
一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球
本专利技术涉及层析分离材料
，具体为一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球。
技术介绍
天然多糖富含羟基，亲水性很强，与生物大分子具有良好的相容性，在生物大分子分离领域占据核心地位。尤其是凝胶类的多糖分离介质，其在溶胀状态下具有大孔网络结构，对于生物大分子的分离纯化具有特殊的优越性。然而多糖凝胶的骨架结构主要由氢键维系，虽然有一定的机械强度，但与无机物微球和其他有机聚合物微球相比颗粒相对较软，因此被称为“软基质”。当用作分离介质时，在压力较大的情况下，这类“软基质”容易出现压紧和堵塞层析柱造成流动困难的现象，尤其在大规模层析，要求流速很高的时候，这一缺点更为明显。化学交联是增加多糖凝胶骨架刚性的有效方法，通过向凝胶微球中引入具有一定链长的交联剂分子，将氢键作用转化为共价键作用，使得凝胶骨架刚性和化学稳定性大幅度提高。分离介质的机械强度越高，有利于在高流速下高负载量地分离目标产物，可以大大提高生产效率。有关交联方法的专利和文献报道很多，常用的交联剂都是一些含有活泼的双官能基团的化合物（如环氧氯丙烷、2,3-二溴丙醇、丁二醇双缩水甘油醚）及分子两端带有活泼Cl、Br等基团的物质。现有技术中多数是先向多糖链的两个结合位点间引入长链交联剂，实现多糖纤维束之间的初步捆绑；在此基础上，再引入短链交联剂，进行纤维束内部的交联，所得多糖微球的最大操作流速有了进一步提高。上述传统交联方法的共同点在于，首先制备凝胶微球，将其分散于水中充分溶胀，然后加入交联剂进行交联。由于交联剂一般为油溶性的，在水中溶解度很低，而且交联剂要靠扩散进入已经形成的凝胶网络结构内部才能与多糖链上的羟基发生反应，因此反应速度很慢，交联度很难进一步提升，无法满足大规模生产对介质骨架刚性方面的要求。在油相中交联有利于提高反应体系中交联剂的溶解度，但是多糖凝胶在油相中难以溶胀，即微球在收缩状态下交联，虽然交联度很高，但所得凝胶微球不再具有大孔网络结构，在生物大分子的分离纯化中应用受限。
技术实现思路
本专利技术提供一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，可以有效解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，所述可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，具有半刚性的骨架结构，最大流速为2500cm/h。所述多糖类凝胶微球机械强度大幅度提高，能够在最大流速2500/h的情况下正常操作和实现快速高效层析分离。所述多糖类凝胶微球作为层析分离填料时最大流速可达到2500cm/h，远远大于现有填料的最大流速。所述多糖优选天然多糖，典型但非限制性的多糖例如有淀粉、糖元、壳多糖、菊糖、琼脂糖、葡聚糖、魔芋葡甘聚糖和露聚糖，作为优选方案，所述多糖进一步优选琼脂糖、葡聚糖或魔芋葡甘聚糖中的任意一种，更进一步优选琼脂糖。本专利技术的目的之二在于提供一种如上所述的多糖类凝胶微球的制备方法，所述方法包括：（1）多糖原料的修饰：配制多糖溶液，并加入双功能交联剂，在碱性条件下，其一端的活性基团与多糖链上的羟基反应，然后调节pH至中性，终止反应，加入保护剂和聚乙二醇，亲水性的多糖链沉淀析出，将离心得到的沉淀干燥，得到修饰的多糖原料；（2）共混制备双功能交联剂修饰的多糖微球：将步骤（1）得到的修饰的多糖原料和未修饰的多糖原料混合溶于水，得到共混多糖溶液，将其分散在溶解有乳化剂的油相中，乳化，固化得到双功能交联剂修饰的多糖微球；（3）双功能交联剂修饰的多糖微球的活化和交联：将步骤（2）得到的双功能交联剂修饰的多糖微球溶于水中，加入活化剂活化双功能交联剂的惰性基团，然后调节pH至碱性条件，双功能交联剂的惰性基团和多糖链上的羟基反应，得到高强度多糖类凝胶微球。作为优选技术方案，步骤（1）中的保护剂为缓冲物质、盐类和小分子糖类物质，其浓度为多糖的重量百分比的0-12%。作为优选技术方案，步骤（3）得到多糖类凝胶微球后还可任选进行：（4）采用交联剂对步骤（3）得到的多糖类凝胶微球继续交联至少一次，优选一次或两次。通过步骤（4）对凝胶微球的进一步交联，可进一步提高所述微球的交联度，使所述微球的强度得以进一步的提高。步骤（1）首先配制多糖溶液，所述溶液的溶剂本领域技术人员可根据溶解性的知识进行选择，本专利技术中优选采用水作为溶剂。步骤（1）中多糖溶液的浓度为0.1-20%（w/v），例如1%、3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、18%、19%，优选1-20%（w/v），进一步优选2-15%（w/v）。因为，当将少量的多糖放入溶剂中时，所述溶剂的体积基本不变，所述多糖溶液的体积即为溶剂的体积。因此，本专利技术所述多糖溶液的浓度为0.1-20%（w/v），意指多糖的质量与溶液溶剂的体积比，例如多糖的质量与水的体积比。优选地，所述双功能交联剂至少含有一个活性基团和一个惰性基团，所述活性基团可以直接和多糖链上羟基反应，所述惰性基团经活化后可以和多糖链上羟基反应。所述活性基团例如卤素基团或/和环氧基团，所述惰性基团例如烯丙基和/或乙烯基。与羟基可以发生反应的基团为本领域技术人员所应掌握的专业知识，其完全有能力根据现有技术或新技术明了哪些基团可以直接和羟基反应，哪些基团在活化之前不能与羟基反应，需经活化后才可以和羟基进行反应。因此，本领域技术人员完全可以根据自己所掌握的知识以及现有技术或新技术所公开的
技术实现思路
自行选择活性基团和惰性基团，进而确定需要选择的双功能交联剂。作为优选技术方案，本专利技术所述双功能交联剂选自烯丙基缩水甘油醚、烯丙基溴、甲基丙烯酸缩水甘油醚、4-乙烯基环氧环己烷或肉桂酰氯中的任意一种，作为优选技术方案，所述双功能交联剂更进一步优选为烯丙基缩水甘油醚或烯丙基溴。所述惰性基团烯丙基或者乙烯基的活化为已有技术，本专利技术在此不再赘述，本领域技术人员可以根据自己掌握的知识以及现有技术或者新技术公开的内容具体选择如何进行所述活化反应。优选地，所述交联剂的体积占多糖溶液体积的1-50%，例如5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%，优选5-25%，进一步优选10-20%。步骤（1）所述反应在碱性条件下进行反应，其中，OH-的浓度为0.05-5mol/L，例如0.25mol/L、0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、3.5mol/L、4mol/L、4.5mol/L、4.8mol/L、4.9mol/L，优选0.2-2mol/L，进一步优选1mol/L。所述碱性条件可以通过添加KOH、NaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2或氨水中的一种或者至少两种的混合物等碱性物质实现。优选地，步骤（1）所述反应的温度为40-100℃，例如45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、80℃、90℃、95℃、96℃、98℃，优选50-90℃，进一步优选55-80℃。优选地，步骤（1）所述反应的时间为0.5-10h，例如0.8h、1.2h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h，优选1-9h，进一步优选2-8h。所述反应优选在搅拌条件下进行。达到反应时间后，调节pH至中性，终止反应。例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，其特征在于：所述凝胶微球具有半刚性的骨架结构，最大流速为2500cm/h；所述多糖优选天然多糖，进一步优选琼脂糖、葡聚糖或魔芋葡甘聚糖中的任意一种，更进一步优选琼脂糖。

【技术特征摘要】
1.一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，其特征在于：所述凝胶微球具有半刚性的骨架结构，最大流速为2500cm/h；所述多糖优选天然多糖，进一步优选琼脂糖、葡聚糖或魔芋葡甘聚糖中的任意一种，更进一步优选琼脂糖。2.根据权利要求1所述的一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，其特征在于：所述的凝胶微球的制备方法，包括以下步骤，（1）多糖原料的修饰：配制多糖溶液，并加入双功能交联剂，在碱性条件下，其一端的活性基团与多糖链上的羟基反应，然后调节pH至中性，终止反应，加入保护剂和聚乙二醇，亲水性的多糖链沉淀析出，将离心得到的沉淀干燥，得到修饰的多糖原料；（2）共混制备双功能交联剂修饰的多糖微球：将步骤（1）得到的修饰的多糖原料和未修饰的多糖原料混合溶于水，得到共混多糖溶液，将其分散在溶解有乳化剂的油相中，乳化，固化得到双功能交联剂修饰的多糖微球；（3）双功能交联剂修饰的多糖微球的活化和交联：将步骤（2）得到的双功能交联剂修饰的多糖微球溶于水中，加入活化剂活化双功能交联剂的惰性基团，然后调节pH至碱性条件，双功能交联剂的惰性基团和多糖链上的羟基反应，得到高强度多糖类凝胶微球。3.根据权利要求2所述的一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，其特征在于：步骤（1）中的保护剂为缓冲物质、盐类和小分子糖类物质，其浓度为多糖的重量百分比的0-12%。4.根据权利要求2所述的一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，其特征在于：步骤（3）后任选进行：（4）采用交联剂对步骤（3）得到的多糖类凝胶微球继续交联至少一次，优选一次或两次。5.根据权利要求2所述的一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，其特征在于：步骤（1）中多糖溶液的浓度为0.1-20%（w/v），优选1-20%（w/v），进一步优选2-15%（w/v）；优选地，所述双功能交联剂至少含有一个活性基团和一个惰性基团，所述活性基团可以直接和多糖链上羟基反应，所述惰性基团经活化后可以和多糖链上羟基反应，进一步优选所述双功能交联剂选自烯丙基缩水甘油醚、烯丙基溴、甲基丙烯酸缩水甘油醚、4-乙烯基环氧环己烷或肉桂酰氯中的任意一种，更进一步优选为烯丙基缩水甘油醚或烯丙基溴；优选地，所述双功能交联剂的体积占多糖溶液体积的1-50%，优选5-25%，进一步优选10-20%；优选地，步骤（1）所述碱性条件下，OH-的浓度为0.05-5mol/L，优选0.2-2mol/L，进一步优选1mol/L；优选地，步骤（1）所述反应的温度为40-100℃，优选50-90℃，进一步优选55-80℃；优选地，步骤（1）所述反应的时间为0.5-10h，优选1-9h，进一步优选2-8h。6.根据权利要求2所述的一种可用于层析分离填料的高强度多糖类凝胶微球，其特征在于：通过加入冰醋酸调节pH至中性，优选60%冰醋酸；优选地，步骤（1）所述干燥选自真空干燥、喷雾干燥或冷冻干燥中的任意一种，优选冷冻干燥；优选地，所述冷冻干燥的方法为：将沉淀在-70℃下预冻2小时，然后在真空状态下干燥至少24小时；优选地，步骤（2）修饰的多糖原料质量占共混多糖总质量的10-95wt%，优选40-90wt%，进一步优选50-80wt%；优选地，步骤（2）所述共混多糖溶液的浓度为0.1-20%（w/v），优选1-15%（w/v），进一步优选2-10%（w/v）；优选地，步骤（2）所述乳化剂优选油溶性乳化剂，进一步优选自Span80，Arlacel83，P...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊丰林，
申请(专利权)人：江苏珐玛赛谱生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32