从上世纪六十年代首次报道的薄壳型色谱材料,到如今广泛使用的全多孔及表面多孔微球,高性能球形填料的开发与制备始终是现代色谱材料研究的核心问题。然而,现代色谱工业中常用的微球制备方法在粒径控制方面仍存在明显的局限性,且微球内部的孔结构在合成时往往会受粒径与形貌的影响,这为色谱微球的精准制造带来了挑战。 最近,厦门大学张博团队开发了一种基于液滴微流体技术的精准制造策略,用于制备高性能的单分散色谱微球,并且拥有对微球的颗粒形态、孔道结构和材料化学性质的独立调控能力。通过该技术制备的微球展现出极窄的粒径分布(CV<3%)和极高的产率(~100%)。同时,该方法制备的色谱微球展现出优异的分离效率,可实现最低1.67的折合塔板高度(hmin)。 该芯片以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基材,单张芯片内集成了120个并行的流式聚焦液滴生成通道,最高能以240,000 Hz/chip的超高制造通量制备尺寸均一的液滴。
该工作以含有单体与致孔剂(TMOS、PEG、HAc等)的反应液作为分散相,EM 90作为表面活性剂的十六烷溶液作为连续相。通过调控连续相与分散相的相对流量,能够制备粒径5-11 µm的微球,各粒径微球均保持良好单分散性(CV < 3%)。该法所制色谱填料相比与传统Bulk法合成的多分散色谱填料在色谱性能上显著提升,这得益于其单分散特性带来的柱床多路径效应(A项)的大幅降低。 除此之外,液滴合成法还能在宽范围内独立调控微球孔道尺寸。通过调节致孔剂(PEG)的含量和分子量大小以及单体(TMOS)的水解交联速率,可分别实现无孔、介孔、大孔和灌流孔道微球的可控制备,对于各类分离场景具有极强普适性。此外,蛋白等生物大分子因同时具有尺寸排阻和反相保留两种保留机制,对填料孔道尺寸的精准控制可实现色谱选择性的精确调控,乃至逆转洗脱顺序。 除二氧化硅基质,有机硅(乙基桥联、苯基桥联二氧化硅)和过渡金属氧化物(ZrO2和TiO2)材质的单分散微球制备均在此平台成功实现,并用于各类碱性药物、芳香烃及磷酸腺苷等对象的分离。除应对高温高压等极端色谱条件外,基质材料的反应灵活性还将提供更丰富的色谱固定相化学库。 综上所述,张博团队利用液滴微流体技术,成功实现高性能分离材料的精准制造、高通量生产和多性能调控,此项研究将为绿色、精准的色谱科学与色谱工业发展奠定坚实的基础。 论文信息 Microfluidic Precision Manufacture of High Performance Liquid Chromatographic Microspheres Dr. Kaiyue Sun, Dr. Juxing Zeng, Dr. Ya Liu, Dr. Zhuoheng Zhou, Jikai Chen, Jiawei Chen, Xiangyu Huang, Dr. Fan Gao, Dr. Xin Wang, Dr. Xin Zhang, Dr. Xiaofei Wang, Prof. Dr. Sebastiaan Eeltink, Prof. Dr. Bo Zhang 厦门大学孙楷越博士、曾巨星博士后、刘娅博士和周拙恒博士(现为厦门大学-布鲁塞尔自由大学联合培养博士后)为共同第一作者,厦门大学张博副教授为通讯作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202418642