用于样液分离的多功能滤芯的制备方法，及其滤芯和应用与流程

1.本发明涉及滤芯领域，尤其涉及一种用于样液分离的多功能滤芯的制备方法，及其滤芯和应用。


背景技术：

2.滤芯可广泛应用于生物医药、生命科学、临床诊断、化学分析、样本处理、气体过滤等领域。但目前的滤芯仅具有过滤的功能，功能较为单一。为了在过滤的同时实现吸附分离或萃取，方便装配等，需开发一种多功能滤芯，实现滤芯与吸附剂等的结合。
3.目前，业界有于滤芯中增加吸附剂填料以同时实现吸附和过滤功能。但采用传统的滤芯烧结工艺，吸附剂在滤芯内不能很好地按照设想进行分布，因而并不能较好的实现两种功能的结合。同时，滤芯内增加吸附剂填料之后，会有部分吸附剂填料被烧结在成型滤芯的外表面，容易出现吸附剂填料脱落的问题，从而污染样液或导致实验效果变差。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种用于样液分离的多功能滤芯的制备方法，其既能实现吸附性填料于滤芯中较佳的分布，又能避免吸附剂填料的脱落，可制得一种兼顾吸附和过滤功能的多功能滤芯，可用于生物或医药类样液分离。
5.为实现上述目的，本发明第一方面提供了用于样液分离的多功能滤芯的制备方法，包括步骤：
6.(1)按照配方比混合第一聚合物和吸附性填料成预烧混料；
7.(2)将预烧混料混匀后振动压缩得预烧料；
8.(3)将预烧料进行烧结得滤芯；
9.(4)滤芯冷却后于表面包覆第二聚合物膜。
10.本发明的多功能滤芯的制备方法中，将第一聚合物和吸附性填料混合后进行振动压缩可使第一聚合物和吸附性填料分散均匀，可使制得的多功能滤芯中吸附性填料较好的按照设想进行分布。烧结的滤芯表面包覆第二聚合物膜，不仅可防止处于外部的吸附性填料脱落而污染样液或导致实验效果差，还可减缓样液通过多功能滤芯的速度，从而实现样液在多功能滤芯中充分接触而实现目标物的分离，以提升分离效果。
11.作为一实施例，吸附性填料占第一聚合物和吸附性填料总重量的比例大于等于0.05％小于等于60％。
12.作为一实施例，吸附性填料为硅胶、活性铝、碳类吸附剂、分子筛、聚合物吸附剂或生物吸附剂。
13.作为一实施例，吸附性填料为hlb填料、wax填料、wcx填料、max填料、mcx填料、c18填料、c8填料、spe c4硅胶填料、silica硅胶填料、diol填料、cn填料、
carb-gcb填料、florisil填料、ala填料、aln填料、alb填料、scx填料、sax填料、nh2填料、psa填料和prs填料中的至少一种。
14.作为一实施例，第一聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯和聚乙烯中的至少一种。
15.作为一实施例，第二聚合物膜通过将第二聚合物溶解或分散于溶剂中得包覆液，再将包覆液设置于滤芯的表面干燥可得。
16.作为一实施例，第二聚合物选自硝酸纤维素、醋酸纤维素、聚醚砜和聚偏氟乙烯中的至少一种。
17.作为一实施例，溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、正戊烷、正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、邻苯二甲酸二甲酯、乙腈、n甲基吡咯烷酮、n,n二甲基甲酰胺、二氯甲烷和1,2二氯乙烷中的至少一种。
18.作为一实施例，混匀采用的设备转速为5r/min至200r/min，转动时间为0.5h至10h。
19.作为一实施例，振动采用的频率为5hz至200hz，振动时间为3s至600s。
20.作为一实施例，烧结的温度为110℃至250℃，时间为1.5min至50min。
21.作为一实施例，冷却的温度为3℃至35℃，时间为1.5min至50min
22.本发明第二方面提供了多功能滤芯，包括由第一聚合物和吸附性填料混合烧结而成的芯核和包裹芯核的包覆层。
23.本发明第三方面提供了用于样液分离的多功能滤芯的制备方法所制备的多功能滤芯于生物或医药类样液分离中的应用。
附图说明
24.图1为本发明的用于样液分离的多功能滤芯的制备方法所制备的多功能滤芯的示意图。
具体实施方式
25.本发明的多功能滤芯指具有多种功能的滤芯，包括但不限于过滤功能和吸附功能的结合。本发明的多功能滤芯尤其适用于生物或医药类样液的分离。
26.本发明的多功能滤芯100包括芯核10和包覆层30。芯核10由第一聚合物11和吸附性填料13混合烧结而成。原料中，吸附性填料占第一聚合物和吸附性填料总重量的比例大于等于0.05％小于等于60％。比例可但不限于为0.05％、0.1％、0.5％、1％、3％、5％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、33％、35％、40％、45％、50％、55％、60％。作为示例，吸附性填料占第一聚合物和吸附性填料总重量的比例为33％。第一聚合物10选自聚丙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。作为示例，第一聚合物10选自聚丙烯。常温下第一聚合物10可为颗粒状。吸附性填料13为硅胶、活性铝、碳类吸附剂、分子筛、聚合物吸附剂或生物吸附剂。作为示例的，吸附性填料13可为hlb填料、wax填料、wcx填料、max填料、mcx填料、c18填料、
c8填料、spe c4硅胶填料、silica硅胶填料、diol填料、cn填料、carb-gcb填料、florisil填料、ala填料、aln填料、alb填料、scx填料、sax填料、nh2填料、psa填料和prs填料中的至少一种。
27.其中，hlb填料为亲水亲脂平衡填料，由共聚合技术制备而成。含有特定比例的亲水基和疏水基，其疏水性的二乙烯基苯结构保留非极性化合物，亲水性的n-乙烯基吡咯烷酮结构保留极性化合物。该填料具有良好的水润湿性，可通过水相调节亲水-亲脂平衡，从而获得理想的选择性填料。
28.wax填料为弱阴离子交换填料，是以大孔ps/dvb为基质，经三级胺基修饰的混合型弱阴离子交换吸附剂，其苯环具有较强的疏水相互作用，三级胺基提供了弱阴离子交换能力。
29.wcx填料为弱阳离子交换填料，是以大孔ps/dvb为基质，经羧基修饰的混合型弱阳离子吸附剂，其苯环具有较强的疏水相互作用，羧基提供了弱阳离子交换能力。
30.max填料为混合型阴离子交换填料，是将季铵基键合到高度交联的ps/dvb表面得到的混合型强阴离子交换吸附剂，具有强阴离子交换和反相保留作用，适合酸性化合物的萃取。
31.mcx填料为混合型阳离子交换填料，是将磺酸基键合在高度交联的ps/dvb表面得到的混合型强阳离子交换吸附剂，具有反相和阳离子交换双重保留性能，对碱性化合物有良好的保留能力。
32.c18填料为封端十八烷基硅胶，是最常用的反相吸附剂，通过强疏水作用保留非极性化合物。该填料能保留大多数有机物，广泛用于环境、食品安全等领域。
33.c8填料为辛基硅胶，是中等疏水性的反相硅胶基质填料，通过疏水相互作用保留非极性化合物。与c18填料相比，c8填料的碳链较短，非极性疏水相互作用较弱。若使用c18填料造成非极性目标物难以洗脱，可用c8填料替代。
34.spe c4硅胶填料表面的亲水性硅羟基通过硅烷化反应键合非极性4个碳的烷基作为反相固定相，利用被测物的碳氢键与固定相表面官能团产生非极性的范德华力或色散力，以富集非极性及弱极性物质。
35.silica硅胶填料为未键合的硅胶填料，是极性最强的正相吸附剂，能保留样品中的极性化合物，特别是结构相似的极性化合物。
36.diol填料为二醇基类填料，具有类似硅胶的保留性能和较小的酸性，碳链提供了额外的疏水作用，因而可作为正相或反相吸附剂。若使用未键合硅胶填料，硅胶的酸性导致碱性杂质保留，可以换用diol填料。
37.cn填料为氰丙基类填料，是弱疏水性的硅胶基质填料，可作为正相或反相吸附剂使用。在反相条件下，从水溶液中萃取非极或弱极性的酸、中、碱性化合物。在正相
条件下，从非极性有机溶液中萃取极性化合物。此外，氰丙基作为络合物配体，可富集水溶液中的某些金属离子。对在c18填料上生产不可逆结合的强疏水物质，cn填料是更合适的选择。
38.carb-gcb填料为石墨化炭黑，由无孔片状分子组成，带有芳香性的正六元环结构，且呈正电性，具备反相和离子交换双重保留机制，既能保留非极性化合物(如有机氯杀虫剂)，也能保留强极性化合物(如表面活性剂)。carb-gcb为片状物质，无孔隙，因而萃取速度非常快，且吸附容量大于硅胶。
39.florisil填料为农残级弗罗里硅土，其经675℃活化，是一种强极性、高活性的多孔吸附剂，可吸附低极性和中等极性的目标化合物，如含氯、氮和磷的有机农药。在农药多残留检测中，florisil柱效果好，成本低。
40.ala填料为酸性氧化铝，基于高活性多孔氧化铝，其表面电子可与芳香环形成pi-pi相互作用，具有很强的极性保留能力和lewis酸特性。与未键合硅胶相比，氧化铝在高ph环境中更稳定，适合芳香胺类化合物的萃取。ala经过特殊处理，其ph值为4.0，呈酸性。
41.aln填料为中性氧化铝，基于高活性多孔氧化铝，其表面电子可与芳香环形成pi-pi相互作用，具有很强的极性保留能力和lewis酸特性。与未键合硅胶相比，氧化铝在高ph环境中更稳定，适合芳香胺类化合物的萃取。aln经过特殊处理，其ph值为7.0，呈中性。
42.alb填料为碱性氧化铝，基于高活性多孔氧化铝，其表面电子可与芳香环形成pi-pi相互作用，具有很强的极性保留能力和lewis酸特性。与未键合硅胶相比，氧化铝在高ph环境中更稳定，适合芳香胺类化合物的萃取。alb经过特殊处理，其ph值为9.5，呈碱性。
43.scx填料为强阳离子交换填料，其官能团为负电性的苯磺酸基，具有很强的阳离子交换能力，此外苯环有一定疏水保留作用。scx能萃取带正电荷的碱性化合物，如胺类化合物。
44.sax填料为强阴离子交换填料，是硅胶基质的季铵基键合相，在全ph范围皆带正电荷，具有很强的阴离子交换能力。sax非常适合萃取弱酸性化合物，如羧酸。
45.nh2填料为氨丙基类填料，在非极性有机溶剂中具有强极性吸附，具有弱阴离子交换保留作用。
46.psa填料为乙二胺-n-丙基类填料，其与nh2类似，具有弱阴离子交换和正相保留作用。psa的两个氨基(pka分别为10.1和10.9)，提供了更大的离子交换容量，并能通过氢键萃取极性化合物。此外，psa与金属离子形成络合物，可保留某些金属离子。
47.prs填料为丙磺酸类填料，是以丙磺酸键合硅胶为填料的强阳离子交换型萃取柱，对弱碱性化合物具有良好的保留能力。prs中不存在非极性次级作用，因而具有独特的选择性。如使用scx，样品基质中的非极性成分产生干扰时，可用
prs填料进行萃取。
48.包覆层30通过将第二聚合物溶解或分散于溶剂中得包覆液，再将包覆液设置于芯核10的表面干燥可得。溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、正戊烷、正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、邻苯二甲酸二甲酯、乙腈、n甲基吡咯烷酮、n,n二甲基甲酰胺、二氯甲烷和1,2二氯乙烷中的至少一种。包覆液可涂覆于芯核10的表面再进行干燥，或者将芯核10浸渍于包覆液中再拿出进行干燥从而于芯核10的表面形成包覆层30。
49.第二聚合物选自硝酸纤维素、醋酸纤维素、聚醚砜和聚偏氟乙烯中的至少一种。
50.其中，硝酸纤维素可制成硝酸纤维素膜(nitrocellulose filter membrane，简称nc膜)，通常在胶体金试纸中用做c/t线的承载体，同时也是免疫反应的发生处。nc膜是生物学试验中最重要的耗材之一。
51.醋酸纤维素可制成醋酸纤维素膜(ca)，其是由二醋酸纤维素和三醋酸纤维素的铸膜液及二者混合物浇铸而成。随着乙酰基含量的增加，盐截留率与化学稳定性增加而水通量下降。
52.聚醚砜可制成聚醚砜微孔滤膜(pes)，其具有天然的亲水性能，与其他膜品种相比较，pes膜具有非常好的水湿润性，因此pes膜具备较高的水通量。pes膜表现出非常低的蛋白吸附能力，被广泛应用于食品、医药等领域的过滤和澄清。聚醚砜性能优异，能够耐受ph为1～14的溶液，耐有机溶剂性能良好，且耐温能达150℃，是目前制药行业应用最为广泛的亲水性膜材，常用于液体除菌和除支原体过滤。
53.聚偏氟乙烯可制成聚偏氟乙烯膜(polyvinylidene fluoride)，是蛋白质印迹法中常用的一种固相支持物。pvdf膜是疏水性的，膜孔径有大有小，随着膜孔径的不断减小，膜对低分子量的蛋白结合就越牢固。
54.本发明的制备方法可包括步骤：包括步骤：
55.(1)按照配方比混合第一聚合物和吸附性填料成预烧混料；
56.(2)将预烧混料混匀后振动压缩得预烧料；
57.(3)将预烧料进行烧结得滤芯；
58.(4)滤芯冷却后于表面包覆第二聚合物膜。
59.其中，步骤(1)中，吸附性填料占第一聚合物和吸附性填料总重量的比例大于等于0.05％小于等于60％。作为示例，比例可为0.05％、0.1％、0.5％、1％、3％、5％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％。作为示例，吸附性填料占第一聚合物和吸附性填料总重量的比例为33％。第一聚合物10选自聚丙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。作为示例，第一聚合物10选自聚丙烯。常温下第一聚合物10可为颗粒状。吸附性填料13为硅胶、活性铝、碳类吸附剂、分子筛、聚合物吸附剂或生物吸附剂。作为示例的，吸附性填料13可为hlb填料、wax填料、wcx填料、max填料、mcx填料、c18填料、c8填料、spe c4硅胶填料、silica硅胶填料、diol填料、cn填料、carb-gcb填料、florisil填料、ala填料、aln填料、alb填料、scx填料、sax填料、nh2填料、
psa填料和prs填料中的至少一种。
60.步骤(2)中，混匀于混匀设备中进行，且混匀采用的设备转速为5r/min至200r/min，转动时间为0.5h至10h。转速可但不限于为5r/min、10r/min、15r/min、25r/min、35r/min、45r/min、50r/min、65r/min、75r/min、95r/min、110r/min、130r/min、150r/min、170r/min、190r/min、200r/min。转动时间为0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h。作为示例，转速为50r/min，转动时间为6h。振动可为将预烧混料装入烧结模具之后对模具外壁进行操作，振动可采用行业公知的相关设备。振动采用的频率为5hz至200hz，振动时间为3s至600s。频率可但不限于为5hz、10hz、15hz、25hz、35hz、50hz、75hz、95hz、110hz、130hz、150hz、175hz、200hz。振动时间可但不限于为3s、6s、10s、15s、20s、25s、35s、45s、60s、80s、100s、150s、200s、250s、300s、350s、400s、450s、500s、550s、600s。作为示例，振动频率为50hz，振动时间为15s。压缩程度可影响烧结后所得滤芯中第一聚合物颗粒之间的孔隙尺寸，故可根据实际情况调节压缩强度。
61.步骤(3)中，烧结的温度为110℃至250℃，时间为1.5min至50min。温度具体可但不限于为110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃。时间可但不限于为1.5min、3min、5min、7min、10min、15min、20min、25min、35min、40min、45min、47min、50min。作为示例，烧结的温度为180℃，时间为20min。烧结中第一聚合物颗粒之间形成孔隙以用于样液的过滤。
62.步骤(4)中，冷却的温度为3℃至35℃，时间为1.5min至50min。冷却温度可但不限于为3℃、5℃、8℃、13℃、15℃、18℃、20℃、23℃、26℃、29℃、31℃、33℃、35℃，时间为1.5min、3min、5min、8min、10min、13min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min。第二聚合物膜通过将第二聚合物溶解或分散于溶剂中得包覆液，再将包覆液设置于滤芯的表面干燥可得。第二聚合物选自硝酸纤维素、醋酸纤维素、聚醚砜和聚偏氟乙烯中的至少一种。溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、正戊烷、正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、邻苯二甲酸二甲酯、乙腈、n甲基吡咯烷酮、n,n二甲基甲酰胺、二氯甲烷和1,2二氯乙烷中的至少一种。包覆液可涂覆于滤芯的表面再进行干燥，或者将滤芯浸渍于包覆液中再拿出进行干燥从而形成包覆层，干燥可于30℃至120℃下进行。
63.为更好地说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。需说明的是，下述实施所述方法是对本发明做的进一步解释说明，不应当作为对本发明的限制。
64.实施例1
65.本实施例多功能滤芯的制备方法，包括步骤：
66.(1)按照2:1的重量比混合聚丙烯和wax填料成预烧混料；
67.(2)将预烧混料于混匀设备中混匀，且采用的设备转速为50r/min，转动时间为6h，混匀后于50hz频率下振动15s再压缩得预烧料；
68.(3)将预烧料于180℃进行烧结20min得滤芯；
69.(4)滤芯于20℃下冷却15min后于表面涂覆浓度为10％的硝酸纤维素溶液(溶解为乙二醇二甲醚)再干燥成聚合物膜。
70.实施例2
71.本实施例多功能滤芯的制备方法，包括步骤：
72.(1)按照3:1的重量比混合聚乙烯和silica硅胶填料成预烧混料；
73.(2)将预烧混料于混匀设备中混匀，且采用的设备转速为100r/min，转动时间为10h，混匀后于30hz频率下振动90s再压缩得预烧料；
74.(3)将预烧料于200℃进行烧结15min得滤芯；
75.(4)滤芯于18℃下冷却10min后于表面涂覆浓度为10％的聚偏氟乙烯溶液(溶解为n甲基吡咯烷酮)再干燥成聚合物膜。
76.实施例3
77.本实施例多功能滤芯的制备方法，包括步骤：
78.(1)按照4:1的重量比混合聚丙烯和wax填料成预烧混料；
79.(2)将预烧混料于混匀设备中混匀，且采用的设备转速为250r/min，转动时间为6h，混匀后于210hz频率下振动15s再压缩得预烧料；
80.(3)将预烧料于150℃进行烧结40min得滤芯；
81.(4)滤芯于30℃下冷却25min后于表面涂覆浓度为15％的硝酸纤维素溶液(溶解为正己烷)再干燥成聚合物膜。
82.对比例1
83.本实施例多功能滤芯的制备方法，包括步骤：
84.(1)按照2:1的重量比混合聚丙烯和wax填料成预烧混料；
85.(2)将预烧混料于180℃进行烧结20min得滤芯。
86.对比例2
87.本实施例多功能滤芯的制备方法，包括步骤：
88.(1)按照2:1的重量比混合聚丙烯和wax填料成预烧混料；
89.(2)将预烧混料于180℃进行烧结20min得滤芯；
90.(3)滤芯于20℃下冷却15min后于表面涂覆浓度为10％的硝酸纤维素溶液(溶解为乙二醇二甲醚)再干燥成聚合物膜。
91.对比例3
92.本实施例多功能滤芯的制备方法，包括步骤：
93.(1)按照2:1的重量比混合聚丙烯和wax填料成预烧混料；
94.(2)将预烧混料于混匀设备中混匀，且采用的设备转速为50r/min，转动时间为6h，混匀后于50hz频率下振动15s再压缩得预烧料；
95.(3)将预烧料于180℃进行烧结20min得滤芯。
96.将实施例1～3和对比例1～3所制得的多功能滤芯进行性能测试，其测试条件如下，测试结果如表1所示。
97.孔径和孔隙率测试：利用孔径分析仪、测孔仪(参考gb/t 21650.1-2008第一部分：压汞法)分别测试多功能滤芯的平均孔径和孔隙率。
98.回收率：指滤芯经过过滤后的回收量与滤芯投入样本量的百分比。
99.表1实施例中各多功能滤芯的性能
[0100][0101]
由表1的结果可知，实施例1～3的多功能滤芯在制备时经过振动压缩和聚合物包覆之后，其吸附综合性能更佳。
[0102]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，但是也并不仅限于实施例中所列，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。