Preparação de altamente poroso Coordenação Polymer Revestimentos em macroporosas Polymer Monólitos para o enriquecimento avançado de Fosfopeptídeos
Summary
A procedure for the preparation of porous hybrid separation media composed of a macroporous polymer monolith internally coated by a high surface area microporous coordination polymer is presented.
Abstract
We describe a protocol for the preparation of hybrid materials based on highly porous coordination polymer coatings on the internal surface of macroporous polymer monoliths. The developed approach is based on the preparation of a macroporous polymer containing carboxylic acid functional groups and the subsequent step-by-step solution-based controlled growth of a layer of a porous coordination polymer on the surface of the pores of the polymer monolith. The prepared metal-organic polymer hybrid has a high specific micropore surface area. The amount of iron(III) sites is enhanced through metal-organic coordination on the surface of the pores of the functional polymer support. The increase of metal sites is related to the number of iterations of the coating process.
The developed preparation scheme is easily adapted to a capillary column format. The functional porous polymer is prepared as a self-contained single-block porous monolith within the capillary, yielding a flow-through separation device with excellent flow permeability and modest back-pressure. The metal-organic polymer hybrid column showed excellent performance for the enrichment of phosphopeptides from digested proteins and their subsequent detection using matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. The presented experimental protocol is highly versatile, and can be easily implemented to different organic polymer supports and coatings with a plethora of porous coordination polymers and metal-organic frameworks for multiple purification and/or separation applications.
Introduction
Polímeros de coordenação poroso (PCPS) são compostos de coordenação com base em centros metálicos ligados por ligantes orgânicos com repetição de entidades de coordenação que se estende em uma, duas ou três dimensões, que pode ser amorfa ou cristalina 1-3. Nos últimos anos, esta classe de materiais porosos tem atraído a atenção geral devido à sua elevada porosidade, de largura tunability química, e a sua estabilidade. PCP têm sido explorados para uma gama de aplicações incluindo a armazenagem de gás, a separação de gás, e catálise 3-6 e, muito recentemente, as primeiras aplicações analíticas de PCP têm sido descritos 7.
Por causa de sua funcionalidade química e alta porosidade PCP avançados têm sido alvo de seu enorme potencial para a melhoria dos processos de purificação e separações cromatográficas, e uma série de relatórios sobre este assunto têm sido publicados 7-13. No entanto, o desempenho de PCP não está neste momento a um equivalenível nt com materiais cromatográficos existentes provavelmente devido à rápida difusão através de grandes espaços vazios interpartículas em camadas preenchidas com estes sólidos devido às suas morfologias tipicamente de forma irregular de suas partículas ou cristais. Esta embalagem irregularmente distribuída leva a um desempenho inferior ao esperado, assim como contrapressões alta coluna e indesejáveis morfologias formato de pico 14,15.
A fim de resolver o problema da rápida difusão através dos espaços vazios entre partículas e concomitantemente aumentar o desempenho de PCP para aplicações analíticas, o desenvolvimento de um material híbrido baseado em um monólito de polímero macroporoso 16 que contém o PCP na superfície dos macroporos seria ser desejável. Monólitos de polímero são auto-suficientes, materiais de peça única que possam sustentar fluxo convectivo através de seus poros, o que os torna uma das alternativas mais eficientes para talão de embalagens e têm sido comercializados com sucesso por vários c ompanies 17,18. Monólitos polímero poroso são geralmente baseados na polimerização de um monómero e um agente de reticulação na presença de porogénios, que são tipicamente misturas binárias de solventes orgânicos. Os materiais monolíticos obtidos têm uma estrutura microglobular e uma porosidade elevada e permeabilidade ao fluxo.
Uma abordagem simples para unificar destes materiais para preparar um monólito de polímero contendo um PCP baseia-se na adição directa de PCP tal como sintetizada na mistura de polimerização do monólito. Esta abordagem resultou em PCPs principalmente enterrado dentro de um andaime do polímero, e não estar ativo para a continuação da aplicação do material final 14,15. Uma abordagem sintética diferente é claramente necessário, a fim de, por exemplo, desenvolver filmes uniformes de PCP, ou estruturas de metal-orgânicos cristalinos (MOF) onde a maioria dos poros contidos no interior do cristal são acessíveis a partir dos macroporos do monólito de polímero.
t "> Aqui relatamos um protocolo simples para a preparação de um material híbrido de polímero orgânico-metálico (MOPH) com base num suporte de polímero macroporosas com grupos funcionais adequados para a ligação do PCP, que podem ser facilmente implementados como um auto-contido única monólito de polímero -Peça num formato de coluna com propriedades óptimas para aplicações de escoamento. O procedimento de síntese do polímero é seguida por uma solução com base em temperatura ambiente simples método para crescer um revestimento PCP sobre a superfície interna dos poros do monólito 19-20. Como primeiro exemplo, descreve-se a preparação de uma película de polímero de coordenação de ferro (III) benzenotricarboxilato (FeBTC) dentro de um poli macroporosa (estireno-ácido metacrílico-divinilbenzeno) monólito. Este método é eficaz para a preparação de pós a granel, bem como a coluna capilar e o protocolo descrito é facilmente exequível a outros PCP. Como um exemplo do potencial de MOPHs como materiais funcionais para o fluxo atra-aplicações gh, aplicou-se o desenvolvido FeBTC MOPH que contém um revestimento denso de Fe (III) para enriquecer fosf centros de misturas de proteínas digeridas que exploram a afinidade de ligação de fosfopéptidos a Fe (III). O protocolo desenvolvido 21 compreende três partes principais: Preparação do suporte macroporous monólito de polímero orgânico; crescimento do revestimento PCP sobre a superfície dos poros do monolito; aplicação para o enriquecimento de fosfopeptídeos.Protocol
Representative Results
Discussion
O monólito de polímero original contém grupos funcionais carboxílicos capazes de ligar-se a metais. Coordenando os locais de metal iniciais sobre o material original, somos capazes de crescer um revestimento PCP (Figura 1A), que incorpora uma série de sites de metal adicionais moldando uma rede microporosa. Isso faz com que os materiais apresentados MOPH atraentes para os procedimentos de extracção ou purificação, onde estão envolvidas as espécies metálicas, tais como a técnica de cromatogr…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work has been performed at the Molecular Foundry, Lawrence Berkeley National Laboratory and supported by the Office of Science, Office of Basic Energy Sciences, Scientific User Facilities Division of the US Department of Energy, under Contract No. DE-AC02–05CH11231. The financial support of F.M. by a ME-Fulbright fellowship and A.S. by Higher Education Commission of Pakistan are gratefully acknowledged.
Materials
| Polyimide-coated capillaries | Polymicro Technologies | TSP100375 | 100 μm i.d. |
| 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate, 98% | Sigma-Aldrich | 440159 | |
| Styrene, 99% | Sigma-Aldrich | W323306 | Technical grade |
| Divinylbenzene, 80% | Sigma-Aldrich | 414565 | |
| Methacrylic acid, 98% | Mallinckrodt | MK150659 | |
| Toluene, ≥99.5% | EMD chemicals | MTX0735-6 | |
| Isooctane, ≥99.5% | Sigma-Aldrich | 650439 | |
| 2,2'-azobisisobutyronitrile, 98% | Sigma-Aldrich | 441090 | |
| Aluminium oxide (basic alumina) | Sigma-Aldrich | 199443 | |
| Iron (III) chloride hexahydrate, 97% | Sigma-Aldrich | 236489 | |
| 1,3,5-benzenetrycarboxylic acid, 95% | Sigma-Aldrich | 482749 | |
| Acetonitrile, ≥99.5% | Sigma-Aldrich | 360457 | |
| Ammonium bicarbonate, ≥99.5% | Sigma-Aldrich | 9830 | |
| Trifluoroacetic acid, ≥99% | Sigma-Aldrich | 302031 | |
| Ethanol, ≥99.8% | Sigma-Aldrich | 2854 | |
| Iodoacetamide, ≥99% | Sigma-Aldrich | I1149 | |
| Dithiothreitol, ≥99% | Sigma-Aldrich | 43819 | |
| Monobasic sodium phosphate dihydrate, ≥99% | Sigma-Aldrich | 71505 | |
| Dibasic sodium phosphate dihydrate, ≥99% | Sigma-Aldrich | 71643 | |
| Phosphoric acid, ≥85% | Sigma-Aldrich | 438081 | |
| 2,5-dihydroxybenzoic acid, ≥99% | Sigma-Aldrich | 85707 | |
| Trypsin | Sigma-Aldrich | T8003 | Bovine pancreas |
| β-casein | Sigma-Aldrich | C6905 | Bovine milk |
| ZipTip pipette tips | Merck Millipore | ZTC18S096 | C18 resin |
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