一种全氟聚合物微反应器及其应用.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310114549.9

申请日:

2013.04.03

公开号:

CN104096526A

公开日:

2014.10.15

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B01J 19/02申请日:20130403|||公开

IPC分类号:

B01J19/02; C07K1/04

主分类号:

B01J19/02

申请人:

国家纳米科学中心

发明人:

胡志远; 郑晖; 王蔚芝

地址:

100190 北京市海淀区中关村北一条11号

优先权:

专利代理机构:

北京润平知识产权代理有限公司 11283

代理人:

王凤桐;周建秋

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内容摘要

本发明提供了一种全氟聚合物微反应器及其应用,该微反应器具有全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片依次层叠键合的复合结构,所述复合结构上具有微气阀。本发明提供的全氟聚合物微反应器可适应多种化学反应条件,适合用于多组分循环的固相化学合成反应,反应效率高,试剂用量少,制作成本低,并可实现自动化反应过程控制。

权利要求书

1.  一种全氟聚合物微反应器,其特征在于,所述微反应器包括:全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片;
其中,所述全氟盖片包括:具有反应腔体的液流主管路、位于液流主管路两端的主进样口和产品或废液出口、位于液流主管路两侧的液流分支管路,所述反应腔体带有载体束缚结构,所述液流分支管路的一端与液流主管路连通,且所述液流分支管路具有液体分支进样口,并在所述液流分支管路上设置阀区流道断开处,所述载体束缚结构用于控制反应腔体内的固态载体不流出反应腔体,而允许反应腔体内的液体流出反应腔体;
所述全氟基片包括:气流分支管路,所述气流分支管路具有气体分支入口和阀区,且所述气流分支管路的个数与全氟盖片中的所述液流分支管路的个数相同;
所述全氟弹性薄膜具有根据气压作用控制液流分支管路通断的功能;
其中,全氟基片、全氟弹性薄膜和全氟盖片依次层叠并键合,且键合后使得全氟盖片的阀区流道断开处、全氟基片的阀区以及位于之间的全氟弹性薄膜形成微气阀,并且气流分支管路与液流分支管路一一对应。

2.
  根据权利要求1所述的微反应器,其中,所述全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片的材料各自选自聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物和聚全氟乙丙烯中的一种或多种。

3.
  根据权利要求1或2所述的微反应器,其中,所述阀区能够全部覆盖所述阀区流道断开处。

4.
  根据权利要求3所述的微反应器,其中,所述阀区为圆形结构,且所述阀区流道断开处的宽度为0.01-5mm,所述阀区的直径为0.01-5mm。

5.
  根据权利要求1或2所述的微反应器,其中,所述载体束缚结构由1-50组拦坝构成,且每组所述栏坝形成在全氟基片的底部,同时每组所述拦坝与反应腔体的至少一个侧壁之间存在间隔。

6.
  根据权利要求5所述的微反应器,其中,相邻两组拦坝交错排布。

7.
  根据权利要求1或2所述的微反应器,其中,所述液流分支管路的个数为2-60个,且在液流主管路两侧等数量分布。

8.
  根据权利要求1或2所述的微反应器,其中,所述全氟弹性薄膜的厚度为0.01-0.1mm。

9.
  权利要求1-8中任意一项所述的微反应器在固相有机合成中的应用。

说明书

一种全氟聚合物微反应器及其应用
技术领域
本发明涉及微流控芯片及微反应器技术领域,具体涉及一种全氟聚合物微反应器及其在固相有机合成中的应用。
背景技术
微反应器是指通过微加工或精密机加工技术制造的微型化学反应系统,其反应界面尺度在亚微米至亚毫米量级。微反应器具有比表面积大,传质传热速率快,试剂消耗小,易规模化集成与高通量反应等特点,在精细化工和生物医药领域很好的前景,也是微流控芯片技术应用于化学领域的成功典范。
由于化学反应常常需要使用强酸碱、多种有机溶剂等,并且还可能需要加热、加压等反应环境,因此微反应器的材料选择、加工工艺等方面受到很多限制。基于特定的化学反应条件,可以选用适合的材料和加工方法,设计特定的微反应器,从而降低原料或能源消耗,提高生产效率。例如CN101696929A公开的一种快速恒温微反应器,可以提供恒温的微反应环境。而CN102240535A、CN102247787A等公开的不同结构的系列微反应器,能够对反应原料进行有效的混合。目前,基于玻璃等硬质材料的用于固相多肽合成的微流控芯片反应器也有报道(如:Wang et.al,Lab Chip,2011,11,929-935,CN102527306A)。
然而,上述的研究仅针对特定的某一环境进行了优化,其微反应器只能适应特定反应环境。目前,能适应多种反应环境的通用型微反应器的研究仍然是一个难题。因为它要求微反应器的材料有近乎苛刻的化学耐受性,普通的高分子材料和金属材料均无法胜任,金、铂等惰性金属耐受性良好,但价 格昂贵,且难以加工成微反应器。目前,公认的化学耐受性最强的高分子材料是侧链完全被氟原子取代的全氟高分子材料,商品名称为“特氟龙”。基于全氟或耐受性稍差的偏氟高分子材料的微反应器也有所报道,但其性能或应用范围仍然有局限。有研究报道了一种以全氟聚醚(PFPE)为材料的微流控芯片,该芯片能够很好的工作在多种有机溶剂氛围中,且该芯片能够进行DNA的有机合成(Huang et.al,Lab Chip,2007,7,24-26)。但这种材料的主要问题是价格过于昂贵,且合成该材料需要复杂的设备和工艺。商品化全氟聚合物材料如聚四氟乙烯等虽然价格低廉,但由于技术等原因,除少量研究性的探索之外(Ren et.al,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,2011,108,8162-8166),目前尚未见到成熟的全氟聚合物微反应器的报道。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的缺陷,提供一种全氟聚合物微反应器及其应用,所述微反应器可以在多种复杂的化学反应环境下工作,能够且不限于应用在多步循环式的固相化学合成反应,如多肽合成反应中。
为实现前述目的,本发明提供了一种全氟聚合物微反应器,其中,所述微反应器包括:全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片;
其中,所述全氟盖片包括:具有反应腔体的液流主管路、位于液流主管路两端的主进样口和产品或废液出口、位于液流主管路两侧的液流分支管路,所述反应腔体带有载体束缚结构,所述液流分支管路的一端与液流主管路连通,且所述液流分支管路具有液体分支进样口,并在所述液流分支管路上设置阀区流道断开处,所述载体束缚结构用于控制反应腔体内的固态载体不流出反应腔体,而允许反应腔体内的液体流出反应腔体;
所述全氟基片包括:气流分支管路,所述气流分支管路具有气体分支入口和阀区,且所述气流分支管路的个数与全氟盖片中的所述液流分支管路的 个数相同;
所述全氟弹性薄膜具有根据气压作用控制液流分支管路通断的功能;
其中,全氟基片、全氟弹性薄膜和全氟盖片依次层叠并键合,且键合后使得全氟盖片的阀区流道断开处、全氟基片的阀区以及位于之间的全氟弹性薄膜形成微气阀,并且气流分支管路与液流分支管路一一对应。
针对本发明,优选所述全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片的材料各自选自聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)和聚全氟乙丙烯(FEP)中的一种或多种,优选为四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)和/或聚全氟乙丙烯(FEP),但不局限于此。
本发明中,所述聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)和聚全氟乙丙烯(FEP)均可以为市售的商购材料。
针对本发明,优选四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)的熔点为302-310℃,例如可以为美国杜邦公司的美国杜邦公司
针对本发明,优选聚全氟乙丙烯(FEP)的熔点为255-265℃,例如可以为美国杜邦公司的
本发明中,位于液流主管路两侧的液流分支管路在全氟盖片上形成梳状结构。且液流主管路包括上游主管路(位于反应腔体和主进样口之间)和下游主管路(位于反应腔体和产品或废液出口之间)。
本发明中,所述微气阀为由全氟基片、全氟弹性薄膜、全氟盖片经对齐层叠并键合(可称为叠加键合)后得到的三层气阀结构,其个数与液流分支管路的个数一致。由于微气阀由全氟盖片的阀区流道断开处、全氟基片的阀区以及位于之间的全氟弹性薄膜形成,因此所述微气阀包括全氟盖片的阀区流道断开处、全氟基片的阀区以及位于所述阀区流道断开处和所述阀区之间的全氟弹性薄膜。
本发明中,所述液流分支管路一般用于进反应原料,且因为反应器一般用于多轮循环反应,且每轮的反应原料可能不同,所以一般需要多个液流分支管路。
本发明中,所述气流分支管路用于控制液流分支管路的通断,其中,每个气流分支管路可以分别控制一个液流分支管路的通断,其控制的原理就是通过从气流分支管路中通入气体或切断气体来作用于所述微气阀从而控制液流分支管路的通断,例如当通入气体时,微气阀处的全氟弹性薄膜紧绷,此时液流分支管路连通,可以用于进反应原料,而当不需要进反应原料时,只要撤除气体的供应即可使得微气阀处的全氟弹性薄膜松弛,从而使得液流分支管路断开。
本发明中,优选所述阀区能够全部覆盖所述阀区流道断开处,即阀区与阀区流道断开处相匹配。
进一步优选所述阀区为圆形结构,且所述阀区流道断开处的宽度(断开的液流分支管路两端之间的距离)为0.01-5mm,所述阀区的直径为0.01-5mm,更优选为0.1-2mm。
本发明中,所述载体束缚结构的种类繁多,凡是能够满足本发明前述要求的载体束缚结构均可用于本发明,针对本发明,为了便于进行加工,优选所述载体束缚结构由1-50组,优选3-6组拦坝构成,且每组所述栏坝形成在全氟基片的底部,同时每组所述拦坝与反应腔体的至少一个侧壁之间存在间隔。针对本发明,进一步优选相邻两组拦坝交错排布。其中,进一步优选每组拦坝宽度为0.01-1mm,更优选为0.05-0.2mm;优选每组拦坝间距为0.1-8mm,更优选为0.5-5mm,且相邻拦坝交错排布。
本发明中,由于所述反应腔体具有载体束缚结构,使得反应腔体内的固态载体不能流出反应腔体,而液体能够流出反应腔体。
本发明中,优选所述全氟盖片的液体分支管路为2-60个,优选为6-16 个,且在液流主管路两侧等数量分布。
本发明中,优选所述全氟弹性薄膜厚度为0.01-0.1mm,更优选为0.020-0.05mm。
本发明中,所述主进样口、液体分支进样口和气体分支入口都可以通过气压输送样品。
本发明中,所述微气阀可以通过软件控制通断。
本发明的所述微反应器的全氟盖片和全氟基片上的微结构,可采用机械铣削法、化学刻蚀法、等离子体刻蚀法、热压印法、激光烧蚀法等方法进行制作。
如前所述,本发明中,具有前述微结构的所述全氟盖片、全氟基片可以采用现有技术的方法形成得到,具体例如可以按如下步骤形成:
经外协加工获得所需的不锈钢阳模图形(根据所需图形进行选择);在不锈钢阳模上放置全氟板(为聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物和聚全氟乙丙烯中的一种或多种),在加热加压的条件下进行热压印,热压印温度为240-300℃,优选热压印温度为260-290℃,施加压力为0.02-0.4Mpa,优选施加压力为0.1-0.2Mpa。加压时间为1-40分钟,优选加压时间为10-20分钟;撤去压力后在全氟板上获得图案阴模,即得本发明所要求的结构的全氟基片和全氟盖片。但本发明不局限于此。
本发明中,所述全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片之间通过热键合或专用粘合剂进行键合,具体地可通过显微操作、标尺辅助等方法,将全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片依次层叠并键合。
本发明中,如前所述,可以采用现有技术的方法将全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片进行键合,具体地当采用现有技术的方法形成了全氟基片、全氟盖片后,可以按如下步骤进行层叠和键合:
将所述全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜经仔细清洗,在显微对齐装 置的辅助下小心对齐,并使用不锈钢夹具固定;将全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜及不锈钢夹具置于芯片封合仪中进行键合,键合温度为240-300℃,优选键合温度为240-270℃;键合时间为0.5-6小时,优选键合时间为2-4小时。但本发明不局限于此。
本发明中,所述微反应器的制作方法无特殊限制,例如可以采用机械加工模板及热压印法制作,也可以采用化学湿法腐蚀模板及热压印法制作。
本发明中,所述全氟聚合物微反应器可通过如下方法与附属装置连接:各液体分支进样口通过输液管线与原料储液装置连接,且各液体分支进样口可通过密封胶或弹性耐腐蚀胶管密封,原料通过注射泵或气压驱动进料。各气体分支入口通过连接管线与气体源连接,密封方法同各液体分支进样口的密封方法。其中,气体源可通过电磁阀进行开关控制。所述输液管线和气体连接管线的材质可为聚四氟乙烯。
本发明同时也提供了上述全氟聚合物微反应器及其附属装置在多肽固相合成中的应用。
本发明的微反应器用于多肽固相合成的方法如下:固相载体经主进样口通入微反应器,并被载体束缚结构阻拦而停留于反应腔体内,在以反应溶剂清洗后开始合成过程。每一轮需依次通过脱保护试剂及氨基酸/偶联试剂。合成所用的溶剂以及脱保护试剂由主进样口进入反应腔体,每轮合成所用的氨基酸/偶联试剂均从不同的液体分支进样口通入合成腔体,每个液体分支管路用自动控制的全氟气动薄膜微气阀控制以防止管路间液体混流,以杜绝交叉污染。合成得到的多肽裂解后,从产品收集口接收,用质谱法进行验证,并用反相液相色谱法鉴定纯度。
本发明提供的全氟聚合物微反应器能够解决特种全氟材料价格高、加工困难的问题,同时具备全氟聚合物本身优良的化学耐受性,可以适应多种苛刻的化学反应环境,如强酸碱、有机溶剂、高温等,适用且不限于多步循环 式固相化学合成反应,在微反应器上整合有多路的全氟气动薄膜微气阀结构,能方便的进行自动化集成控制。本发明的微反应器具有微型化、集成化、高效率、低成本以及环境友好的优点,在精细化工和生物医药领域有广泛应用价值。
有益效果
1.本发明采用全氟聚合物作为微反应器基材,由于全氟聚合物具有极好的化学惰性,可耐受除熔融的碱金属外的几乎一切化学试剂,且能够长期工作在零下200℃至260℃的环境中,因此使用其制作得到的微反应器除具有比表面积大,传质传热速率快,试剂消耗小,模块规模化集成与高通量反应等特点外,还拥有极好的普适性。
2.在全氟聚合物微反应器上集成了多个全氟气动薄膜的微气阀结构,可根据需要自动化调节微气阀开启与关闭,从而实现对反应液体的灵活操控,整合度和灵活性高,非常适合自动化操作。
3.所用的微反应器原料均为商品化材料,制造手段灵活,制作效果稳定,大大降低了制造成本。
4.与现有技术相比,本发明具有性能突出、普适性好、整合度高、加工方便、成本低廉等优势,并且易于自动化控制,非常适合工业化应用。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的制作过程示意图;
图2为具有十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的全氟基片的设计 规格示意图(上视图);
图3为具有十个液流分支管路的全氟聚合物微反应器的全氟盖片的设计规格示意图(下视图);
图4为反应腔体的微结构示意图;
图5为具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器各层对齐方式示意图;
图6为具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的完整结构示意图;
图7为微气阀的细部结构示意图。
附图标记
1气流分支管路    2气体分支入口
3阀区            4主进样口
5上游主管路      6液体分支进样口
7液流分支管路    8阀区流道断开处
9反应腔体        10载体束缚结构
11产品或废液出口 12下游主管路
13全氟盖片       14全氟弹性薄膜
15全氟基片
具体实施方式
此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得 到。
实施例1
采用化学湿法腐蚀模板及热压印法进行具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的制作。
所述全氟聚合物微反应器的制作过程如附图1所示:
其中,步骤A表示旋涂光刻胶;
步骤B表示紫外曝光;
步骤C表示显影,把掩膜上的图形转移到光刻胶上;
步骤D表示不锈钢湿法刻蚀,从而在不锈钢上获得图案阳模;
步骤E表示去除不锈钢上的残余光刻胶;
步骤F表示热压印,把不锈钢阳模上的图形转移到全氟聚合物片材上,然后得到具有本发明要求的微结构的全氟基片和全氟盖片;
步骤G表示层叠并键合,把三层全氟材料对齐层叠键合成完整的微反应器。
主要实施过程如下:根据本发明的微反应器,将设计好的图案制成胶片掩膜;将光刻胶旋涂在表面抛光的不锈钢(型号:304)板上,覆盖胶片掩膜后进行紫外曝光;曝光后的不锈钢(型号:304)板在光刻胶(光胶)显影液中显影,得到光刻胶微图案;将不锈钢板放入不锈钢蚀刻液中进行湿法刻蚀,得到图案阳模,其线条深度为0.05-0.4mm;使用光刻胶去胶液除去残余光刻胶并清洗;在不锈钢阳模上放置全氟基片或全氟盖片(材料均为四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物,即PFA),在加热加压的条件下进行热压印,热压印温度为260-290℃,施加压力为0.1-0.2Mpa,加压时间为15-20分钟。撤去压力后在全氟基片或全氟盖片上获得具有相应图案的阴模,由此即得具有本发明的所要求的微结构的所述全氟基片和全氟盖片;将所述全氟基片、 全氟盖片和全氟弹性薄膜(全氟基片和全氟盖片材质为美国杜邦公司的熔点范围302-310℃,全氟弹性薄膜材质为美国杜邦公司的熔点范围302-310℃)经仔细清洗后,在显微对齐装置的辅助下小心对齐,并使用不锈钢夹具固定;将全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜及不锈钢夹具置于芯片封合仪中进行键合,键合温度为240-270℃;键合时间为2-4小时。
所制作的全氟聚合物微反应器的全氟盖片和全氟基片的结构和微管路尺寸设计如图2和图3所示。为方便描述,这里特别指定微反应器的上视图和下视图,所述各视图均符合此指定:将完整的全氟聚合物微反应器正常放置在某一平面上,观察者从上往下看的视图为上视图,观察者从下往上看的视图为下视图。图2为全氟基片的结构示意图。图2中各附图标记如下:1气流分支管路、2气体分支入口、3阀区。图2为上视图,正常放置的全氟聚合物微反应器的全氟基片的微结构朝上。图3为全氟盖片的结构示意图,为下视图,正常放置的全氟聚合物微反应器的全氟盖片微结构朝下。其中,图3中附图标记如下:4主进样口、5上游主管路,位于载体束缚结构上游,6液体分支进样口、7液流分支管路、8阀区流道断开处、9反应腔体、10载体束缚结构、11产品或废液出口。其中,反应腔体9的细微结构如图4所示,12下游主管路。全氟盖片13、全氟弹性薄膜14、全氟基片15按照图5所示的顺序完全层叠后进行键合,得到整体结构,即微反应器的上层为全氟盖片13,其微结构朝下,中层为全氟弹性薄膜14,下层为全氟基片15,其微结构朝上。全氟盖片13、全氟弹性薄膜14、全氟基片15层叠并键后得到的微反应器结构如图6所示。键合形成的微气阀结构如图7所示。
本实施例制作的全氟聚合物微反应器及其附属装置(附属装置指的是:微反应器用于合成反应时,需要使用的部件包括连接管线、密封圈、接头等)的规格如下:全氟盖片的尺寸为4cm(长)×2cm(宽)×2mm(厚);液流 主管路的长度为2.4cm,宽度为400μm,深度为150μm;液流分支管路的长度为4mm,宽度为150μm,深度为100μm;反应腔体的长度为8mm,宽度为800μm,深度为150μm;反应腔体的拦坝部分单层宽度为200μm,液体可通过部分的宽度为50μm,拦坝间距为300μm,拦坝数目为4组;全氟基片的尺寸为4cm(长)×2cm(宽)×2mm(厚);气流分支管路的宽度为150μm,深度为150μm;所有液体分支进样口、产品或废液出口、气体分支入口的内径均为1mm;所有气体和液体进出口均连接折成45度角的外径0.9mm的不锈钢毛细管,不锈钢毛细管外套有尺度适合的硅胶管,全氟弹性薄膜的厚度为20μm,其中,接触反应液体的主进样口、液体分支进样口和产品或废液出口在硅胶管前端还套有氟橡胶O型圈;不锈钢毛细管另一端与输液或气体管线连接,其中输液管线材质为聚四氟乙烯。
使用上述装置时,主进样口4与反应过程需使用的公共试剂瓶相连接,液体分支进样口6分别可与不同的可变更原料池连接,使用氮气作为驱动力,从原料瓶驱动氨基酸原料进入微反应器,气体分支入口2分别与多个通气电磁阀相连接,通过电路板和软件控制各电磁阀开合,产品或废液口11与接收瓶相连。
实施例2
采用机械加工模板及热压印法进行具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的制作。
实施例2的全氟聚合物微反应器的制作方法如下:采用车床、铣床切削方式对不锈钢板材进行加工,获得相对于具有图2和图3所示的不锈钢阳模图形,采用热压印法,把不锈钢阳模上的图形再转移到全氟聚合物片材(包括全氟盖片和全氟基片)上,得到具有本发明所要求的结构的全氟基片和全氟盖片;通过键合,把全氟基片、全氟弹性薄膜和全氟盖片三层全氟材料键 合成完整的微反应器。本实施例中,全氟基片和全氟盖片材料为美国杜邦公司的熔点范围302-310℃,全氟弹性薄膜材质为美国杜邦公司的熔点范围302-310℃。
主要实施过程如下:参照实施例1的全氟聚合物微反应器结构,经外协加工获得所需的不锈钢阳模图形;在不锈钢阳模上放置PFA板,在加热加压的条件下进行热压印,热压印温度为260-290℃,施加压力为0.1-0.2Mpa,加压时间为15-20分钟;撤去压力后在PFA板上获得图案阴模,即得本发明所要求的结构的全氟基片和全氟盖片;将所述全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜经仔细清洗后,在显微对齐装置的辅助下小心对齐,并使用不锈钢夹具固定;将全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜及不锈钢夹具置于芯片封合仪中进行键合,键合温度为240-270℃;键合时间为2-4小时。
所制作的全氟聚合物微反应器的全氟盖片和全氟基片的结构与实施例1所制作的全氟聚合物微反应器的对应结构相似。
本实施例制作的全氟聚合物微反应器的规格与实施例1有所不同,不同之处如下:全氟盖片的尺寸为6cm(长)×3cm(宽)×2mm(厚);液流主管路的长度为3.6cm,宽度为1mm,深度为200μm;液流分支管路的长度为6mm,宽度为600μm,深度为100μm;反应腔体的长度为12mm,宽度为1.5mm,深度为200μm;反应腔体的拦坝部分单层宽度为600μm,液体可通过部分的宽度为50μm,拦坝间距为1mm,拦坝数目为2组;全氟基片的尺寸为6cm(长)×3cm(宽)×2mm(厚);气流分支管路的宽度为600μm,深度为200μm;所有液体分支进样口、产品或废液出口、气体分支入口的内径均为1mm;全氟弹性薄膜的厚度为20μm。其余规格与实施例1中的相应之处规格相同。所采用的附属装置与实施例1中的相同。
实施例3
采用机械加工法进行具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的制作。
实施例3的全氟聚合物微反应器的制作方法如下:采用车床、铣床切削方式对全氟板材进行加工,获得具有如图2和图3所示结构的全氟基片和全氟盖片;通过键合,把全氟基片、全氟弹性薄膜和全氟盖片(本实施例中,全氟基片和全氟盖片材质为美国杜邦公司的熔点范围302-310℃,全氟弹性薄膜材质为美国杜邦公司的熔点范围255-265℃)三层全氟材料层叠后并键合成完整的微反应器。
主要实施过程如下:参照实施例1的全氟聚合物微反应器结构,经外协加工获得具有本发明所要求的结构的所述全氟基片和全氟盖片;所述全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜经仔细清洗后,在显微对齐装置的辅助下小心对齐,并使用不锈钢夹具固定;将全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜及不锈钢夹具置于芯片封合仪中层叠后进行键合,键合温度为240-270℃,键合时间为2-4小时。
所制作的全氟聚合物微反应器的全氟盖片和全氟基片的结构与实施例1及实施例2所制作的全氟聚合物微反应器的全氟盖片和全氟基片的结构相似。本实施例制作的全氟聚合物微反应器的规格与实施例2制作的全氟聚合物微反应器规格略有不同,即反应腔体的拦坝部分单层宽度为1mm,拦坝间距为600μm。其余规格及其附属装置与实施例2相同。
实施例4
利用实施例1制作的全氟聚合物微反应器装置进行微反应器固相多肽合成。
固相载体选取商品化的Wang树脂(载体粒径:100μm),根据要合成的多肽序列,预先在树脂上连接多肽C端的氨基酸。本实施例以Fmoc-Leu修 饰的Wang树脂作为多肽合成固相载体,利用实施例1制作的全氟聚合物微反应器装置合成亮氨酸脑啡肽。根据文献(Int.J.Pept.Protein Res.,1990,35,161-214.)所报道的方法合成多肽亮氨酸脑啡肽,其序列为Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu。
具体合成步骤如下:
a、使用注射器从主进样口4(如图6)灌入分散于N’N-二甲基甲酰胺(DMF)中的Fmoc-Leu修饰的Wang树脂至反应腔体9中,由于载体束缚结构10存在,载体被束缚在反应腔体9中,DMF溶液则从产品或废液口11排出。
b、将C端第二至五位氨基酸试剂Fmoc-Phe、Fmoc-Gly、Fmoc-Gly、Fmoc-Tyr分别与苯并三氮唑-N,N,N’,N’-四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)等摩尔混合,加入活化试剂(0.4mol/LN-甲基吗啡啉/DMF)配成氨基酸偶联试剂,加入相应原料池备用。装配整个合成装置。
c、脱保护:脱保护试剂(溶有六氢吡啶的DMF溶液)通过主进样口4注入微反应器,注射流速为2μL/min,脱保护时间为5分钟。
d、清洗树脂:从主进样口4注入DMF溶液,用以洗涤树脂,除去残余的脱保护试剂及反应后杂质,注射流速为100μL/min,洗涤时间为6分钟。
e、氨基酸偶联:打开C端第二位氨基酸偶联试剂对应液流分支管路的微气阀,同时关闭其他分支液流分支管路的微气阀。方法为:通过软件关闭该微气阀对应的气体流路,卸去对应阀区3的压力,使该微气阀处的全氟弹性薄膜14松弛,使得反应液体可以从阀区流道断开处8和松弛的全氟弹性薄膜14之间的缝隙通过,从而打开该微气阀;同时保持其他阀区3的压力,使这些微气阀处的全氟弹性薄膜14紧张,使得这些微气阀处的阀区流道断开处8和全氟弹性薄膜14之间的缝隙关闭,从而关闭这些微气阀。开启注射泵,将上述氨基酸偶联试剂引入到反应腔体9中,开始连续流动反应,注 入流速为2μL/min,偶联时间为20分钟。由于其他液流分支管路的微气阀关闭,氨基酸偶联试剂不会倒流入其他液流分支管路,从而避免交叉污染。
f、按照d步骤洗涤树脂一次。
g、依次重复步骤c、d、e和f3次,其中,步骤e中的氨基酸试剂依次为氨基酸试剂Fmoc-Tyr、Fmoc-Gly和Fmoc-Gly,最终得到亮脑啡肽。
h、亮脑啡肽合成结束之后,注入脱保护试剂,使N端氨基酸的保护基团脱除,并注入DMF洗涤树脂。
i、溶剂置换:先后注入二氯甲烷、甲醇置换DMF溶剂;液体泵入流速为25μL/min,置换时间分别为3分钟。
j、原位裂解:注入裂解试剂(质量百分含量为97.5%的三氟乙酸(TFA)的水溶液),注射流速为2μL/min,裂解时间为30分钟;在芯片出口处收集裂解产物即得肽亮氨酸脑啡肽。
实施例5
本实施例用于说明利用刚性多孔固相载体的基于全氟聚合物微反应器进行微反应器固相十肽合成。
固相载体选取自制额刚性、多孔、高负载量聚羟甲基甲氧甲基苯乙烯(HMP)树脂,根据要合成的多肽序列,预先在树脂上连接多肽C端的氨基酸。本实施例以Fmoc-Lys修饰的刚性多孔作为多肽合成固相载体,利用实施例1制作的全氟聚合物微反应器装置合成序列为GGDYKDDDDK。
具体合成步骤如下:
a、使用注射器从主进样口4(如图6)灌入分散于N’N-二甲基甲酰胺(DMF)中的Fmoc-Lys修饰的HMP树脂(载体粒径:10μm)至反应腔体9中,由于载体束缚结构10存在,载体被束缚在反应腔体9中,DMF溶液则从产品或废液口11排出。
b、将C端第二至五位氨基酸试剂Fmoc-Asp、Fmoc-Asp、Fmoc-Asp、Fmoc-Asp、Fmoc-Lys、Fmoc-Tyr、Fmoc-Asp、Fmoc-Gly、Fmoc-Gly分别与苯并三氮唑-N,N,N’,N’-四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)等摩尔混合,加入活化试剂(0.4mol/LN-甲基吗啡啉/DMF)配成氨基酸偶联试剂,加入相应原料池备用。装配整个合成装置。
c、脱保护:脱保护试剂(溶有六氢吡啶的DMF溶液)通过主进样口4注入微反应器,注射流速为0.5μL/min,脱保护时间为5分钟。
d、清洗树脂:从主进样口4注入DMF溶液,用以洗涤树脂,除去残余的脱保护试剂及反应后杂质,注射流速为10μL/min,洗涤时间为6分钟。
e、氨基酸偶联:打开C端第二位氨基酸偶联试剂对应液流分支管路的微气阀,同时关闭其他液流分支管路的微气阀。方法为:通过控制软件关闭该微气阀对应的气体流路,卸去对应阀区3的压力,使该微气阀处的全氟弹性薄膜14松弛,使得反应液体可以从阀区流道断开处8和松弛的全氟弹性薄膜14之间的缝隙通过,从而打开该微气阀;同时保持其他阀区3的压力,使这些微气阀处的全氟弹性薄膜14紧张,使得这些微气阀处的阀区流道断开处8和全氟弹性薄膜14之间的缝隙关闭,从而关闭这些微气阀。开启注射泵,将上述氨基酸偶联试剂引入到反应腔体9中,开始连续流动反应,注入流速为2μL/min,偶联时间为20分钟。由于其他液流分支管路的微气阀关闭,氨基酸偶联试剂不会倒流入其他液流分支管路,从而避免交叉污染。
f、按照d步骤洗涤树脂一次。
g、依次重复步骤c、d、e和f8次,其中,步骤e中的氨基酸试剂依次为氨基酸试剂Fmoc-Asp、Fmoc-Asp、Fmoc-Asp、Fmoc-Asp、Fmoc-Lys、Fmoc-Tyr、Fmoc-Asp、Fmoc-Gly、Fmoc-Gly,最终得到十肽终产物。
h、合成结束之后,注入脱保护试剂,使N端氨基酸的保护基团脱除,并注入DMF洗涤树脂。
i、溶剂置换:先后注入二氯甲烷、甲醇置换DMF溶剂;液体泵入流速为10μL/min,置换时间分别为3分钟。
j、原位裂解:注入裂解试剂(质量百分含量为97.5%的三氟乙酸(TFA)的水溶液),注射流速为0.5μL/min,裂解时间为30分钟;在芯片出口处收集裂解产物即目标多肽。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

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1、10申请公布号CN104096526A43申请公布日20141015CN104096526A21申请号201310114549922申请日20130403B01J19/02200601C07K1/0420060171申请人国家纳米科学中心地址100190北京市海淀区中关村北一条11号72发明人胡志远郑晖王蔚芝74专利代理机构北京润平知识产权代理有限公司11283代理人王凤桐周建秋54发明名称一种全氟聚合物微反应器及其应用57摘要本发明提供了一种全氟聚合物微反应器及其应用,该微反应器具有全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片依次层叠键合的复合结构,所述复合结构上具有微气阀。本发明提供的全氟聚合物微反应。

2、器可适应多种化学反应条件,适合用于多组分循环的固相化学合成反应,反应效率高,试剂用量少,制作成本低,并可实现自动化反应过程控制。51INTCL权利要求书1页说明书10页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书10页附图4页10申请公布号CN104096526ACN104096526A1/1页21一种全氟聚合物微反应器,其特征在于,所述微反应器包括全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片;其中,所述全氟盖片包括具有反应腔体的液流主管路、位于液流主管路两端的主进样口和产品或废液出口、位于液流主管路两侧的液流分支管路,所述反应腔体带有载体束缚结构,所述液流分支管路的一端与。

3、液流主管路连通,且所述液流分支管路具有液体分支进样口,并在所述液流分支管路上设置阀区流道断开处,所述载体束缚结构用于控制反应腔体内的固态载体不流出反应腔体,而允许反应腔体内的液体流出反应腔体;所述全氟基片包括气流分支管路,所述气流分支管路具有气体分支入口和阀区,且所述气流分支管路的个数与全氟盖片中的所述液流分支管路的个数相同;所述全氟弹性薄膜具有根据气压作用控制液流分支管路通断的功能;其中,全氟基片、全氟弹性薄膜和全氟盖片依次层叠并键合,且键合后使得全氟盖片的阀区流道断开处、全氟基片的阀区以及位于之间的全氟弹性薄膜形成微气阀,并且气流分支管路与液流分支管路一一对应。2根据权利要求1所述的微反应。

4、器,其中,所述全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片的材料各自选自聚四氟乙烯、四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物和聚全氟乙丙烯中的一种或多种。3根据权利要求1或2所述的微反应器,其中,所述阀区能够全部覆盖所述阀区流道断开处。4根据权利要求3所述的微反应器,其中,所述阀区为圆形结构,且所述阀区流道断开处的宽度为0015MM,所述阀区的直径为0015MM。5根据权利要求1或2所述的微反应器,其中,所述载体束缚结构由150组拦坝构成,且每组所述栏坝形成在全氟基片的底部,同时每组所述拦坝与反应腔体的至少一个侧壁之间存在间隔。6根据权利要求5所述的微反应器,其中,相邻两组拦坝交错排布。7根据权利要求1或2所述的微。

5、反应器,其中,所述液流分支管路的个数为260个,且在液流主管路两侧等数量分布。8根据权利要求1或2所述的微反应器,其中,所述全氟弹性薄膜的厚度为00101MM。9权利要求18中任意一项所述的微反应器在固相有机合成中的应用。权利要求书CN104096526A1/10页3一种全氟聚合物微反应器及其应用技术领域0001本发明涉及微流控芯片及微反应器技术领域,具体涉及一种全氟聚合物微反应器及其在固相有机合成中的应用。背景技术0002微反应器是指通过微加工或精密机加工技术制造的微型化学反应系统,其反应界面尺度在亚微米至亚毫米量级。微反应器具有比表面积大,传质传热速率快,试剂消耗小,易规模化集成与高通量反。

6、应等特点,在精细化工和生物医药领域很好的前景,也是微流控芯片技术应用于化学领域的成功典范。0003由于化学反应常常需要使用强酸碱、多种有机溶剂等,并且还可能需要加热、加压等反应环境,因此微反应器的材料选择、加工工艺等方面受到很多限制。基于特定的化学反应条件,可以选用适合的材料和加工方法,设计特定的微反应器,从而降低原料或能源消耗,提高生产效率。例如CN101696929A公开的一种快速恒温微反应器,可以提供恒温的微反应环境。而CN102240535A、CN102247787A等公开的不同结构的系列微反应器,能够对反应原料进行有效的混合。目前,基于玻璃等硬质材料的用于固相多肽合成的微流控芯片反应。

7、器也有报道(如WANGETAL,LABCHIP,2011,11,929935,CN102527306A)。0004然而,上述的研究仅针对特定的某一环境进行了优化,其微反应器只能适应特定反应环境。目前,能适应多种反应环境的通用型微反应器的研究仍然是一个难题。因为它要求微反应器的材料有近乎苛刻的化学耐受性,普通的高分子材料和金属材料均无法胜任,金、铂等惰性金属耐受性良好,但价格昂贵,且难以加工成微反应器。目前,公认的化学耐受性最强的高分子材料是侧链完全被氟原子取代的全氟高分子材料,商品名称为“特氟龙”。基于全氟或耐受性稍差的偏氟高分子材料的微反应器也有所报道,但其性能或应用范围仍然有局限。有研究报。

8、道了一种以全氟聚醚(PFPE)为材料的微流控芯片,该芯片能够很好的工作在多种有机溶剂氛围中,且该芯片能够进行DNA的有机合成(HUANGETAL,LABCHIP,2007,7,2426)。但这种材料的主要问题是价格过于昂贵,且合成该材料需要复杂的设备和工艺。商品化全氟聚合物材料如聚四氟乙烯等虽然价格低廉,但由于技术等原因,除少量研究性的探索之外(RENETAL,PROCNATLACADSCIUSA,2011,108,81628166),目前尚未见到成熟的全氟聚合物微反应器的报道。发明内容0005本发明的目的是为克服现有技术的缺陷,提供一种全氟聚合物微反应器及其应用,所述微反应器可以在多种复杂的。

9、化学反应环境下工作,能够且不限于应用在多步循环式的固相化学合成反应,如多肽合成反应中。0006为实现前述目的,本发明提供了一种全氟聚合物微反应器,其中,所述微反应器包括全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片;0007其中,所述全氟盖片包括具有反应腔体的液流主管路、位于液流主管路两端的主说明书CN104096526A2/10页4进样口和产品或废液出口、位于液流主管路两侧的液流分支管路,所述反应腔体带有载体束缚结构,所述液流分支管路的一端与液流主管路连通,且所述液流分支管路具有液体分支进样口,并在所述液流分支管路上设置阀区流道断开处,所述载体束缚结构用于控制反应腔体内的固态载体不流出反应腔体,而允许反应。

10、腔体内的液体流出反应腔体;0008所述全氟基片包括气流分支管路,所述气流分支管路具有气体分支入口和阀区,且所述气流分支管路的个数与全氟盖片中的所述液流分支管路的个数相同;0009所述全氟弹性薄膜具有根据气压作用控制液流分支管路通断的功能;0010其中,全氟基片、全氟弹性薄膜和全氟盖片依次层叠并键合,且键合后使得全氟盖片的阀区流道断开处、全氟基片的阀区以及位于之间的全氟弹性薄膜形成微气阀,并且气流分支管路与液流分支管路一一对应。0011针对本发明,优选所述全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片的材料各自选自聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)和聚全氟乙丙烯(FEP)中的一种。

11、或多种,优选为四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)和/或聚全氟乙丙烯(FEP),但不局限于此。0012本发明中,所述聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)和聚全氟乙丙烯(FEP)均可以为市售的商购材料。0013针对本发明,优选四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)的熔点为302310,例如可以为美国杜邦公司的美国杜邦公司0014针对本发明,优选聚全氟乙丙烯(FEP)的熔点为255265,例如可以为美国杜邦公司的0015本发明中,位于液流主管路两侧的液流分支管路在全氟盖片上形成梳状结构。且液流主管路包括上游主管路(位于反应腔体和主进样口之间)和下游主管路(位于反应。

12、腔体和产品或废液出口之间)。0016本发明中,所述微气阀为由全氟基片、全氟弹性薄膜、全氟盖片经对齐层叠并键合(可称为叠加键合)后得到的三层气阀结构,其个数与液流分支管路的个数一致。由于微气阀由全氟盖片的阀区流道断开处、全氟基片的阀区以及位于之间的全氟弹性薄膜形成,因此所述微气阀包括全氟盖片的阀区流道断开处、全氟基片的阀区以及位于所述阀区流道断开处和所述阀区之间的全氟弹性薄膜。0017本发明中,所述液流分支管路一般用于进反应原料,且因为反应器一般用于多轮循环反应,且每轮的反应原料可能不同,所以一般需要多个液流分支管路。0018本发明中,所述气流分支管路用于控制液流分支管路的通断,其中,每个气流分。

13、支管路可以分别控制一个液流分支管路的通断,其控制的原理就是通过从气流分支管路中通入气体或切断气体来作用于所述微气阀从而控制液流分支管路的通断,例如当通入气体时,微气阀处的全氟弹性薄膜紧绷,此时液流分支管路连通,可以用于进反应原料,而当不需要进反应原料时,只要撤除气体的供应即可使得微气阀处的全氟弹性薄膜松弛,从而使得液流分支管路断开。0019本发明中,优选所述阀区能够全部覆盖所述阀区流道断开处,即阀区与阀区流道说明书CN104096526A3/10页5断开处相匹配。0020进一步优选所述阀区为圆形结构,且所述阀区流道断开处的宽度(断开的液流分支管路两端之间的距离)为0015MM,所述阀区的直径为。

14、0015MM,更优选为012MM。0021本发明中,所述载体束缚结构的种类繁多,凡是能够满足本发明前述要求的载体束缚结构均可用于本发明,针对本发明,为了便于进行加工,优选所述载体束缚结构由150组,优选36组拦坝构成,且每组所述栏坝形成在全氟基片的底部,同时每组所述拦坝与反应腔体的至少一个侧壁之间存在间隔。针对本发明,进一步优选相邻两组拦坝交错排布。其中,进一步优选每组拦坝宽度为0011MM,更优选为00502MM;优选每组拦坝间距为018MM,更优选为055MM,且相邻拦坝交错排布。0022本发明中,由于所述反应腔体具有载体束缚结构,使得反应腔体内的固态载体不能流出反应腔体,而液体能够流出反。

15、应腔体。0023本发明中,优选所述全氟盖片的液体分支管路为260个,优选为616个,且在液流主管路两侧等数量分布。0024本发明中,优选所述全氟弹性薄膜厚度为00101MM,更优选为0020005MM。0025本发明中,所述主进样口、液体分支进样口和气体分支入口都可以通过气压输送样品。0026本发明中,所述微气阀可以通过软件控制通断。0027本发明的所述微反应器的全氟盖片和全氟基片上的微结构,可采用机械铣削法、化学刻蚀法、等离子体刻蚀法、热压印法、激光烧蚀法等方法进行制作。0028如前所述,本发明中,具有前述微结构的所述全氟盖片、全氟基片可以采用现有技术的方法形成得到,具体例如可以按如下步骤形。

16、成0029经外协加工获得所需的不锈钢阳模图形(根据所需图形进行选择);在不锈钢阳模上放置全氟板(为聚四氟乙烯、四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物和聚全氟乙丙烯中的一种或多种),在加热加压的条件下进行热压印,热压印温度为240300,优选热压印温度为260290,施加压力为00204MPA,优选施加压力为0102MPA。加压时间为140分钟,优选加压时间为1020分钟;撤去压力后在全氟板上获得图案阴模,即得本发明所要求的结构的全氟基片和全氟盖片。但本发明不局限于此。0030本发明中,所述全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片之间通过热键合或专用粘合剂进行键合,具体地可通过显微操作、标尺辅助等方法,将全氟盖。

17、片、全氟弹性薄膜和全氟基片依次层叠并键合。0031本发明中,如前所述,可以采用现有技术的方法将全氟盖片、全氟弹性薄膜和全氟基片进行键合,具体地当采用现有技术的方法形成了全氟基片、全氟盖片后,可以按如下步骤进行层叠和键合0032将所述全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜经仔细清洗,在显微对齐装置的辅助下小心对齐,并使用不锈钢夹具固定;将全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜及不锈钢夹具置于芯片封合仪中进行键合,键合温度为240300,优选键合温度为240270;键合时间为056小时,优选键合时间为24小时。但本发明不局限于此。0033本发明中,所述微反应器的制作方法无特殊限制,例如可以采用机械加工模板及热。

18、压印法制作,也可以采用化学湿法腐蚀模板及热压印法制作。说明书CN104096526A4/10页60034本发明中,所述全氟聚合物微反应器可通过如下方法与附属装置连接各液体分支进样口通过输液管线与原料储液装置连接,且各液体分支进样口可通过密封胶或弹性耐腐蚀胶管密封,原料通过注射泵或气压驱动进料。各气体分支入口通过连接管线与气体源连接,密封方法同各液体分支进样口的密封方法。其中,气体源可通过电磁阀进行开关控制。所述输液管线和气体连接管线的材质可为聚四氟乙烯。0035本发明同时也提供了上述全氟聚合物微反应器及其附属装置在多肽固相合成中的应用。0036本发明的微反应器用于多肽固相合成的方法如下固相载体。

19、经主进样口通入微反应器,并被载体束缚结构阻拦而停留于反应腔体内,在以反应溶剂清洗后开始合成过程。每一轮需依次通过脱保护试剂及氨基酸/偶联试剂。合成所用的溶剂以及脱保护试剂由主进样口进入反应腔体,每轮合成所用的氨基酸/偶联试剂均从不同的液体分支进样口通入合成腔体,每个液体分支管路用自动控制的全氟气动薄膜微气阀控制以防止管路间液体混流,以杜绝交叉污染。合成得到的多肽裂解后,从产品收集口接收,用质谱法进行验证,并用反相液相色谱法鉴定纯度。0037本发明提供的全氟聚合物微反应器能够解决特种全氟材料价格高、加工困难的问题,同时具备全氟聚合物本身优良的化学耐受性,可以适应多种苛刻的化学反应环境,如强酸碱、。

20、有机溶剂、高温等,适用且不限于多步循环式固相化学合成反应,在微反应器上整合有多路的全氟气动薄膜微气阀结构,能方便的进行自动化集成控制。本发明的微反应器具有微型化、集成化、高效率、低成本以及环境友好的优点,在精细化工和生物医药领域有广泛应用价值。0038有益效果00391本发明采用全氟聚合物作为微反应器基材,由于全氟聚合物具有极好的化学惰性,可耐受除熔融的碱金属外的几乎一切化学试剂,且能够长期工作在零下200至260的环境中,因此使用其制作得到的微反应器除具有比表面积大,传质传热速率快,试剂消耗小,模块规模化集成与高通量反应等特点外,还拥有极好的普适性。00402在全氟聚合物微反应器上集成了多个。

21、全氟气动薄膜的微气阀结构,可根据需要自动化调节微气阀开启与关闭,从而实现对反应液体的灵活操控,整合度和灵活性高,非常适合自动化操作。00413所用的微反应器原料均为商品化材料,制造手段灵活,制作效果稳定,大大降低了制造成本。00424与现有技术相比,本发明具有性能突出、普适性好、整合度高、加工方便、成本低廉等优势,并且易于自动化控制,非常适合工业化应用。附图说明0043附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中0044图1为具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的制作过程示意图;00。

22、45图2为具有十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的全氟基片的设计规格示说明书CN104096526A5/10页7意图(上视图);0046图3为具有十个液流分支管路的全氟聚合物微反应器的全氟盖片的设计规格示意图(下视图);0047图4为反应腔体的微结构示意图;0048图5为具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器各层对齐方式示意图;0049图6为具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的完整结构示意图;0050图7为微气阀的细部结构示意图。0051附图标记00521气流分支管路2气体分支入口00533阀区4主进样口00545上游主管路6液体分支进样口0055。

23、7液流分支管路8阀区流道断开处00569反应腔体10载体束缚结构005711产品或废液出口12下游主管路005813全氟盖片14全氟弹性薄膜005915全氟基片具体实施方式0060此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。0061下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。0062下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。0063实施例10064采用化学湿法腐蚀模板及热压印法进行具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的制作。0065所述全氟聚合物微反应器的制作过程如附图1所示0066其中,步骤A表示旋涂光刻胶;0。

24、067步骤B表示紫外曝光;0068步骤C表示显影,把掩膜上的图形转移到光刻胶上;0069步骤D表示不锈钢湿法刻蚀,从而在不锈钢上获得图案阳模;0070步骤E表示去除不锈钢上的残余光刻胶;0071步骤F表示热压印,把不锈钢阳模上的图形转移到全氟聚合物片材上,然后得到具有本发明要求的微结构的全氟基片和全氟盖片;0072步骤G表示层叠并键合,把三层全氟材料对齐层叠键合成完整的微反应器。0073主要实施过程如下根据本发明的微反应器,将设计好的图案制成胶片掩膜;将光刻胶旋涂在表面抛光的不锈钢(型号304)板上,覆盖胶片掩膜后进行紫外曝光;曝光后的不锈钢(型号304)板在光刻胶(光胶)显影液中显影,得到光。

25、刻胶微图案;将不锈钢板放入不锈钢蚀刻液中进行湿法刻蚀,得到图案阳模,其线条深度为00504MM;使用光刻胶说明书CN104096526A6/10页8去胶液除去残余光刻胶并清洗;在不锈钢阳模上放置全氟基片或全氟盖片(材料均为四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物,即PFA),在加热加压的条件下进行热压印,热压印温度为260290,施加压力为0102MPA,加压时间为1520分钟。撤去压力后在全氟基片或全氟盖片上获得具有相应图案的阴模,由此即得具有本发明的所要求的微结构的所述全氟基片和全氟盖片;将所述全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜(全氟基片和全氟盖片材质为美国杜邦公司的熔点范围302310,全氟弹性薄膜。

26、材质为美国杜邦公司的熔点范围302310)经仔细清洗后,在显微对齐装置的辅助下小心对齐,并使用不锈钢夹具固定;将全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜及不锈钢夹具置于芯片封合仪中进行键合,键合温度为240270;键合时间为24小时。0074所制作的全氟聚合物微反应器的全氟盖片和全氟基片的结构和微管路尺寸设计如图2和图3所示。为方便描述,这里特别指定微反应器的上视图和下视图,所述各视图均符合此指定将完整的全氟聚合物微反应器正常放置在某一平面上,观察者从上往下看的视图为上视图,观察者从下往上看的视图为下视图。图2为全氟基片的结构示意图。图2中各附图标记如下1气流分支管路、2气体分支入口、3阀区。图2为上。

27、视图,正常放置的全氟聚合物微反应器的全氟基片的微结构朝上。图3为全氟盖片的结构示意图,为下视图,正常放置的全氟聚合物微反应器的全氟盖片微结构朝下。其中,图3中附图标记如下4主进样口、5上游主管路,位于载体束缚结构上游,6液体分支进样口、7液流分支管路、8阀区流道断开处、9反应腔体、10载体束缚结构、11产品或废液出口。其中,反应腔体9的细微结构如图4所示,12下游主管路。全氟盖片13、全氟弹性薄膜14、全氟基片15按照图5所示的顺序完全层叠后进行键合,得到整体结构,即微反应器的上层为全氟盖片13,其微结构朝下,中层为全氟弹性薄膜14,下层为全氟基片15,其微结构朝上。全氟盖片13、全氟弹性薄膜。

28、14、全氟基片15层叠并键后得到的微反应器结构如图6所示。键合形成的微气阀结构如图7所示。0075本实施例制作的全氟聚合物微反应器及其附属装置(附属装置指的是微反应器用于合成反应时,需要使用的部件包括连接管线、密封圈、接头等)的规格如下全氟盖片的尺寸为4CM(长)2CM(宽)2MM(厚);液流主管路的长度为24CM,宽度为400M,深度为150M;液流分支管路的长度为4MM,宽度为150M,深度为100M;反应腔体的长度为8MM,宽度为800M,深度为150M;反应腔体的拦坝部分单层宽度为200M,液体可通过部分的宽度为50M,拦坝间距为300M,拦坝数目为4组;全氟基片的尺寸为4CM(长)2。

29、CM(宽)2MM(厚);气流分支管路的宽度为150M,深度为150M;所有液体分支进样口、产品或废液出口、气体分支入口的内径均为1MM;所有气体和液体进出口均连接折成45度角的外径09MM的不锈钢毛细管,不锈钢毛细管外套有尺度适合的硅胶管,全氟弹性薄膜的厚度为20M,其中,接触反应液体的主进样口、液体分支进样口和产品或废液出口在硅胶管前端还套有氟橡胶O型圈;不锈钢毛细管另一端与输液或气体管线连接,其中输液管线材质为聚四氟乙烯。0076使用上述装置时,主进样口4与反应过程需使用的公共试剂瓶相连接,液体分支进样口6分别可与不同的可变更原料池连接,使用氮气作为驱动力,从原料瓶驱动氨基酸原料进入微反应。

30、器,气体分支入口2分别与多个通气电磁阀相连接,通过电路板和软件控说明书CN104096526A7/10页9制各电磁阀开合,产品或废液口11与接收瓶相连。0077实施例20078采用机械加工模板及热压印法进行具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的制作。0079实施例2的全氟聚合物微反应器的制作方法如下采用车床、铣床切削方式对不锈钢板材进行加工,获得相对于具有图2和图3所示的不锈钢阳模图形,采用热压印法,把不锈钢阳模上的图形再转移到全氟聚合物片材(包括全氟盖片和全氟基片)上,得到具有本发明所要求的结构的全氟基片和全氟盖片;通过键合,把全氟基片、全氟弹性薄膜和全氟盖片三层全氟材。

31、料键合成完整的微反应器。本实施例中,全氟基片和全氟盖片材料为美国杜邦公司的熔点范围302310,全氟弹性薄膜材质为美国杜邦公司的熔点范围302310。0080主要实施过程如下参照实施例1的全氟聚合物微反应器结构,经外协加工获得所需的不锈钢阳模图形;在不锈钢阳模上放置PFA板,在加热加压的条件下进行热压印,热压印温度为260290,施加压力为0102MPA,加压时间为1520分钟;撤去压力后在PFA板上获得图案阴模,即得本发明所要求的结构的全氟基片和全氟盖片;将所述全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜经仔细清洗后,在显微对齐装置的辅助下小心对齐,并使用不锈钢夹具固定;将全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄。

32、膜及不锈钢夹具置于芯片封合仪中进行键合,键合温度为240270;键合时间为24小时。0081所制作的全氟聚合物微反应器的全氟盖片和全氟基片的结构与实施例1所制作的全氟聚合物微反应器的对应结构相似。0082本实施例制作的全氟聚合物微反应器的规格与实施例1有所不同,不同之处如下全氟盖片的尺寸为6CM(长)3CM(宽)2MM(厚);液流主管路的长度为36CM,宽度为1MM,深度为200M;液流分支管路的长度为6MM,宽度为600M,深度为100M;反应腔体的长度为12MM,宽度为15MM,深度为200M;反应腔体的拦坝部分单层宽度为600M,液体可通过部分的宽度为50M,拦坝间距为1MM,拦坝数目为。

33、2组;全氟基片的尺寸为6CM(长)3CM(宽)2MM(厚);气流分支管路的宽度为600M,深度为200M;所有液体分支进样口、产品或废液出口、气体分支入口的内径均为1MM;全氟弹性薄膜的厚度为20M。其余规格与实施例1中的相应之处规格相同。所采用的附属装置与实施例1中的相同。0083实施例30084采用机械加工法进行具有十个液流分支管路和十个气流分支管路的全氟聚合物微反应器的制作。0085实施例3的全氟聚合物微反应器的制作方法如下采用车床、铣床切削方式对全氟板材进行加工,获得具有如图2和图3所示结构的全氟基片和全氟盖片;通过键合,把全氟基片、全氟弹性薄膜和全氟盖片(本实施例中,全氟基片和全氟盖。

34、片材质为美国杜邦公司的熔点范围302310,全氟弹性薄膜材质为美国杜邦公司的熔点范围255265)三层全氟材料层叠后并键合成完整的微反应器。0086主要实施过程如下参照实施例1的全氟聚合物微反应器结构,经外协加工获得具有本发明所要求的结构的所述全氟基片和全氟盖片;所述全氟基片、全氟盖片和全氟弹说明书CN104096526A8/10页10性薄膜经仔细清洗后,在显微对齐装置的辅助下小心对齐,并使用不锈钢夹具固定;将全氟基片、全氟盖片和全氟弹性薄膜及不锈钢夹具置于芯片封合仪中层叠后进行键合,键合温度为240270,键合时间为24小时。0087所制作的全氟聚合物微反应器的全氟盖片和全氟基片的结构与实施。

35、例1及实施例2所制作的全氟聚合物微反应器的全氟盖片和全氟基片的结构相似。本实施例制作的全氟聚合物微反应器的规格与实施例2制作的全氟聚合物微反应器规格略有不同,即反应腔体的拦坝部分单层宽度为1MM,拦坝间距为600M。其余规格及其附属装置与实施例2相同。0088实施例40089利用实施例1制作的全氟聚合物微反应器装置进行微反应器固相多肽合成。0090固相载体选取商品化的WANG树脂(载体粒径100M),根据要合成的多肽序列,预先在树脂上连接多肽C端的氨基酸。本实施例以FMOCLEU修饰的WANG树脂作为多肽合成固相载体,利用实施例1制作的全氟聚合物微反应器装置合成亮氨酸脑啡肽。根据文献(INTJ。

36、PEPTPROTEINRES,1990,35,161214)所报道的方法合成多肽亮氨酸脑啡肽,其序列为TYRGLYGLYPHELEU。0091具体合成步骤如下0092A、使用注射器从主进样口4(如图6)灌入分散于NN二甲基甲酰胺(DMF)中的FMOCLEU修饰的WANG树脂至反应腔体9中,由于载体束缚结构10存在,载体被束缚在反应腔体9中,DMF溶液则从产品或废液口11排出。0093B、将C端第二至五位氨基酸试剂FMOCPHE、FMOCGLY、FMOCGLY、FMOCTYR分别与苯并三氮唑N,N,N,N四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)等摩尔混合,加入活化试剂(04MOL/LN甲基吗啡啉/DMF)。

37、配成氨基酸偶联试剂,加入相应原料池备用。装配整个合成装置。0094C、脱保护脱保护试剂(溶有六氢吡啶的DMF溶液)通过主进样口4注入微反应器,注射流速为2L/MIN,脱保护时间为5分钟。0095D、清洗树脂从主进样口4注入DMF溶液,用以洗涤树脂,除去残余的脱保护试剂及反应后杂质,注射流速为100L/MIN,洗涤时间为6分钟。0096E、氨基酸偶联打开C端第二位氨基酸偶联试剂对应液流分支管路的微气阀,同时关闭其他分支液流分支管路的微气阀。方法为通过软件关闭该微气阀对应的气体流路,卸去对应阀区3的压力,使该微气阀处的全氟弹性薄膜14松弛,使得反应液体可以从阀区流道断开处8和松弛的全氟弹性薄膜14。

38、之间的缝隙通过,从而打开该微气阀;同时保持其他阀区3的压力,使这些微气阀处的全氟弹性薄膜14紧张,使得这些微气阀处的阀区流道断开处8和全氟弹性薄膜14之间的缝隙关闭,从而关闭这些微气阀。开启注射泵,将上述氨基酸偶联试剂引入到反应腔体9中,开始连续流动反应,注入流速为2L/MIN,偶联时间为20分钟。由于其他液流分支管路的微气阀关闭,氨基酸偶联试剂不会倒流入其他液流分支管路,从而避免交叉污染。0097F、按照D步骤洗涤树脂一次。0098G、依次重复步骤C、D、E和F3次,其中,步骤E中的氨基酸试剂依次为氨基酸试剂FMOCTYR、FMOCGLY和FMOCGLY,最终得到亮脑啡肽。0099H、亮脑啡。

39、肽合成结束之后,注入脱保护试剂,使N端氨基酸的保护基团脱除,并注说明书CN104096526A109/10页11入DMF洗涤树脂。0100I、溶剂置换先后注入二氯甲烷、甲醇置换DMF溶剂;液体泵入流速为25L/MIN,置换时间分别为3分钟。0101J、原位裂解注入裂解试剂(质量百分含量为975的三氟乙酸(TFA)的水溶液),注射流速为2L/MIN,裂解时间为30分钟;在芯片出口处收集裂解产物即得肽亮氨酸脑啡肽。0102实施例50103本实施例用于说明利用刚性多孔固相载体的基于全氟聚合物微反应器进行微反应器固相十肽合成。0104固相载体选取自制额刚性、多孔、高负载量聚羟甲基甲氧甲基苯乙烯(HMP。

40、)树脂,根据要合成的多肽序列,预先在树脂上连接多肽C端的氨基酸。本实施例以FMOCLYS修饰的刚性多孔作为多肽合成固相载体,利用实施例1制作的全氟聚合物微反应器装置合成序列为GGDYKDDDDK。0105具体合成步骤如下0106A、使用注射器从主进样口4(如图6)灌入分散于NN二甲基甲酰胺(DMF)中的FMOCLYS修饰的HMP树脂(载体粒径10M)至反应腔体9中,由于载体束缚结构10存在,载体被束缚在反应腔体9中,DMF溶液则从产品或废液口11排出。0107B、将C端第二至五位氨基酸试剂FMOCASP、FMOCASP、FMOCASP、FMOCASP、FMOCLYS、FMOCTYR、FMOCA。

41、SP、FMOCGLY、FMOCGLY分别与苯并三氮唑N,N,N,N四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)等摩尔混合,加入活化试剂(04MOL/LN甲基吗啡啉/DMF)配成氨基酸偶联试剂,加入相应原料池备用。装配整个合成装置。0108C、脱保护脱保护试剂(溶有六氢吡啶的DMF溶液)通过主进样口4注入微反应器,注射流速为05L/MIN,脱保护时间为5分钟。0109D、清洗树脂从主进样口4注入DMF溶液,用以洗涤树脂,除去残余的脱保护试剂及反应后杂质,注射流速为10L/MIN,洗涤时间为6分钟。0110E、氨基酸偶联打开C端第二位氨基酸偶联试剂对应液流分支管路的微气阀,同时关闭其他液流分支管路的微气阀。方法。

42、为通过控制软件关闭该微气阀对应的气体流路,卸去对应阀区3的压力,使该微气阀处的全氟弹性薄膜14松弛,使得反应液体可以从阀区流道断开处8和松弛的全氟弹性薄膜14之间的缝隙通过,从而打开该微气阀;同时保持其他阀区3的压力,使这些微气阀处的全氟弹性薄膜14紧张,使得这些微气阀处的阀区流道断开处8和全氟弹性薄膜14之间的缝隙关闭,从而关闭这些微气阀。开启注射泵,将上述氨基酸偶联试剂引入到反应腔体9中,开始连续流动反应,注入流速为2L/MIN,偶联时间为20分钟。由于其他液流分支管路的微气阀关闭,氨基酸偶联试剂不会倒流入其他液流分支管路,从而避免交叉污染。0111F、按照D步骤洗涤树脂一次。0112G、。

43、依次重复步骤C、D、E和F8次,其中,步骤E中的氨基酸试剂依次为氨基酸试剂FMOCASP、FMOCASP、FMOCASP、FMOCASP、FMOCLYS、FMOCTYR、FMOCASP、FMOCGLY、FMOCGLY,最终得到十肽终产物。0113H、合成结束之后,注入脱保护试剂,使N端氨基酸的保护基团脱除,并注入DMF洗说明书CN104096526A1110/10页12涤树脂。0114I、溶剂置换先后注入二氯甲烷、甲醇置换DMF溶剂;液体泵入流速为10L/MIN,置换时间分别为3分钟。0115J、原位裂解注入裂解试剂(质量百分含量为975的三氟乙酸(TFA)的水溶液),注射流速为05L/MIN。

44、,裂解时间为30分钟;在芯片出口处收集裂解产物即目标多肽。0116以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。0117另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。0118此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。说明书CN104096526A121/4页13图1图2说明书附图CN104096526A132/4页14图3图4说明书附图CN104096526A143/4页15图5图6说明书附图CN104096526A154/4页16图7说明书附图CN104096526A16。

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