微流控精密制备大孔二氧化硅微球，增强手性色谱分离度-北京永康乐业科技发展有限公司

多糖功能化大孔二氧化硅微球是高效液相色谱中应用最广泛的手性固定相之一。传统工艺中，这类大孔固定相由多分散介孔二氧化硅微球经扩孔后处理制得，所得产物普遍存在孔径分布宽、孔结构呈多峰型的问题。这种后处理的制备方式以及由此形成的扩孔结构，限制了现有手性固定相的手性分离性能。

近期，厦门大学张博副教授课题组利用液滴微流控合成平台，将溶胶-凝胶化学与相分离过程相结合，实现了单分散大孔二氧化硅微球的一步精密制备，所得微球兼具单峰孔结构与窄孔径分布特征。基于该微球，研究团队制备了经纤维素三（3,5 - 二甲基苯基氨基甲酸酯）功能修饰的单分散手性固定相（Mono-CSP），并将其与具有相同多糖功能基团、基于传统大孔二氧化硅制备的经典Chiralcel OD-H色谱柱进行性能对比。相关研究以“Chiral Chromatography Resolution Can Be Enhanced by Using Microfluidic Precision Manufactured Macroporous Silica Microspheres”为题目，发表在期刊《Analytical Chemistry》上。

本文要点：

1、该研究开发了一种基于液滴微流控的精密制备方法，将溶胶-凝胶化学与相分离过程结合，一步制备出单分散、单峰孔结构且孔径分布窄的大孔二氧化硅微球，并将其功能化制备成单分散手性固定相（Mono-CSP），以经典的Chiralcel OD-H柱为对照，探究其手性色谱分离性能。

2、传统大孔二氧化硅微球通过介孔微球扩孔后处理制备，存在粒径和孔径分布宽、孔结构多峰的问题，制约了手性分离效果；而液滴微流控法制备的Mono-CSP粒径变异系数仅4.0%，孔径半高宽较商用产品降低32%，且无杂散介孔，柱床填充更均匀，涡流扩散显著降低，柱效大幅提升。

3、对42种涵盖酸、碱、中性的手性对映体（包括醇、酮、醛等多类化合物）开展分离测试，结果显示Mono-CSP可分离所有对映体，其中30种实现基线分离，而Chiralcel OD-H仅分离37种、21种达基线分离；90.5%的化合物在Mono-CSP上保留因子更高，93%的对映体分离度提升，还能实现5种商用柱难以分离的手性物分离。这一提升源于Mono-CSP无介孔堵塞问题，多糖手性选择剂的有效包覆表面更高，结合高柱效和强保留性，实现了分离性能的优化。

4、该研究证实，液滴微流控精密制备的大孔二氧化硅微球作为手性固定相载体优势显著，其对颗粒形貌和孔结构的精准调控能力，为制备各类高性能手性色谱固定相提供了通用策略，有望推动手性分离技术的发展。

在碳负载无显著差异的情况下，Mono-CSP为何能实现对绝大多数对映体的保留因子提升？

尽管Mono-CSP（13.9%）与Chiralcel OD-H（14.1%）的碳负载接近，但传统Chiralcel OD-H的二氧化硅微球存在17~26nm的介孔（占总表面16.1%），而多糖衍生物分子尺寸为10~30nm，涂层过程中介孔会被多糖配体大量封堵，导致有效涂层表面大幅降低。

Mono-CSP为单峰大孔结构，无多余介孔，多糖配体可均匀涂覆在大孔表面，有效涂层表面更高，增强了对映体与手性固定相的相互作用，因此90.5%的对映体表现出更高的保留因子。

图1 由多分散介孔二氧化硅微球经扩孔工艺制备的大孔二氧化硅微球。

图2 液滴微流控制备单分散大孔二氧化硅手性固定相的示意图：(a) 单条微流控通道内的液滴形成过程；(b) 微流控装置制备的单分散液滴光学显微镜图像；(c) 所得单分散大孔二氧化硅微球的扫描电子显微镜图像；(d) 多糖基手性固定相的制备过程。(b) 和 (c) 中的比例尺均为 10 μm。

图3 液滴法合成手性固定相（Mono-CSP）与商品化手性固定相（Chiralcel OD-H）的形貌、粒径分布及孔径分布图。Mono-CSP (a) 和 Chiralcel OD-H (d) 的扫描电子显微镜图像，插图为单个大孔二氧化硅微球的放大图；Mono-CSP (b) 和 Chiralcel OD-H (e) 的粒径分布图；Mono-CSP (c) 和 Chiralcel OD-H (f) 的孔径分布图，插图为选定区域内介孔孔径分布的放大图。