Phosphopeptides की बढ़ी संवर्धन के लिए Macroporous पॉलिमर Monoliths पर अत्यंत झरझरा समन्वय बहुलक कोटिंग्स की तैयारी
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
खुली समन्वय पॉलिमर (पीसीपीएस) अनाकार या 1-3 क्रिस्टलीय हो सकता है कि 1, 2 या 3 आयामों में विस्तार समन्वय संस्थाओं दोहरा साथ जैविक ligands के द्वारा जुड़ा हुआ धातु केन्द्रों पर आधारित समन्वय यौगिक हैं। हाल के वर्षों में, झरझरा सामग्री के इस वर्ग की वजह से उनके उच्च porosity, व्यापक रासायनिक tunability, और उनके स्थिरता के लिए व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। पीसीपीएस गैस भंडारण, गैस जुदाई, और कटैलिसीस 3-6, और बहुत हाल ही में, पीसीपीएस की पहली विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों 7 वर्णित किया गया है सहित आवेदन की एक श्रृंखला के लिए पता लगाया गया है।
क्योंकि उनके बढ़ाया रासायनिक कार्यक्षमता और उच्च porosity पीसीपीएस की शुद्धि प्रक्रियाओं और chromatographic विभाजन के सुधार के लिए उनके विशाल क्षमता के लिए लक्षित किया गया है, और इस विषय से संबंधित रिपोर्ट की एक संख्या 7-13 प्रकाशित किया गया है। हालांकि, पीसीपीएस का प्रदर्शन एक equivale पर वर्तमान में नहीं हैकारण उनके कणों या क्रिस्टल के अपने आम तौर पर अनियमित आकार morphologies की वजह से इन ठोस का पैक बेड में बड़े interparticle रिक्तियों के माध्यम से तेजी से प्रसार की संभावना मौजूदा chromatographic सामग्री के साथ NT स्तर। इस अनियमित वितरित पैकिंग एक से कम की उम्मीद है और प्रदर्शन, साथ ही उच्च स्तंभ backpressures और अवांछनीय शिखर आकार morphologies 14,15 की ओर जाता है।
अंतर-कण रिक्तियों के माध्यम से तेजी से प्रसार की समस्या को हल करने और समन्वित रूप से विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों के लिए पीसीपीएस के प्रदर्शन को बढ़ाने के क्रम में, macropores की सतह पर पीसीपी में शामिल है कि एक Macroporous बहुलक केवल पत्थर का खंभा 16 के आधार पर एक संकर सामग्री का विकास होगा वांछनीय हो। पॉलिमर monoliths पैकिंग मनका और सफलतापूर्वक कई ग द्वारा commercialized किया गया है सबसे कारगर विकल्पों में से एक है उन्हें जो बनाता है, उनके छिद्रों के माध्यम से संवहनी प्रवाह बनाए रख सकते हैं, एकल टुकड़ा सामग्री आत्म निहित हैं ompanies 17,18। झरझरा बहुलक monoliths आम तौर पर एक monomer के polymerization और आम तौर पर कार्बनिक सॉल्वैंट्स के द्विआधारी मिश्रण हैं जो porogens, की उपस्थिति में एक crosslinker पर आधारित हैं। प्राप्त अखंड सामग्री एक microglobular संरचना और एक उच्च porosity और प्रवाह पारगम्यता है।
एक साधारण दृष्टिकोण एक पीसीपी युक्त बहुलक केवल पत्थर का खंभा केवल पत्थर का खंभा के polymerization मिश्रण के रूप में संश्लेषित पीसीपीएस का प्रत्यक्ष वृद्धि पर आधारित है तैयार करने के लिए इन सामग्रियों को एकजुट करने के लिए। पीसीपीएस में हुई इस दृष्टिकोण ज्यादातर अंतिम सामग्री 14,15 के आगे आवेदन के लिए सक्रिय किया जा रहा है एक बहुलक पाड़ के भीतर दफन है, और नहीं। एक अलग सिंथेटिक दृष्टिकोण स्पष्ट रूप से, उदाहरण के लिए, क्रिस्टल के भीतर निहित pores के बहुमत बहुलक केवल पत्थर का खंभा की macropores से पहुंच रहे हैं जहां पीसीपीएस, या स्फटिक धातु कार्बनिक चौखटे (MOFs) की वर्दी फिल्मों को विकसित करने के क्रम में की जरूरत है।
टी "> इस के साथ साथ हम आसानी के रूप में लागू किया जा सकता है जो पीसीपीएस की कुर्की के लिए उपयुक्त कार्य समूह के साथ एक Macroporous बहुलक समर्थन के आधार पर एक धातु कार्बनिक बहुलक संकर सामग्री (MOPH) की तैयारी के लिए एक सरल प्रोटोकॉल रिपोर्ट एक घुन्ना एकल प्रवाह के माध्यम से अनुप्रयोगों के लिए इष्टतम गुणों के साथ एक कॉलम प्रारूप में -piece बहुलक केवल पत्थर का खंभा। बहुलक संश्लेषण की प्रक्रिया में एक साधारण कमरे के तापमान समाधान आधारित द्वारा पीछा किया जाता है विधि केवल पत्थर का खंभा 19-20 का pores की आंतरिक सतह पर एक पीसीपी कोटिंग विकसित करने के लिए। पहला उदाहरण के रूप में, हम एक Macroporous पाली (styrene-divinylbenzene-methacrylic एसिड) केवल पत्थर का खंभा के भीतर एक लोहे (तृतीय) benzenetricarboxylate (FeBTC) समन्वय बहुलक फिल्म की तैयारी का वर्णन है। इस विधि थोक पाउडर की तैयारी के रूप में अच्छी तरह से केशिका स्तंभों के लिए प्रभावी है और वर्णित प्रोटोकॉल अन्य पीसीपीएस को आसानी से लागू है। प्रवाह throu के लिए कार्यात्मक सामग्री के रूप में MOPHs की क्षमता का एक उदाहरण के रूप मेंजीएच आवेदन, हम केंद्रों फे को phosphopeptides के बंधन आत्मीयता का शोषण पचा प्रोटीन मिश्रण से phosphopeptides को समृद्ध करने के लिए (तृतीय) फ़े के एक घने कोटिंग शामिल हैं जो विकसित FeBTC MOPH लागू किया (तृतीय)। विकसित प्रोटोकॉल 21 तीन मुख्य भागों शामिल हैं: Macroporous जैविक बहुलक केवल पत्थर का खंभा समर्थन तैयार करना; केवल पत्थर का खंभा के pores की सतह पर पीसीपी कोटिंग का विकास; phosphopeptides के संवर्धन के लिए आवेदन।Protocol
Representative Results
Discussion
मूल बहुलक केवल पत्थर का खंभा धातुओं के लिए बाध्य करने में सक्षम कार्बोक्जिलिक कार्य समूहों में शामिल है। मूल सामग्री पर प्रारंभिक धातु साइटों समन्वय, हम एक microporous के नेटवर्क को आकार देने के अतिरिक्त धात…
Divulgations
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 |
References
- Li, H., Eddaoudi, M., O’Keeffe, M., Yaghi, O. M. Design and synthesis of an exceptionally stable and highly porous metal-organic framework. Nature. 402, 276-279 (1999).
- Kitagawa, S., Kitaura, R., Noro, S. i. Functional porous coordination polymers. Angew. Chem. Int. Ed. 43, 2334-2375 (2004).
- Furukawa, H., Cordova, K. E., O’Keeffe, M., Yaghi, O. M. The chemistry and applications of metal-organic frameworks. Science. 341, 974 (2013).
- Ma, S., Zhou, H. C. Gas storage in porous metal-organic frameworks for clean energy applications. Chem. Commun. 46, 44-53 (2010).
- Li, J. R., Sculley, J., Zhou, H. C. Metal-organic frameworks for separations. Chem. Rev. 112, 869-932 (2012).
- Lee, J., Farha, O. K., Roberts, J., Scheidt, K. A., Nguyen, S. T., Hupp, J. T. Metal-organic framework materials as catalysts. Chem. Soc. Rev. 38, 1450-1459 (2009).
- Gu, Z. Y., Yang, C. X., Chang, N., Yan, X. P. Metal-organic frameworks for analytical chemistry: From sample collection to chromatographic separation. Acc. Chem. Res. 45, 734-745 (2012).
- Ahmad, R., Wong-Foy, A. G., Matzger, A. J. Microporous coordination polymers as selective sorbents for liquid chromatography. Langmuir. 25, 11977-11979 (2009).
- Yang, C. X., Yan, X. P. Metal-organic framework MIL-101(Cr) for high-performance liquid chromatographic separation of substituted aromatics. Anal. Chem. 83, 7144-7150 (2011).
- Fu, Y. Y., Yang, C. X., Yan, X. P. Control of the coordination status of the open metal sites in metal-organic frameworks for high performance separation of polar compounds. Langmuir. 28, 6802-6810 (2012).
- Gu, Z. Y., Yan, X. P. Metal-organic framework MIL-101 for high-resolution gas-chromatographic separation of xylene isomers and ethylbenzene. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 1477-1480 (2010).
- Chang, N., Gu, Z. Y., Yan, X. P. Zeolitic imidazolate framework-8 nanocrystal coated capillary for molecular sieving of branched alkanes from linear alkanes along with high-resolution chromatographic separation of linear alkanes. J. Am. Chem. Soc. 132, 13645-13647 (2010).
- Yu, L. Q., Xiong, C. X., Yan, X. P. Room temperature fabrication of post-modified zeolitic imidazolate-90 as stationary phase for open-tubular capillary electrochromatography. J. Chromatogr. A. 1343, 188-194 (2014).
- Fu, Y. Y., Yang, C. X., Yan, X. P. Incorporation of metal-organic framework UiO-66 into porous polymer monoliths to enhance the liquid chromatographic separation of small molecules. Chem. Commun. 49, 7162-7164 (2013).
- Lin, C. L., Lirio, S., Chen, Y. T., Lin, C. H., Huang, H. Y. A novel hybrid metal-organic framework-polymeric monolith for solid-phase extraction. Chem. Eur. J. 20, 3317-3321 (2014).
- Svec, F. Porous polymer monoliths: Amazingly wide variety of techniques enabling their preparation. J. Chromatogr. A. 1217, 902-924 (2010).
- Shekhah, O., et al. Step-by-step route for the synthesis of metal-organic frameworks. J. Am. Chem. Soc. 129, 15118-15119 (2007).
- Shekhah, O., Fu, L., Belmabkhout, Y., Cairns, A. J., Giannelis, E. P., Eddaoudi, M. Successful implementation of the stepwise layer-by-layer growth of MOF thin films on confined surfaces: mesoporous silica foam as a first case study. Chem. Commun. 48, 11434-11436 (2012).
- Saeed, A., Maya, F., Xiao, D. J., Naham-ul-Haq, M., Svec, F., Britt, D. K. Growth of a highly porous coordination polymer on a macroporous polymer monolith support for enhanced immobilized metal ion affinity chromatographic enrichment of phosphopeptides. Adv. Funct. Mater. 24, 5797-5710 (2014).
- Krenkova, J., Lacher, N. A., Svec, F. Control of selectivity via nanochemistry: Monolithic capillary column containing hydroxyapatite nanoparticles for separation of proteins and enrichment of phosphopeptides. Anal. Chem. 82, 8335-8341 (2010).
- Jabeen, F., et al. Silica-lanthanum oxide: Pioneer composite of rare-earth metal oxide in selective phosphopeptides enrichment. Anal. Chem. 84, 10180-10185 (2012).
- Hussain, D., et al. Functionalized diamond nanopowder for phosphopeptides enrichment from complex biological fluids. Anal. Chim. Acta. 775, 75-84 (2013).
- Aprilita, N. H., et al. Poly(glycidyl methacrylate/divinylbenzene)-IDA-FeIII in phosphoproteomics. J. Proteom. Res. 4, 2312-2319 (2005).
- Lo, C. Y., Chen, W. Y., Chen, C. T., Chen, Y. C. Rapid enrichment of phosphopeptides from tryptic digests of proteins using iron oxide nanocomposites of magnetic particles coated with zirconia as the concentrating probes. J. Proteom. Res. 6, 887-893 (2007).
- Aryal, U. K., Ross, A. R. S. Enrichment and analysis of phosphopeptides under different experimental conditions using titanium dioxide affinity chromatography and mass spectrometry. Rapid Commun. Mass. Spectrom. 24, 219-231 (2010).
- . . Select Iron Affinity Gel Technical Bulletin. , (2015).
