Sintesi mediante grafting su beads polimerici monodispersi

Il problema principale della preparazione dei MIPs con la tecnica in bulk è la produzione di un particolato mesoporoso irregolare non adatto per la produzione di fasi stazionarie per analisi in HPLC.
Questa tecnica permette di realizzare fasi stazionarie ad elevata selettività utili sia per l’uso cromatografico sia per l’estrazione in fase solida (SPE).
Viene prodotto un sottile strato di polimero legato su substrati polistirenici preformati di forma sferica (beads), con porosità controllata. In questo modo vengono mantenuti i livelli di selettività e capacità di legame ottenuti anche mediante le tecniche classiche, ma viene notevolmente migliorata l’efficienza della colonna.

Il procedimento per la preparazione di MIPs comporta in un primo momento la sintesi dei beads, prodotti anch’essi per polimerizzazione. Una volta pronti i beads è necessario renderli reattivi in modo da poterli ricoprire con lo strato di polimero desiderato. Per far questo le sferette di polimero vengono fatte reagire con un iniziatore radicalico fotosensibile, l’Iniferter (Sodio dietilditiocarbammato triidrato). La reazione permette di ricoprire uniformemente i beads con l’iniziatore. Il processo è abbastanza lungo e questa fase del procedimento è anche quella che necessita di più tempo (72 ore).
Una volta pronti i beads si può preparare la miscela di polimerizzazione per il templante desiderato e far partire la reazione.

Preparazione dei beads
Esistono diversi tipi di beads, vengono prodotti in modi differenti e presentano substrati di grandezza molto diversa tra loro, a seconda degli usi per cui vengono concepiti.
Mentre le analisi cromatografiche necessitano beads molto piccoli (pochi mm di diametro), per analisi su colonnine per SPE è possibile produrre beads di dimensioni maggiori.
Sia i beads di dimensioni maggiori sia quelli più piccoli hanno una elevata efficienza e si presentano come delle piccole sfere su cui viene poi realizzata la polimerizzazione del templante.

I beads per precipitazione, di dimensioni minori, usati in HPLC, vengono prodotti a partire da divinilbenzene e clorometilstirene; la polimerizzazione avviene in un bagno caldo (60°C) per almeno 12 ore, poi i beads vengono lavati e filtrati con un bukner su beuta da vuoto.

I beads da silice (più grandi, per l'uso in SPE) sono prodotti in modo che la superficie della silice venga ricoperta dal polimero formato da divinilbenzene e clorometilstirene. Come nel caso precedente la polimerizzzione avviene a caldo (70°C) per almeno 12 ore, ma una volta lavati e filtrati i beads, è necessario eliminare la silice con una miscela di fluoruro di ammonio e acido fluoridrico (si lascia reagire per 24 ore).

Una volta prodotti i beads è necessario attivarli attaccandogli l’iniferter, un'operazione lunga e delicata che deve avvenire al buio (l'iniferter è un iniziatore fotosensibile).
I beads vengono messi in un pallone completamente avvolto da carta stagnola, si aggiunge l'iniferter e si scioglie in THF in bagno ad ultrasuoni, quindi la reazione avviene montando il pallone su rotavapor (a bassa rotazione) a 40° C per 72 ore.

Sintesi del MIP con i beads
Per sintetizzare il polimero si aggiunge in un pallone (coperto per non esporre alla luce l'iniferter) la molecola stampo, il solvente porogeno (cloroformio), i monomeri funzionali (MAA) e i crosslinkers (EGDMA). Si fa degasare per 5 minuti in flusso di azoto per eliminare l'ossigeno dalla miscela di reazione e si monta il pallone su rotavapor regolando la velocità al minimo, mettendo in un bagno regolato termicamente in modo da raffreddare la soluzione durante la polimerizzazione. Si scopre il pallone e si posiziona la lampada UV a non più di 10 cm con una inclinazione tangenziale, quindi si fa partire la sintesi del polimero.
Si lascia polimerizzare almeno 12 ore (overnight).

Terminata la polimerizzazione si lava, filtrando il polimero su beuta da vuoto con Cloroformio.

La fase di lavaggio ed equilibratura della colonnina in HPLC varia da polimero a polimero ed è fondamentale per l’allontanamento del templante dai siti di legame oltre che necessario per l’eliminazione di eventuali impurità.

Fonti
Metodo di sintesi utilizzato dal dott. Baggiani presso la facoltà di Chimica Analitica dell'Università di Torino