相轉(zhuǎn)移法制備熊果酸分子印跡膜

摘 要:通過(guò)相轉(zhuǎn)移的方法制備了對(duì)熊果酸有選擇性吸附的聚丙烯腈丙烯酸分子印跡膜.通過(guò)吸附性能的檢測(cè)，熊果酸在印跡和非印跡膜中的吸附量分別為0.226和0.087 μmol/g.滲透實(shí)驗(yàn)表明:分子印跡膜對(duì)熊果酸有很好的識(shí)別特性，而非印跡膜對(duì)熊果酸的識(shí)別性低于印跡膜對(duì)熊果酸的識(shí)別性.

關(guān)鍵詞:分子識(shí)別;分子印跡;分子印跡膜;熊果酸

中圖分類號(hào):TQ050.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

Molecularly Imprinted Membrane for the Recognition of Ursolic Acid by Phase Inversion Technique

XIONG Yuan-qin，YANG Xiao-jing，LIU Han-mao，LU Yan-bing，XIA Xin-nian，XU Wei-jian

(College of Chemistry and Chemical Engineering， Hunan Univ， Changsha ，Hunan 410082， China)

Abstract:Molecularly imprinted membrane of poly (acrylonitrile-co-acrylic acid) for the selective adsorption of ursolic acid was prepared by phase inversion technique. After the template was removed from the solidified membrane， binding experiments were done to evaluate the membrane. It was observed that the amounts of ursolic acid bound to imprinted and non-imprinted membranes were 0.226and 0.087  μmol/g， respectively. The results of permeation experiments have shown that the imprinted membranes have good recognition performances for ursolic acid， and the non-molecularly imprinted membranes have no recognition properties.

Key words:molecular recognition;molecular imprinting; molecularly imprinted membrane; ursolic acid

分子印跡是一種制備對(duì)目標(biāo)分子具有特異識(shí)別位點(diǎn)聚合物的技術(shù)，它是將功能單體與模板分子通過(guò)共價(jià)鍵或者非共價(jià)鍵的形式相互作用，并加入交聯(lián)劑進(jìn)行聚合反應(yīng).分子印跡膜將分子印跡聚合物與膜特點(diǎn)相結(jié)合，既具有分子印跡聚合物對(duì)模板分子的特定識(shí)別性，也具有膜分離操作簡(jiǎn)單、易于連續(xù)化、條件溫和的特點(diǎn).Piletsky等人^[1]首次報(bào)道了分子印跡聚合物的膜分離.甲基丙烯酸-N-N-二乙基氨基乙酯和乙二醇二(甲基丙烯酸)酯在單磷酸腺苷存在的條件下，通過(guò)原位聚合的方法制備了分子印跡膜，但是原位聚合法合成的分子印跡聚合物膜的流量較小.Kobayashi等^[2-4]科研小組報(bào)道了在模板分子存在的情況下，用相轉(zhuǎn)移的方式制備分子印跡聚合物膜的方法.據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)道，通過(guò)相轉(zhuǎn)移方法已經(jīng)制備了茶堿^[5]，鹽酸四環(huán)素^[6-7]，尿嘧啶^[8]，柚〔皮〕苷^[9]等分子印跡膜.

相轉(zhuǎn)移法直接在聚合物中引入識(shí)別位點(diǎn)，無(wú)需自由基聚合，聚合物膜結(jié)構(gòu)是在印跡分子存在的情況下從其聚合物溶液中形成的.相轉(zhuǎn)移法可分為干相轉(zhuǎn)移法、濕相轉(zhuǎn)移法、熱凝膠和水蒸氣吸入法.本研究采用濕相轉(zhuǎn)移法制備熊果酸分子印跡膜.

熊果酸是一種三萜類化合物，以自由酸的形式存在于多種中草藥中，具有抗炎、抗誘變、抗癌、抗?jié)?、抗真菌、抗HIV、保護(hù)胃和保護(hù)肝的作用. 熊果酸沒(méi)有毒，作為主要作用成分在化妝品和醫(yī)學(xué)上經(jīng)常被使用.

本文通過(guò)相轉(zhuǎn)移法制備了熊果酸分子印跡膜，考察了印跡膜和非印跡膜對(duì)熊果酸吸附能力的差異.

1 實(shí)驗(yàn)部分

11 試劑和儀器

熊果酸(UA):陜西旭煌植物科技發(fā)展有限公司，純品;齊墩果酸(OA):陜西旭煌植物科技發(fā)展有限公司，純品;丙烯腈(AN):使用前常壓蒸餾除去阻聚劑;丙烯酸(AA):使用前采用真空蒸餾純化;二甲亞砜(DMSO):使用前采用真空蒸餾純化;偶氮二異丁腈(AIBN):上海第四化學(xué)品廠生產(chǎn)，并在甲醇中重結(jié)晶后使用;甲醇(色譜純)和乙腈(色譜純).其他藥品均為分析純.采用WQF-410 FT-IR(美國(guó)Perkin Elemer公司)、Jeol T300型掃描電鏡(日本電子)儀器進(jìn)行性能測(cè)試和表征.圖1為熊果酸和齊墩果酸的化學(xué)結(jié)構(gòu).

圖1 熊果酸和齊墩果酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)

Fig.1 Structures of ursolic acid and oleanolic acid

12 丙烯腈丙烯酸共聚物的合成

取一個(gè)100 mL的三口瓶，分別加入15.2 gAN和3.75 gAA再加入45 mLDMSO后開(kāi)啟攪拌，同時(shí)通入N2并調(diào)節(jié)N2流速，使溶液中的氧氣被氮?dú)獬浞众s出，溶液升溫到60 ℃，再把溶有110 mgAIBN的5 mLDMSO溶液加入到三口瓶中，反應(yīng)12 h.把反應(yīng)液慢慢倒入裝有400 mL蒸餾水的燒杯中，同時(shí)用玻璃棒攪拌，聚合物立刻在水中析出.過(guò)濾取出析出物，并先后用水和純甲醇洗滌，再干燥.

13 分子印跡膜的制備

以熊果酸為模板分子，用相轉(zhuǎn)移的方法制備分子印跡膜:取一定量的聚丙烯腈丙烯酸和模板分子熊果酸溶于DMSO溶劑中配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鑄膜液.將鑄模液流延到潔凈的50 ℃的玻璃板上，用玻璃棒刮鑄成膜后，把玻璃板浸到20 ℃的蒸餾水中浸漬24 h.膜的厚度為200 μm左右.用蒸餾水和甲醇洗滌除去印跡膜中的溶劑和模板分子，直到洗滌液在高效液相色譜中檢測(cè)不到熊果酸為止.印跡膜被放到蒸餾水中儲(chǔ)存?zhèn)溆?非分子印跡膜的制備方法除不加印跡分子外，其制膜過(guò)程與印跡膜一樣.

14 水通量

水通量可以用來(lái)表征膜的致密程度，其定義為:在一定溫度和壓力下，單位時(shí)間內(nèi)單位面積膜的純水通過(guò)量，其計(jì)算公式為:

F=V/At.

式中:F為水通量，m3#8226;m-2#8226;s-1;V為水的透過(guò)體積，m3;A為膜面積，m2;t為透過(guò)時(shí)間，s.

15 截留率

膜的截留率用來(lái)表征膜內(nèi)部微孔孔徑的大小，定義為:某一濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液在一定的操作壓力下，透過(guò)液濃度減少的值與原液濃度的比率.其計(jì)算公式為:

R=(1-C1/C2)×100%.

湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2010年

第2期熊遠(yuǎn)欽等:相轉(zhuǎn)移法制備熊果酸分子印跡膜

式中:R為截留率;C0為原液質(zhì)量濃度，mg#8226;L-1;C2為透過(guò)液質(zhì)量濃度，mg#8226;L-1.

16 吸附性能

滲透實(shí)驗(yàn)在一個(gè)不銹鋼過(guò)濾器中進(jìn)行，方法參考文獻(xiàn)[10].其中印跡膜的滲透面積為19.6 cm2，熊果酸的溶液(甲醇水質(zhì)量配比為3∶7)在泵的推動(dòng)下以0.50 mL/min的速度通過(guò)分子印跡膜.由于熊果酸分子可以和印跡膜特定的識(shí)別位點(diǎn)相互作用，所以印跡膜可以吸附熊果酸分子，熊果酸的吸附量通過(guò)下面的公式計(jì)算得到:

Q=(C0-C)V/W.

式中:Q為印跡膜中熊果酸的質(zhì)量摩爾濃度，μmol/g;C0為熊果酸的最初濃度，μmol/L;C為游離的熊果酸的濃度，μmol/L;V為樣品體積，L;W為膜的質(zhì)量，g.

2 結(jié)果與討論

21 丙烯腈丙烯酸共聚物的結(jié)構(gòu)表征

羥基和羧基在印跡膜中可以通過(guò)氫鍵相互作用.為了研究模板和聚丙烯腈丙烯酸膜的相互作用，通過(guò)紅外光譜儀對(duì)印跡膜和非印跡膜進(jìn)行紅外光譜分析，如圖2所示.

波數(shù)/cm-1

圖2 非印跡膜a， 熊果酸分子印跡膜b， 熊果酸c的紅外光譜圖

Fig.2 FI-IR spectra of without UA a， with UA b ，pureUA c

在圖2中，a曲線中的2 245和1 734 cm-1處分別是—CN和C=O的伸縮振動(dòng)峰，可以說(shuō)明AN和AA發(fā)生了共聚.而2 245和1 734 cm-1兩個(gè)峰在b曲線中向低波數(shù)發(fā)生了微小的變化，可以表明UA和PANAA印跡膜中的—COOH之間發(fā)生了相互作用，3 200~3 550 cm-1處存在2個(gè)峰，這是由于2個(gè)羧基之間通過(guò)氫鍵形成了二聚物，在3 249 cm-1處出現(xiàn)顯著的峰表明聚合物膜中的羧基之間形成了氫鍵，未成鍵的—OH的伸縮振動(dòng)峰出現(xiàn)在3 520~3 530 cm-1，在3 527和3 249 cm-1處的兩個(gè)峰在b曲線中分別移動(dòng)到了3 447和3 234 cm-1處，這表明UA破壞了膜中AA段分子內(nèi)和分子外的氫鍵作用，并在UA和印跡膜中的羧基之間形成了氫鍵.

22 分子印跡膜的SEM分析

圖3為熊果酸分子印跡膜和非印跡膜橫斷面掃描電鏡圖.從圖中可以看出，聚合物膜的厚度大約200 μm，印跡膜和非印跡膜有相似的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，具有較厚大孔的密集層，這個(gè)指狀結(jié)構(gòu)的密集層是滲水層，結(jié)構(gòu)中也含有了典型的超濾膜結(jié)構(gòu)，即一個(gè)很薄的指狀結(jié)構(gòu)致密層.23 膜的性能評(píng)價(jià)

通過(guò)水通量試驗(yàn)，測(cè)得分子印跡膜在0.1 MPa工作壓力下，純水的通過(guò)量為6.3×10-5 m3#8226;m-2#8226;s-1，截留率實(shí)驗(yàn)表明，所制備膜對(duì)牛血清白蛋白(相對(duì)分子質(zhì)量為6.8×104)的截留率為91%，對(duì)聚乙烯醇(相對(duì)分子質(zhì)量為1 540)的截留率為17.3%，這說(shuō)明制得的膜對(duì)大分子有一定的截留性能，而小分子則可以透過(guò)膜不被截留.

(a)熊果酸分子印跡膜(MIM)

(b)熊果酸分子非印跡膜(NMIM)

圖3 熊果酸分子印跡膜和非印跡膜的斷面掃描電鏡圖

Fig.3 SEM image of the cross section of MIM and NMIM

24 分子印跡膜對(duì)模板分子的吸附

由于熊果酸在水中的溶解度很小(9.2 mg/L， 25 ℃)，因此，幾乎全部的熊果酸存在于固相聚合物膜中.根據(jù)紅外光譜分析，UA可以和PANAA通過(guò)氫鍵相互作用.當(dāng)把印跡膜中的模板分子洗去以后，在聚合物膜中留下了識(shí)別位點(diǎn).圖4為UA在MIM和NMIM中的吸附量.

時(shí)間/min

圖4 UA在MIM和NMIM中的吸附量

Fig.4 UA retained by the MM and NMIM

由圖4可以看出，印跡膜和非印跡膜對(duì)熊果酸的吸收都有一個(gè)平衡的過(guò)程.吸附量在一定時(shí)間后達(dá)到吸附飽和，印跡膜的平衡吸附量為0.226 μmol/g，非印跡膜對(duì)熊果酸也有一定的吸附量，但其值遠(yuǎn)小于印跡膜的吸附量，推測(cè)可能是由于非印跡膜的表面吸附引起的.以上結(jié)果表明，印跡過(guò)程中，模板分子與膜材料產(chǎn)生氫鍵相互作用而進(jìn)入膜的結(jié)構(gòu)中，從而在印跡膜中形成了模板分子的空穴，對(duì)熊果酸印跡分子具有較高的吸附性能.

為了檢測(cè)分子印跡膜的選擇性，我們用熊果酸的類似物齊墩果酸做滲透實(shí)驗(yàn)，圖5為OA在MIM和NMIM中的吸附量.由圖5可以看出，熊果酸的分子印跡膜和非分子印跡膜對(duì)OA的平衡吸附量都很小，說(shuō)明熊果酸印跡膜和非印跡膜沒(méi)有適合齊墩果酸的結(jié)合位點(diǎn).

時(shí)間/min

圖5 OA在MIM和NMIM中的吸附量

Fig.5 OA retained by the MM and NMIM

對(duì)比圖4和圖5，我們可以看出熊果酸分子印跡膜對(duì)熊果酸的吸附量遠(yuǎn)大于對(duì)齊墩果酸的吸附量，可以說(shuō)明熊果酸分子印跡膜中確實(shí)形成了對(duì)熊果酸有識(shí)別特性，而對(duì)其類似物齊墩果酸沒(méi)有識(shí)別特性的識(shí)別位點(diǎn).

3 結(jié) 論

通過(guò)相轉(zhuǎn)化的方法制備了選擇性熊果酸分子印跡膜.當(dāng)模板分子從印跡膜中洗除后，分子印跡膜對(duì)熊果酸表現(xiàn)了很好的選擇識(shí)別性.

熊果酸分子印跡膜的制備提供了一種分離熊果酸的可行方法.

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