用于純化大黃素的分子印跡聚合物的制備與性能測(cè)試

陳立勇，駱玉涵，李紅霞

(河北聯(lián)合大學(xué)化工與生物技術(shù)學(xué)院，河北唐山 063009)

分子印跡技術(shù)是近年來興起的一種新型分離技術(shù)。利用分子印跡技術(shù)制備的聚合物(MIPs)對(duì)特定物質(zhì)分子具有特定的選擇性，能夠在高溫、高壓、有機(jī)溶劑、酸、堿等環(huán)境條件下使用，并且造價(jià)低廉，因此在固相萃取［1］、化學(xué)反應(yīng)、膜分離［2］、色譜分離［3］、模擬酶、仿生傳感器［4］等領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用，展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。

大黃素是一種廣譜抗菌藥物，生理活性廣泛，醫(yī)用價(jià)值很高［5］，具有抗腫瘤、降血脂、鎮(zhèn)痛消炎、提高免疫力等多方面作用，是大黃中的主要活性成分。傳統(tǒng)提取大黃素步驟復(fù)雜，純品大黃素價(jià)格昂貴，而1，8－二羥基蒽醌價(jià)格較低，結(jié)構(gòu)和大黃素相似，結(jié)構(gòu)式如圖1。

圖1 大黃素和1，8－二羥基蒽醌結(jié)構(gòu)式

因此選擇1，8－二羥基蒽醌為模板分子制備分子印跡聚合物，并測(cè)試其對(duì)大黃素的吸附性能和選擇識(shí)別能力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和藥品

UV-1100紫外分光光度計(jì)(上海天美科學(xué)儀器有限公司);H66025T超聲清洗機(jī)，無錫超聲電子設(shè)備廠。

大黃素標(biāo)準(zhǔn)品，純度99%，購(gòu)買于陜西省西安天園生物制劑廠;偶氮二異丁腈為化學(xué)純;1，8－二羥基蒽醌，丙烯酰胺，乙二醇二甲基丙烯酸酯等均為分析純。

1.2 聚合物的制備

稱取270mg 1，8－二羥基蒽醌模板分子，充分溶解于8mL的丙酮中，加入288mg AM功能單體，3.96gEDMA交聯(lián)劑和65mg AIBN引發(fā)劑，超聲處理10min，然后將溶液倒入試管中，密封，通氬氣脫氧15min，將密封好的試管放入60℃的水浴中恒溫聚合24h。聚合完全后，得堅(jiān)固的棒狀固體聚合物。將聚合物研磨，過200目篩后放入索式提取器中，用體積比為8:2的甲醇乙酸混合溶液洗脫，直至洗脫液在435nm下無模板分子檢出為止，再用丙酮洗去殘留的乙酸，60℃干燥24h，得到印跡聚合物?？瞻拙酆衔锏闹苽涑患幽０宸肿油猓渌襟E均相同。

1.3 平衡結(jié)合試驗(yàn)

稱取25mg印跡聚合物，置于l0mL的具塞比色管中，加入5mL濃度為0.5mmol/L的大黃素的丙酮溶液，將其在恒溫水浴振蕩器上室溫振蕩24h，然后將此混合液以3000r/min的轉(zhuǎn)速離心5min，取上清液，測(cè)量大黃素的平衡濃度。根據(jù)吸附前后溶液中大黃素濃度的變化，計(jì)算聚合物對(duì)底物大黃素的吸附量Q，由Scartchard分析計(jì)算得出飽和吸附量Qmax。依下式計(jì)算吸附量:

1.4 吸附等溫線的測(cè)定

稱取8 份產(chǎn)品，每份25mg，分別置于8 支10mL 具塞比色管中，加入5mL 濃度依次為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0mmol/L 的大黃素的丙酮溶液，搖勻后密封，常溫振蕩 24 小時(shí)，將此混合液以 3000r/min 的轉(zhuǎn)速離心5min，取上清液0.2mL于10mL容量瓶中，用丙酮定容。在波長(zhǎng)435nm處，測(cè)定聚合物對(duì)不同濃度大黃素溶液的吸附量，并繪制吸附等溫線。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合條件的選擇

2.1.1 交聯(lián)劑和制孔劑的選擇

交聯(lián)劑的分子鏈既要有一定的柔性，使產(chǎn)生的孔穴有可近性，能快速達(dá)到結(jié)合平衡，另一方面為保證孔穴具有足夠的穩(wěn)定性又要求分子鏈不能太柔。目前，常用的交聯(lián)劑有乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)。本研究選擇價(jià)格便宜的EDMA作為交聯(lián)劑，經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定模板分子與交聯(lián)劑的比例為l:20(mol/mol)。模板分子與功能單體的作用受溶劑影響較大。極性溶劑不利于模板分子和功能單體形成復(fù)合物，所以要選擇極性小，對(duì)氫鍵影響弱的惰性有機(jī)溶劑。氯仿對(duì)本實(shí)驗(yàn)的模板分子溶解性差，乙腈和四氫呋喃價(jià)格高且具有較大的毒性，丙酮作為溶劑具有較好的效果，經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定丙酮的最佳用量為8ml。

2.1.2 聚合溫度的選擇

自由基熱引發(fā)方式制備分子印跡聚合物的溫度影響著聚合效果，當(dāng)聚溫度低于55℃時(shí)，聚合過程緩慢，12小時(shí)后仍然只有較小的懸浮顆粒，24小時(shí)后聚合物顆粒呈松軟的蛋糕狀;聚合溫度為60℃時(shí)，2小時(shí)后開始出現(xiàn)白色聚合物沉淀，約12小時(shí)后聚合物基本形成，24小時(shí)后形成堅(jiān)硬的聚合物。溫度為65℃時(shí)，溶液在30min內(nèi)有顆粒出現(xiàn)，約1小時(shí)后發(fā)生爆聚，反應(yīng)失敗，由于引發(fā)劑在高溫下分解速率過快，反應(yīng)難于控制。因此，選擇聚合溫度為60℃。

2.1.3 功能單體的選擇

功能單體應(yīng)該具有與模板分子發(fā)生作用的功能基團(tuán)，選擇的依據(jù)是模板的性質(zhì)以及單體與模板分子作用力的大小。常用的功能單體是甲基丙烯酸和丙烯酰胺。本實(shí)驗(yàn)中的模板分子1，8－二羥基蒽醌為弱酸性，因此選擇弱堿性的丙烯酰胺作為功能單體，以保證形成穩(wěn)定的復(fù)合物。在非共價(jià)分子印跡中，功能單體和模板分子處于動(dòng)態(tài)平衡，加入過量的功能單體有利于復(fù)合物的形成。但單體過多會(huì)使MIPs中的非選擇性位點(diǎn)增加，造成MIPs選擇性下降。選擇單體與模板的比例為3:1、4:1和5:1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的聚合物分別為P1、P2、P3，對(duì)應(yīng)的非分子印跡聚合物為NP1、NP2、NP3。采用靜態(tài)平衡法測(cè)定聚合物對(duì)不同濃度大黃素的吸附等溫線，見圖2。

圖2 分子印跡聚合物的吸附等溫線

由圖可知單體與模板的比例為4:1時(shí)，吸附性能最好，故選擇功能單體與模板分子的比例為4:1?？瞻拙酆衔镂侥芰γ黠@低于印跡聚合物。

2.2 印跡聚合物的吸附性能測(cè)試結(jié)果

聚合物P1、P2、P3對(duì)大黃素的吸附性能測(cè)試結(jié)果如見表2，P2的效果最佳。

表2 聚合物對(duì)大黃素的吸附量

2.3 印跡聚合物對(duì)大黃素的結(jié)合性能測(cè)試

Scatchard分析主要是研究物質(zhì)之間的專一性作用的，以非特異性的物理吸附為主的非分子印跡聚合物不能用該模型來模擬說明聚合物顆粒與底物分子的吸附作用類型。根據(jù)Scatchard分析原理，樣品NP1、P1、P2、P3的Scatchard分析曲線如圖3～6，NP2、NP3的Scatchard分析曲線與NP1相似。

圖3 NP1的Scatchard分析曲線

圖4 P1的Scatchard分析曲線

圖5 P2的Scatchard分析曲線

圖6 P3的Scatchard分析曲線

由上圖可見:

(1)非分子印跡聚合物NPl關(guān)系點(diǎn)分布紊亂，線性回歸系數(shù)低，不能按Scatchard分析方法中的意義求出相應(yīng)的最大表觀結(jié)合位點(diǎn)數(shù)Qmax和離解常數(shù)Kd。

(2)作分子印跡聚合物P1、P2、P3的Scatchard曲線，并進(jìn)行線性回歸，可得到一條線性良好的直線，回歸方程和相關(guān)系數(shù)可從圖中讀出。說明上述聚合物對(duì)相應(yīng)的模板分子呈現(xiàn)良好的親和力，即存在等價(jià)的同類結(jié)合位點(diǎn)，證明聚合物對(duì)底物的識(shí)別是在空腔中進(jìn)行的。

(3)由Scatchard曲線的斜率和截距可求得各聚合物的最大位點(diǎn)結(jié)合數(shù)、離解常數(shù)。具體結(jié)果見表3。

表3 分子印跡聚合物的結(jié)合性能參數(shù)

從聚合物的最大位點(diǎn)結(jié)合數(shù)和分配系數(shù)可知，聚合物對(duì)大黃素有高的、均一的結(jié)合作用。制備的聚合物對(duì)大黃素分子具有類似的結(jié)合位點(diǎn)，這種結(jié)合具有較好的選擇性。從相關(guān)系數(shù)比較來看，功能單體為丙烯酰胺，模板分子與功能單體比例為1:4時(shí)，合成的聚合物的性能較好。

3 結(jié)論

(1)優(yōu)化了采用本體聚合方法合成分子印跡聚合物的條件。以丙烯酰胺為功能單體，模板分子與功能單體比例為1:4，8mL丙酮為致孔劑，合成的聚合物對(duì)大黃素的吸附性能較好，且識(shí)別選擇性最強(qiáng)。

(2)聚合物對(duì)大黃素的吸附量較高，說明聚合物對(duì)大黃素具有較好的選擇識(shí)別能力。

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