硼酸功能化磁性COFs材料的合成及其用于兒茶酚胺類物質(zhì)的富集效果研究

林浩然 楊美鳳 陸素芬

摘??要：為了簡單、高效、快速地檢測兒茶酚胺類物質(zhì)，該文采用水熱法制備了硼酸功能化磁性共價有機框架材料（B（OH）2@MATP@Fe3O4），并將其應用于兒茶酚胺類物質(zhì)的富集，采用傅里葉紅外光譜儀（FT-IR）、X-射線衍射儀（XRD）和熱重分析（TG）等方法對B（OH）2@MATP@Fe3O4材料的樣貌進行表征。以兒茶酚胺類物質(zhì)去甲腎上腺素（NE）、腎上腺素（E）和多巴胺（DA）為模型物質(zhì)對B（OH）2@MATP@Fe3O4進行萃取，結(jié)合高效液相色譜法（HPLC）進行檢測和分析。結(jié)果表明，B（OH）2@MATP@Fe3O4材料對NE、E、DA都能顯示出比較好的富集效果。建立的B（OH）2@MATP@Fe3O4磁性粒子分離富集-高效液相色譜法對兒茶酚胺類物質(zhì)具有一定的可操作性。

關(guān)鍵詞：共價有機框架材料??兒茶酚胺類物質(zhì)??磁固相萃取??高效液相色譜法

中圖分類號：?TB383.4??文獻標識碼：A

Research?on?Synthesis?of?Boric?Acid?Functionalized?Magnetic?COFs?and?Its?Enrichment?Effect?Used?to?Catecholamines

LIN?Haoran???YANG?Meifeng???LU?Sufen*

（College?of?Chemistry?and?Biological?Engineering，?Hechi?University，?Yizhou，?Guangxi??Zhuang?Autonomous?Region，?546300?China）

Abstract：?In?order?to?detect?catecholamines?simply，?efficiently?and?rapidly，?this?paper?prepared?boric?acid?functionalized?magnetic?covalent?organic?framework?material?（B（OH）2@MATP@Fe3O4）?by?the?hydrothermal?method，?applied?it?to?the?enrichment?of?catecholamines，?and?characterized?the?appearance?of?B（OH）2@MATP@Fe3O4?materials?by?Fourier?infrared?spectrometer?（FT-IR），?X-ray?diffraction?（XRD）?and?thermogravimetric?analysis?（TG）.?The?norepinephrine?（NE），?epinephrine?（E）?and?dopamine?（DA）?of?catecholamines?were?used?as?model?substances?to?extract?B（OH）2@MATP@Fe3O4，?and?then?detection?and?analysis?were?carried?out?in?combination?with?high?performance?liquid?chromatography?（HPLC）.?The?results?showed?that?B（OH）2@MATP@Fe3O4?materials?could?show?good?enrichment?effects?on?NE、E、DA?and?the?established?B（OH）2@MATP@Fe3O4?magnetic?particle?separation?and?enrichment-high?performance?liquid?chromatography?method?had?certain?operability?for?catecholamines.

Key?Words：?Covalent?organic?frame?material；Catecholamines；Magnetic?solid-phase?extraction；High-performance?liquid?chromatography

共價有機框架材料（COFs）是一種具有復合功能結(jié)構(gòu)的新型有機材料。由于其均勻的孔分布，規(guī)則的結(jié)構(gòu)和良好的晶體性質(zhì)，它被稱為“有機沸石”。?C?T??A?P?[1]首先報道了一種新材料COF-1，它是一種具有獨創(chuàng)性的新型有機多孔結(jié)晶材料。此材料是比表面大且具有良好的熱穩(wěn)定性。共價有機骨架材料通常具有非常高的結(jié)晶度，含磁性的有機骨架材料引起了研究團隊的極大興趣[2，?3]。神經(jīng)遞質(zhì)是在突觸傳遞過程中起信使作用的特殊化學物質(zhì)，兒茶酚胺類物質(zhì)作為一種神經(jīng)內(nèi)分泌物，會對人和動物的情緒產(chǎn)生重要影響，主要包含了去甲腎上腺素（NE）、腎上腺素（E）和多巴胺（DA）[4，?5]。兒茶酚胺類物質(zhì)的檢測方法主要有毛細管電泳法[6]、電化學檢測法[7]及高效液相色譜法[8]等。ZHANG?JY[9]通過毛細管電泳-激光誘導檢測馬齒莧中的NE和DA。該方法能夠在5.5?min內(nèi)實現(xiàn)目標物的分離并獲得較低的檢出限。ZHOU?T?S?[10]等建立了分區(qū)毛細管電泳分析，用于測定血清中的多巴胺和羥基丁酸鹽等化合物。電化學法具有較高的靈敏度、良好的選擇性而且成本低、易制備等這些優(yōu)點已經(jīng)被許多人研究并報道[11-13]。

HE?H?B[14]合成了一種含硼酸的親和磁性納米多面體硅質(zhì)復合材料，該材料被用于人尿中的兒茶酚胺的萃取取得顯著效果。AN?X?Y[15]采用了一種簡單、快速、有效的方法合成了硼酸聚合物來吸收生物體樣品中的糖蛋白。QIAO?T[4]成了二巰代氨基甲酸酯包覆的磁性粒子和磺化二巰基琥珀酸包覆的磁性粒子，并對NE、E和DA的萃取效果進行比較。BOURI?M[16]等使用多巴胺作為模板分子合成磁性分子印跡化合物對尿中的兒茶酚胺（NE、E、DA）具有良好的萃取效果。JIANG?L?W[17]合成了含有硼酸基團的Fe3O4@APBA?MNP磁性納米顆粒成功用于分離和提取單胺神經(jīng)遞質(zhì)。

為了快速、簡易地檢測出人體中兒茶酚胺類物質(zhì)的含量，該試驗采用水熱法制備硼酸功能化磁性共價有機框架材料并利用材料萃取樣品進行預處理，并通過高效液相色譜檢測和分析。

1??材料與方法

1.1??試劑及設備

試劑：乙醇、甲基丙烯酸酐（MA）、三醛基間苯三酚（TP）、三氯化鐵、1，6-己二胺、對苯二胺、4-乙烯苯硼酸、偶氮二異丁氰（AIBN）、?NE、?E、?DA、三（羥甲基）氨基甲烷、Tris緩沖溶液。

設備：Agilent?1200高效液相色譜儀、MiniFlex?600?X射線衍射儀、TG/DTA?6300?微分熱重分析儀、?NICOLET?6700傅立葉紅外變換光譜儀。

1.2??硼酸功能化磁性共價有機框架材料磁性納米粒子的制備

1.2.1??MATP@Fe3O4材料的制備

稱取0.042?g?TP于50?mL圓底燒瓶中，依次加入360?μL?MA和35?mL四氫呋喃于60?℃的條件下磁力攪拌48?h。通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干，取出冷卻至室溫，容于乙酸乙酯溶液后用飽和鹽水萃取，再無水硫酸鎂進行干燥，收集到乙烯基化TP（MATP）。稱取1.350?g三氯化鐵于燒杯中，加60?mL乙二醇和4.000g醋酸鈉，磁力攪拌30?min后加4?mL?1，6-己二胺繼續(xù)攪拌10?min。將溶液轉(zhuǎn)移至反應釜反應10?h?（200?℃），冷卻后磁鐵分離并用無水乙醇清洗3次后在50?℃下真空干燥。稱取0.060?g氨基磁球和0.100?g對苯二胺分別用無水乙醇溶解，與MATP溶液混合后轉(zhuǎn)入反應釜中，在180?℃的條件下反應48?h。用無水乙醇清洗后真空干燥，收集得到MATP@Fe3O4。

1.2.2??B（OH）2@MATP@Fe3O4材料的制備

分別稱取0.100?g和0.015?g?4-乙烯苯硼酸和AIBN用無水乙醇溶解后加入洗凈的MATP@Fe3O4，在65?℃條件下電動攪拌24?h。冷卻至室溫后磁鐵分離，用無水乙醇清洗，將所得的沉淀物在50℃下真空干燥12?h后收集，即收集得硼酸功能化共價有機框架材料（B（OH）2@MATP@Fe3O4）。

1.3??B（OH）2@MATP@Fe3O4磁性納米粒子對兒茶酚胺類物質(zhì)的吸附實驗

1.3.1??溶液的配制?

將0.600?g三（羥甲基）氨基甲烷定容至100?mL容量瓶中并用稀鹽酸將pH調(diào)節(jié)至9配置成0.05?mmol/L?Tris緩沖溶液；?上樣液的配制：分別稱取0.040?g、0.044?g和0.032?g?NE、E和DA用Tris緩沖溶液定容到2?mL，再分別稀釋NE?10000倍、E?10000倍和1000倍，配置成NE和E的濃度為5×10-5?mmol/L、DA的濃度為1×10-4?mmol/L的溶液，于4?℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2??B（OH）2@MATP@Fe3O4材料的萃取過程

稱取5?mg?B（OH）2@MATP@Fe3O4磁性納米粒子于10?mL離心管中，依次用甲醇、水、Tris緩沖溶液洗滌，加入配制10?mL上樣液，在常溫下振蕩1.5?h，通過磁鐵進行分離，上層液（上清液）過0.45?μm濾膜收集待測。倒掉上清液后用無水乙醇洗滌2次，加入200?μL甲醇-醋酸洗脫劑，在室溫下振蕩2小時后，進行磁力分離。洗脫3次后通過0.45μm過濾器收集洗脫液通過HPLC檢測。

1.3.3??分離條件分析

實驗的色譜條件為：色譜柱：Agilent?ZORBAX?300SB-C18（4.6×250，5?μg）；柱溫：30?℃；流速?0.6?mL/min；進樣體積：15?μL；檢測波長：263?nm；流動相：0.1%甲酸水和甲醇（過膜并超聲脫氣15?min）。采用梯度洗脫，洗脫梯度如表1所示。

2??結(jié)果與討論

2.1??B（OH）2@MATP@Fe3O4磁性納米粒子的樣貌表征分析

圖1（a）是FT-IR譜圖。圖中a線可知，在582?cm-1處的吸收峰是Fe-O的伸縮振動峰，1630?cm-1處的吸收峰是Fe3O4表面-OH彎曲振動峰。圖中b線表明在827?㎝-1處是C-H面外彎曲振動的特征峰，在1460?cm-1處為C=C骨架伸縮振動吸收峰，表明在Fe3O4納米粒子表面成功修飾了C=C。c線可知在1340?cm-1處為-B（OH）2的特征吸收峰，說明苯硼酸已經(jīng)成功地附到粒子表面。圖1（b）是TG譜圖，圖中Fe3O4、MATP@Fe3O4、和B（OH）2@MATP@Fe3O4在0℃～300℃之間失重，由于失去表面水，失重率分別為2%、10%和15%。b線在300?℃～550?℃之間失重是由于雙鍵的斷裂，失重率大約為38%。線c可以看出B（OH）2@MATP@Fe3O4在300?℃～650?℃之間失重，由于-B（OH）2的分解，失重率大約為70%。最終Fe3O4、MATP@Fe3O4、和B（OH）2@MATP@Fe3O4含量分別為95%、52%和15%。圖1（c）是XRD譜圖。圖中a線分別在2θ=30.26°、35.56°、43.36°、54.26°、57.26°、62.76°處出現(xiàn)良好的特征衍射峰，分別與Fe3O4的（111）、（220）、（311）、（400）、（422）、（511）、（440）晶面位置相對應，由此可知Fe3O4粒子結(jié)晶完整。在b線中5°～20°之間的2θ具有一個明顯的C=C特征衍射峰。由此可知雙鍵已修飾至Fe3O4粒子。在c線上對應Fe3O4和C=C處的特征峰顯著低于Fe3O4的特征峰，可能是C=C和-B（OH）2覆蓋在表面使其衍射峰降低。

（a）FT-IR譜圖???????????????????????????????????????????????????????????????????????（b）XRD譜圖

（b）TG譜圖

a-?Fe3O4；b-?MATP@Fe3O4；?c-?B（OH）2@MATP@Fe3O4

圖1??表征圖

2.2??B（OH）2@MATP@Fe3O4對模型物質(zhì)的HPLC分析

圖2是以NE、E、DA為模型物質(zhì)對制備的B（OH）2@MATP@Fe3O4材料進行萃取的HPLC色譜圖。圖中a線（上樣液）可知配制的三種模型物質(zhì)濃度未檢測出模型物質(zhì)。上清液（b線）三種模型物質(zhì)的峰高也比較低。c線洗脫液對應的三種模型物質(zhì)的峰高都有了顯著的升高，說明該材料對這三種物質(zhì)具有良好的吸附和洗脫效果。實驗表明B（OH）2@MATP@Fe3O4納米粒子對NE、E、DA這為模型物質(zhì)的萃取具有一定的運用價值。

3??結(jié)語

該試驗先合成具有雙鍵的MATP后，將其修飾到磁球表面得到MATP@Fe3O4，最后將硼酸基團修飾到表面得到了B（OH）2@MATP@Fe3O4材料。將制備的材料作為固相萃取劑對兒茶酚胺類物質(zhì)（NE、E、DA）進行富集，從上述實驗數(shù)據(jù)和圖像可以看出該材料對微量的NE、E、DA具有較好的富集效果。同時采用FT-IR、XRD、TG等對其進行表征，從樣貌、官能團、晶型、穩(wěn)定性等多個方面分析了該材料，最終得出B（OH）2@MATP@Fe3O4納米粒子的性能良好，且對3種模型物質(zhì)的富集效果較好。

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