分子印跡技術(shù)在中藥化學(xué)成分富集分離中的應(yīng)用研究進(jìn)展Δ

廖輝，金晨，何玉琴，黃斌，張凌（江西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，南昌 330004）

·綜述講座·

分子印跡技術(shù)在中藥化學(xué)成分富集分離中的應(yīng)用研究進(jìn)展Δ

廖輝＊，金晨，何玉琴，黃斌，張凌#（江西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，南昌 330004）

目的：介紹分子印跡技術(shù)（MIT）在中藥化學(xué)成分富集分離中的應(yīng)用研究進(jìn)展，為天然藥物化學(xué)成分靶向性富集分離提供借鑒。方法：以“分子印跡技術(shù)”“中藥”“黃酮類化合物”“分離純化”“Molecularly imprinting”“Chinese medicine”“Flavones”等為關(guān)鍵詞，組合查詢2001年1月－2016年2月在PubMed、SpecialSci、SpringerLink、中國知網(wǎng)、萬方、維普等數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)文獻(xiàn)，對分子印跡聚合物（MIPs）的制備原理和分類、制備方法及MIT在中藥中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)和歸納。結(jié)果與結(jié)論：共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)1 400余篇，其中有效文獻(xiàn)40篇。MIPs由交聯(lián)劑、引發(fā)劑將特異性結(jié)合的模板分子與功能單體聚合，得到空白聚合物，其在空間和功能上與模板分子互補(bǔ)，能從復(fù)雜的成分中選擇性地分離出目標(biāo)分子。MIPs的制備主要包括共價聚合、半共價聚合和非共價聚合等；聚合物制備方法主要有本體聚合、表面印跡聚合、沉淀聚合、懸浮聚合等。MIPs可對目標(biāo)化合物（目標(biāo)分子）進(jìn)行特異性識別，從而達(dá)到富集和分離目標(biāo)化合物的目的。MIT應(yīng)用在化合物分離、樣品前處理、液相色譜等較為廣泛，具有目標(biāo)性強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定、溶劑消耗小等優(yōu)點(diǎn)。利用MIT靶向性分離、純化天然藥物中化學(xué)成分將是研究的新方向。

分子印跡技術(shù)；制備；中藥；黃酮類化合物；分離純化

分子印跡技術(shù)（MIT）是指制備對某一目標(biāo)化合物具有預(yù)定選擇性的聚合物的技術(shù)，具有分離效率高、化學(xué)物理性質(zhì)穩(wěn)定、制備簡單等優(yōu)點(diǎn)，在天然藥物化學(xué)成分富集、分離、純化等方面有著很好的應(yīng)用前景[1]。黃酮類化合物在中藥中分布廣泛，生理活性多樣，是很多中藥的重要有效成分之一。由于黃酮類化學(xué)成分結(jié)構(gòu)相似，對單一成分分離有著一定的局限性[2]。筆者以“分子印跡技術(shù)”“黃酮類化合物”“分離純化”“Molecularly imprinting”“Flavones”等為關(guān)鍵詞，組合查詢2000年1月－2016年2月在PubMed、SpecialSci、SpringerLink、中國知網(wǎng)、萬方、維普等數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)文獻(xiàn)。結(jié)果，共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)1 400余篇，其中有效文獻(xiàn)40篇。現(xiàn)對分子印跡聚合物（MIPs）的制備原理和分類、制備方法及MIT在中藥化學(xué)成分中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)和歸納，并介紹MIT在中藥黃酮類成分富集分離中的研究進(jìn)展，以期為天然藥物化學(xué)成分靶向性富集分離提供借鑒。

1 MIPs的制備原理和分類

MIPs由交聯(lián)劑、引發(fā)劑將特異性結(jié)合的模板分子與功能單體聚合，得到空白聚合物，其在空間和功能上與模板分子互補(bǔ)，能從復(fù)雜的成分中選擇性地分離出目標(biāo)分子。分子印跡原理見圖1。

圖1 分子印跡原理

根據(jù)模板分子與功能單體之間不同的作用方式，將MIPs制備原理分為共價聚合、非共價聚合和半共價聚合[3]。

1.1 共價聚合

模板分子與功能單體以共價鍵結(jié)合，加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑得到聚合物。這類聚合物的特異性強(qiáng)弱取決于交聯(lián)劑的用量，但由于可逆性共價反應(yīng)的局限性，使得模板分子選擇非常有限，故共價聚合發(fā)展較緩慢。

1.2 非共價聚合[4]

目前多數(shù)采用非共價聚合制備MIPs。模板分子與功能單體之間由氫鍵、離子鍵、偶極化、靜電作用等結(jié)合，加入交聯(lián)劑得到聚合物。大部分化合物都能通過非共價鍵作用與功能單體結(jié)合。因此，非共價聚合具有更廣闊的應(yīng)用前景。

1.3 半共價聚合[5]

半共價聚合是先將模板分子和功能單體通過共價鍵形成聚合物，處理得到空白聚合物后通過非共價鍵特異性識別目標(biāo)分子。這類聚合物具有專一性強(qiáng)、能快速達(dá)到解-吸附平衡，結(jié)合了共價聚合和非共價聚合的雙重優(yōu)勢。共價聚合和非共價聚合的異同點(diǎn)詳見表1。

表1 共價聚合和非共價聚合的異同點(diǎn)

2 MIPs的制備方法

聚合物制備方法主要有本體聚合、表面印跡聚合、沉淀聚合、懸浮聚合等。

2.1 本體聚合法

將模板分子、功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑按一定比例溶解在適當(dāng)溶劑中形成聚合物，經(jīng)粉碎得到適當(dāng)?shù)奈⒘?，洗脫模板分子即得。朱林敏等[6]采用本體聚合法，合成了丹酚酸A MIPs，并進(jìn)行了合成條件的最優(yōu)化試驗(yàn)；經(jīng)與空白印跡物比較吸附特性時發(fā)現(xiàn)，該MIPs特異性識別強(qiáng)、吸附率高，且形成兩類不同的結(jié)合位點(diǎn)。

2.2 表面印跡聚合法

將模板分子、功能單體形成的復(fù)合物聚合到表面活化過的硅膠、聚三羥甲基丙烷三丙烯酸酯微粒、玻璃等介質(zhì)上。如周進(jìn)康等[7]將乙烯基三乙氧基硅烷聚合到硅膠表面得聚合載體，使其在引發(fā)劑作用下以4-乙烯基吡啶為功能單體發(fā)生聚合反應(yīng)，制備丹參素MIPs，該MIPs對丹參素具有吸附容量大、吸附時間短和特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 沉淀聚合法

沉淀聚合是一種非均相溶液聚合，是指生成的聚合物不溶于其單體，或者單體和引發(fā)劑能溶于反應(yīng)介質(zhì)，而生成的聚合物不能溶于反應(yīng)介質(zhì)，聚合物生成后就從反應(yīng)體系中沉淀出來。MIPs分散在溶劑中，當(dāng)MIPs在溶劑中達(dá)到平衡時產(chǎn)生相分離，最終得到均一的聚合物。一般要求溶劑的黏度低、流動性好，才能使低聚物均勻分散。謝珍茗等[8]采用本體聚合法和沉淀聚合法分別制備了冬凌草甲素印跡模板，結(jié)果表明在氯仿中，采用沉淀聚合法制備的MIPs印跡效率比本體聚合法以四氫呋喃為致孔劑制備的MIPs印跡效率高，且能很好地識別冬凌草甲素。

2.4 懸浮聚合法

將模板分子、功能單體以及交聯(lián)劑均勻分布在溶液中，加入乳化劑和引發(fā)劑后，聚合形成均一的球狀物。丁俊紅等[9]以香草醛、甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯等材料在紫外光作用下聚合制備香草醛MIPs，該MIPs具有粒徑均勻、穩(wěn)定好、特異性強(qiáng)等特點(diǎn)。

3 MIT在中藥化學(xué)成分中的應(yīng)用

中藥大多以藥材整體部位入藥，以致有效、無效和有毒成分同時被攝入機(jī)體。為提高中藥藥效，其提取分離手段的選擇最為關(guān)鍵。將MIT應(yīng)用在中藥化學(xué)成分研究是目前的一個新領(lǐng)域，文獻(xiàn)報道較多，方法也成熟多樣，根據(jù)不同研究目的和應(yīng)用方法分為以下幾類。

3.1 MIT在中藥提取分離中的應(yīng)用

許多天然藥物成分都有較明顯的生物活性，但由于活性成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型多樣、含量低和不穩(wěn)定等特點(diǎn)，導(dǎo)致中藥活性成分的分離和純化困難。黃酮類化學(xué)成分在中藥材中分布比較廣泛，且多具有生物活性。用于中藥中黃酮類化學(xué)成分分離的常規(guī)方法有大孔樹脂法、硅膠色譜法、聚酰胺色譜法、凝膠色譜法、高效逆流色譜法、制備色譜法等，這些方法具有溶劑消耗量大、效率低、容易使成分損失等缺點(diǎn)[10]。MIT利用特異性結(jié)合這一特點(diǎn)，使分離過程選擇性高、操作簡單、溶劑消耗量少，而且聚合物性質(zhì)穩(wěn)定、不易變形、使用壽命長，分離效率遠(yuǎn)高于常規(guī)方法[11]。MIT在中藥化學(xué)成分分離純化中的應(yīng)用情況詳見表2[12-26]。

表2 MIT在中藥化學(xué)成分分離純化中的應(yīng)用

3.2 MIT在中藥中的應(yīng)用

3.2.1 MIT在中藥化合物分離中的應(yīng)用 利用MIT分離中藥成分，其最大特點(diǎn)是特異性強(qiáng)、選擇性高、穩(wěn)定性好。Xie J等[27]研究了從銀杏葉提取物中利用本體聚合法制備槲皮素MIPs，其特異性結(jié)合值達(dá)12 μg/g，還分離得到山柰酚等結(jié)構(gòu)類似的成分。趙景嬋等[28]利用熱聚合法制備染料木素印跡模板，發(fā)現(xiàn)其特異性識別能力強(qiáng)。Trotta F等[29]采用相轉(zhuǎn)換法制備柚皮苷MIPs，其特異性吸附量達(dá)0.13 μmol/g，遠(yuǎn)高于常規(guī)分離方法。李禮等[30]通過丙烯酰胺制備的非瑟酮印跡物，研究聚合物在不同濃度的醇溶液中對目標(biāo)分子的吸附率，并通過優(yōu)化洗脫條件最終使非瑟酮與其他雜質(zhì)得到較好的分離。潘浪勝等[31]以木犀草素為模板合成的MIPs，用柱層析法分離花生殼中的木犀草素，結(jié)果其對木犀草素的特異性識別很強(qiáng)并且吸附量明顯高于常規(guī)分離方法。

3.2.2 MIT在中藥樣品前處理中的應(yīng)用 MIPs可作為固相萃取的填料，對樣品進(jìn)行分離和富集。由于MIPs具有特異性結(jié)合的特點(diǎn)，適合于復(fù)雜樣品中微量物質(zhì)的分離和富集。近年來，MIT在固相萃取中的應(yīng)用越來越廣泛，萃取過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的固相萃取。Xie J等[32]以槲皮素為模板合成的MIPs，用于分離純化服用銀杏葉水提物的大鼠血漿中的槲皮素和鼠李糖，結(jié)果萃取液中目標(biāo)物純度足以實(shí)現(xiàn)直接定量測定。

3.2.3 MIT在中藥高效液相色譜分析中的應(yīng)用 在高效液相使用過程中，對分離效果起決定性作用的主要是流動相的種類和比例、色譜柱的性能，而色譜柱的性能主要取決于其中填料的種類。作為新型的吸附填料，與傳統(tǒng)的C18比較，MIPs對模板分子有較好的識別能力，對目標(biāo)分子有較大的容量，將MIPs應(yīng)用于色譜柱時，是從復(fù)雜的樣品中富集純化目標(biāo)成分的一種理想填料。程紹玲等[33]將制備的印跡模板用于高效液相色譜分析葛根提取物中的葛根素時發(fā)現(xiàn)，其能有效地將葛根素分離出來，并且分離率較常規(guī)方法存在明顯優(yōu)勢。Xie J等[34]結(jié)合MIT與質(zhì)譜技術(shù)分離檢測駱駝篙種子中的去氫駱駝蓬堿和二氫駱駝蓬堿，得到了很好的分離效果，同時提出改變MIPs的模板分子可實(shí)現(xiàn)多種化合物的分離。

中藥材中活性成分往往含量較低，在測定含量時，需進(jìn)行樣品的前處理。利用高效液相色譜來測定含量時，極性大的成分在C18固定相上保留時間很短，不能與極性大的干擾物質(zhì)分離，而MIT則能利用其特異性結(jié)合的特點(diǎn)將待測物與干擾物分開。目前研究大部分集中在對水和土壤等樣品中成分的檢測，應(yīng)用于中藥材比較少。胡小剛等[35]分別以MIPs、C18為萃取填料，對三嗪類除草劑進(jìn)行分離純化，結(jié)果C18的萃取物中含有大量的雜質(zhì)，從而嚴(yán)重影響后續(xù)分析；經(jīng)MIT萃取后的產(chǎn)物含量則能達(dá)到原來的100倍，并且基本不含雜質(zhì)。黃丹丹等[36]以長春堿為模板，合成對模板分子有特殊選擇性的MIPs，并以MIPs為填料用作固相萃取柱的吸附劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)吸附劑對長春花提取物中的長春堿有明顯的富集作用。王勝利等[37]研究發(fā)現(xiàn)，模板聚合物特異性強(qiáng)、選擇性高，在合適的洗脫條件下，大黃酚被富集了23倍。肖淑娟等[38]在丙酮溶液中以木犀草素為模板分子聚合得到的印跡物，用來分離花生殼中的木犀草素，經(jīng)測定對木犀草素的分離效率高達(dá)98%。

4 結(jié)語

中藥在中醫(yī)傳統(tǒng)理論的指導(dǎo)下，講求多靶點(diǎn)、全方位地治療疾病。中藥活性成分復(fù)雜多樣，不僅在種類上有區(qū)別，在量上也有很大的差異，因此需對其中含量低的活性成分進(jìn)行藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)研究[2]。在中藥化學(xué)成分富集分離純化過程中，MIT作為一種高效的分離技術(shù)[39]，利用目標(biāo)化合物合成的特異性聚合物，能有效地將目標(biāo)化合物富集和分離。但MIPs在合成過程中還存在的問題有：（1）印跡模板特異性識別的過程、聚合時各材料的比例、功能單體和交聯(lián)劑的選擇等問題；（2）結(jié)合位點(diǎn)的作用機(jī)制、傳質(zhì)機(jī)制仍然不夠明確，利用分子水平解釋識別過程需更深入地研究；（3）由于聚合時對模板分子的需求量較大，導(dǎo)致印跡模板往往十分昂貴[40]；（4）當(dāng)前研究MIPs與目標(biāo)分子之間大部分以氫鍵結(jié)合，局限在非極性或弱極性溶劑中，需尋找一類適用于水等強(qiáng)極性溶劑的功能單體。

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R284.2；R917；R931.6

A

1001-0408（2017）04-0543-04

2016-05-07

2016-07-07）

（編輯：余慶華）

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.81460595）；江西中醫(yī)藥大學(xué)校級研究生創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目（No.JZYC16S35）

＊碩士研究生。研究方向：中藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制與化學(xué)成分。電話：0791-87118731。E-mail：liaohedu@qq.com

#通信作者：教授，碩士生導(dǎo)師。研究方向：中藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制與化學(xué)成分。電話：0791-87118731。E-mail：dw64810@163.com

DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.04.31