除去硅膠法制備氧化苦參堿分子印跡聚合物

＊陳光優(yōu) 胡光絨 雷以柱 田茂軍

（六盤(pán)水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院 貴州 553004）

分子印跡技術(shù)是以模板分子為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)和合成對(duì)某一種或某一類分析物具有特異性識(shí)別性能的分子印跡聚合物，分子印跡聚合物基體中存在大小、形狀和功能等方面與目標(biāo)分子相匹配的結(jié)合位點(diǎn)，因此分子印跡聚合物對(duì)目標(biāo)分子具有高效結(jié)合性和獨(dú)特的選擇性[1-3]。從提出分子印跡概念后分子印跡技術(shù)就得到迅速發(fā)展[4]，分子印跡技術(shù)廣泛應(yīng)用于色譜填料、固相萃取[5]、催化[6-7]和生物傳感器等領(lǐng)域[8]，在化學(xué)、醫(yī)藥學(xué)和天然藥物的分離提取等方面具有十分樂(lè)觀的應(yīng)用前景。

氧化苦參堿（OMT），又名苦參素，是從豆科屬植物苦參（Sophora flavescens Ait.）[9]中分離的具有生理活性的生物堿[10-11]。氧化苦參堿具有抗菌、殺蟲(chóng)、利尿、抗病原體、心肌缺血保護(hù)、免疫作用、抗乙肝病毒及抗腫瘤作用等功效[10-12]。本文以硅烷偶聯(lián)劑（KH-550）修飾活化硅膠為載體，氧化苦參堿為模板分子，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，甲基丙烯酸為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑制備氧化苦參堿表面分子印跡聚合物，洗脫模板分子從而獲得具有與模板分子空間結(jié)構(gòu)大小相匹配的氧化苦參堿表面分子印跡聚合物，用HF除去載體硅膠，即得除去硅膠分子印跡聚合物，用紅外光譜對(duì)分子印跡聚合物進(jìn)行表征，動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)和選擇吸附實(shí)驗(yàn)考察分子印跡聚合物的吸附性能。

1.儀器與材料

(1)實(shí)驗(yàn)儀器

DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（上海聚昆儀器有限公司）；AL204型電子分析天平（梅特勒-托利多儀器上海有限公司）；TU-1901型雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；HH-1型電動(dòng)離心機(jī)（金壇市富華儀器有限公司）；FTIR-7600傅立葉變換紅外光譜儀（澳大利亞Lambda Scientific公司）；80-2型多功能振蕩儀（金壇市科析儀器有限公司）。

(2)實(shí)驗(yàn)試劑

氧化苦參堿（純度98%，西安開(kāi)來(lái)生物工程有限公司）；苦參堿（純度98%，西安開(kāi)來(lái)生物工程有限公司）；金雀花堿（純度98%，西安開(kāi)來(lái)生物工程有限公司）；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550，分析純，南京創(chuàng)世化工助劑有限公司）；氫氟酸（分析純，上海申博化工有限公司）；甲基丙烯酸（分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所）；偶氮二異丁腈（化學(xué)純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所）；乙二醇二甲基丙烯酸酯（分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所）。

2.方法與結(jié)果

(1)分子印跡聚合物的制備

①硅膠的活化

硅膠（80目）用濃鹽酸浸泡48h，除去硅膠中的少量無(wú)機(jī)雜質(zhì)，擴(kuò)大比表面積使其孔穴分布更加均勻，有利于提高硅膠的吸附性能，蒸餾水洗滌至中性，100℃恒溫干燥除去硅膠中部分化學(xué)吸附水和所有的物理吸附水。

②硅膠的硅烷化

稱取50g活化硅膠于圓底燒瓶中，加入50mL硅烷偶聯(lián)劑（KH-550）和50mL乙醇95%，在72℃水浴攪拌18h，用乙醇反復(fù)清洗，除去未反應(yīng)完的偶聯(lián)劑，70℃恒溫干燥24h，即得硅烷化硅膠。

③分子印跡聚合物的制備

氧化苦參堿表面分子印跡聚合物（SMIP）：稱取1.000g氧化苦參堿（OMT）于250mL錐形瓶中，50mL甲醇溶解，加入30.4g硅烷化硅膠，超聲脫氣10min，加入5mL乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）、3mL甲基丙烯酸（MAA）、0.2g偶氮二異丁腈（AIBN），密封，52℃恒溫?cái)嚢?8h，甲醇:乙酸（10:1）溶液洗滌，70℃恒溫干燥24h，即得氧化苦參堿表面分子印跡聚合物。

空白表面分子印跡聚合物（SNIP）：處理方法同氧化苦參堿分子印跡聚合物，只是沒(méi)有模板分子氧化苦參堿。

除去硅膠氧化苦參堿分子印跡聚合物（NS-SMIP）：干燥后的SMIP留2g備用外，余下用HF除去硅膠，70℃恒溫干燥，即得去除硅膠的氧化苦參堿分子印跡聚合物。

除去硅膠空白表面分子印跡聚合物（NS-SNIP）：處理方法同除去硅膠氧化苦參堿分子印跡聚合物。

(2)分子印跡聚合物的紅外光譜表征

分子印跡聚合物紅外光譜表征采用KBr壓片，分辨率2cm-1，掃描范圍450～4000cm-1。SMIP、OMT-SMIP和SNIP的紅外光譜圖見(jiàn)圖1。由圖1可知，3480cm-1是N-H伸縮振動(dòng)特征吸收峰，3040cm-1是O-H伸縮振動(dòng)特征吸收峰，2965cm-1是飽和C-H伸縮振動(dòng)振動(dòng)特征吸收峰，1722cm-1是酯的碳氧伸縮振動(dòng)吸收峰，1611cm-1附近的峰是H-OH彎曲振動(dòng)吸收峰，1488cm-1、1463cm-1是N-H彎曲振動(dòng)吸收峰，1388cm-1是C-H彎曲振動(dòng)吸收峰，1265cm-1是C-N伸縮振動(dòng)吸收峰，1172cm-1、 962cm-1是Si-O的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，757cm-1為Si-O對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰。

圖1 SMIP（C）、吸附OMT-SMIP（B）和SNIP（A）的紅外光譜

(3)分子印跡聚合物的吸附性能考察

①氧化苦參堿水溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線

精確稱取0.0300g的氧化苦參堿，蒸餾水溶解，100mL容量瓶定容，搖勻備用，即得濃度為300μg/mL氧化苦參堿標(biāo)準(zhǔn)溶液。準(zhǔn)確移取標(biāo)準(zhǔn)溶液0.10mL、0.20mL、0.30mL、0.40mL、0.50mL、0.60mL、0.70mL、0.80mL、0.90mL和1.00mL稀釋至10mL，即得濃度為3μg/mL、6μg/mL、9μg/mL、12μg/mL、15μg/mL、18μg/mL、21μg/mL、24μg/mL、27μg/mL和30μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)待測(cè)液，蒸餾水作參比，紫外分光光度計(jì)在215nm處測(cè)定吸光度（A），以A-質(zhì)量濃度（C）作圖即得標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線方程為y=0.0194x+0.0789，r=0.9994，表明氧化苦參堿濃度在3.0～30μg/mL具有良好的線性關(guān)系。

②苦參堿水溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線

精確稱取0.0300g的苦參堿，蒸餾水溶解，100mL容量瓶定容，搖勻備用，即得濃度為300ug/mL苦參堿標(biāo)準(zhǔn)溶液。準(zhǔn)確移取標(biāo)準(zhǔn)溶液0.10mL、0.20mL、0.30mL、0.40mL、0.50mL、0.60mL、0.70mL、0.80mL、0.90mL和1.00mL稀釋至10mL，即得濃度為3μg/mL、6μg/mL、9μg/mL、12μg/mL、15μg/mL、 18μg/mL、21μg/mL、24μg/mL、27μg/mL和30μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)待測(cè)液，蒸餾水作參比，紫外分光光度計(jì)在218nm處測(cè)定吸光度（A），以A-質(zhì)量濃度以（C）作圖即得標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線方程為y=0.0154x+0.1108，r=0.9994，表明苦參堿濃度在 3.0～30μg/mL具有良好的線性關(guān)系。

③金雀花堿水溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線

精確稱取0.0300g的金雀花堿，蒸餾水溶解，100mL容量瓶定容，搖勻備用，即得濃度為300μg/mL金雀花堿標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別準(zhǔn)確移取金雀花堿標(biāo)準(zhǔn)溶液0.10mL、0.20mL、0.30mL、0.40mL、0.50mL、0.60mL、0.70mL、0.80mL、0.90mL和1.00mL稀釋至10mL，即得濃度為3μg/mL、6μg/mL、9μg/mL、 12μg/mL、15μg/mL、18μg/mL、21μg/mL、24μg/mL、27μg/mL和30μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)待測(cè)液，蒸餾水作參比，紫外分光光度計(jì)在304nm處測(cè)定吸光度（A），以A-質(zhì)量濃度以（C）作圖即得標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線方程為y=0.03149x+0.0656，r=0.9991，表明金雀花堿濃度在3.0～30μg/mL具有良好的線性關(guān)系。

④動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

稱取100mg分子印跡聚合物于10mL離心試管中，分別加入濃度為30μg/mL、60μg/mL、90μg/mL、120μg/mL、150μg/mL、 180μg/mL、210μg/mL、240μg/mL、270μg/mL、300μg/mL的氧化苦參堿水溶液，震蕩30min，離心，移取上層清液0.5mL稀釋至10mL，以水作空白，在215nm處測(cè)定氧化苦參堿的含量，采用差減法來(lái)計(jì)算對(duì)氧化苦參堿的吸附量Q。

式中，Q為分子印跡聚合物的吸附量（mg/g）；C為吸附后氧化苦參堿的濃度（μg/mL）；C0為吸附前氧化苦參堿的濃度（μg/mL）；W為分子印跡聚合物的質(zhì)量（g）；V為吸附溶液體積（mL）。

NS-SMIP和SMIP的動(dòng)態(tài)吸附曲線見(jiàn)圖2，圖2可知NS-SMIP對(duì)氧化苦參堿的吸附量大于SMIP對(duì)OMT，分子印跡聚合物對(duì)OMT的吸附量在20min內(nèi)都快速增加，在30min后吸附量基本接近飽和。這是由于分子印跡聚合物表面的孔穴比較淺從而有利于對(duì)OMT的吸附，因此在開(kāi)始階段分子印跡聚合物的吸附量速度非常快，當(dāng)表面孔穴達(dá)到吸附飽和后，OMT再向分子印跡聚合物表面孔穴傳質(zhì)時(shí)，會(huì)受到阻礙，因而吸附速率會(huì)下降但在一段時(shí)間后就會(huì)達(dá)到吸附平衡。

圖2 NS-SMIP和SMIP對(duì)OMT的動(dòng)態(tài)吸附曲線

⑤靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

稱取100mg分子印跡聚合物于10mL離心試管中，加入濃度為300μg/mL的氧化苦參堿水溶液，震蕩30min，離心，移取上層清液0.5mL稀釋至10mL，以水作空白，在215nm處測(cè)定氧化苦參堿的含量，按公式（1）計(jì)算分子印跡聚合物的吸附量Q。

靜態(tài)吸附曲線見(jiàn)圖3，由圖可知SMIP、NS-SNIP和SNIP對(duì)OMT的吸附量在濃度為120μg/mL達(dá)到最大值，隨后吸附量達(dá)到平衡，NS-SMIP對(duì)OMT的吸附量在濃度為180μg/mL達(dá)到最大值。SNIP對(duì)OMT的吸附量明顯小于SMIP吸附量，主要是由于SMIP與SNIP的表面空間結(jié)構(gòu)有著明顯差異而造成的，SMIP有著與OMT空間結(jié)構(gòu)相匹配的孔穴，該孔穴對(duì)OMT分子有著獨(dú)特的記憶功能，而SNIP表面存在的孔穴則是大小不一的各種結(jié)構(gòu)，因此SNIP吸附量就小于SMIP。同理NS-SMIP對(duì)OMT的吸附量大于NS-SNIP對(duì)OMT的吸附量。NS-SMIP與SNIP的吸附量差值約為1.918mg/g，SMIP與SNIP的吸附量差值約為1.1mg/g，說(shuō)明除去硅膠的分子印跡聚合物的吸附性能要強(qiáng)于未除去硅膠的分子印跡聚合物。

圖3 NS-SMIP、NS-SNIP、SMIP和SNIP的靜態(tài)吸附曲線

⑥選擇性吸附實(shí)驗(yàn)

苦參堿（MY）和金雀花堿（CYT）的結(jié)構(gòu)與氧化苦參堿（OMT）有一定的相似性，因此實(shí)驗(yàn)選用苦參堿和金雀花堿作為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)照底物，來(lái)分析分子印跡聚合物對(duì)氧化苦參堿的分子識(shí)別特性。氧化苦參堿（OMT）、苦參堿（MY）和金雀花堿（CYT）結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4。

圖4 氧化苦參堿、苦參堿及金雀花堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)

稱取100mg分子印跡聚合物三份，于10mL的離心試管分別加入4mL濃度為300ug/mL氧化苦參堿（OMT）、苦參堿（MY）和金雀花堿（CYT）溶液，震蕩30min，離心，移取上層清液0.5mL稀釋至10mL，在215nm處測(cè)定氧化苦參堿（OMT）的吸光度，在218nm處測(cè)定苦參堿（MT）的吸光度，在304nm處測(cè)定金雀花堿（CYT）的吸光度，分別計(jì)算氧化苦參堿（OMT）、苦參堿（MY）和金雀花堿（CYT）的平衡濃度，按公式（1）計(jì)算分子印跡聚合物的吸附量Q。NS-SMIP和NS-SNIP的選擇性吸附見(jiàn)圖5，SMIP和SNIP的選擇性吸附 見(jiàn)圖6。

圖5 NS-SMIP和NS-SNIP選擇性吸附

圖6 SMIP和SNIP選擇性吸附

表1是NS-SMIP及NS-SNIP對(duì)OMT、MT及CYT的分配系數(shù)、 分離因子和相對(duì)分離因子的參數(shù)，表2是SMIP及SNIP對(duì)OMT、 MT及CYT的分配系數(shù)、分離因子和相對(duì)分離因子的參數(shù)。

表1 NS-SMIP和NS-SNIP對(duì)不同底物的選擇性吸附參數(shù)

表2 SMIP和SNIP對(duì)不同底物的選擇性吸附參數(shù)

由圖5和圖6可知NS-SMIP和SMIP對(duì)MT和CYT的吸附量明顯小于OMT。而NS-SNIP和SNIP對(duì)三種底物的吸附量從總體來(lái)說(shuō)差別不是很大。由表1和表2可看出NS-SMIP和SMIP對(duì)非目標(biāo)分子的識(shí)別性是遠(yuǎn)低于目標(biāo)分子，NS-SNIP和SNIP的選擇性吸附能力要低于NS-SMIP和SMIP。這是因?yàn)镹S-SMIP和SMIP對(duì)模板分子獨(dú)特的匹配性，具有極高的選擇特性。由表1可知NS-SMIP聚合物相對(duì)于苦參堿的分離因子（α）為1.3131，相對(duì)分離因子（α′）為1.2926，相對(duì)于金雀花堿的分離因子（α）為1.4049，且相對(duì)分離因子（α′）為1.3341。結(jié)果表明NS-SMIP具有良好的識(shí)別性以及特有的選擇性，NSSMIP的選擇性吸附能力要高于SMIP。

3.討論

表面分子印跡技術(shù)是把模板分子的識(shí)別點(diǎn)建立模板材料的表面，洗脫后獲得與模板分子空間結(jié)構(gòu)和位點(diǎn)相匹配的表面分子印跡聚合物，表面分子印跡聚合物發(fā)展迅速，在各個(gè)領(lǐng)域中有著良好的發(fā)展前景。實(shí)驗(yàn)用表面分子印跡技術(shù)來(lái)制備氧化苦參堿表面分子印跡聚合物，用HF除去硅膠制備氧化苦參堿分子印跡聚合物，動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)和選擇性吸附實(shí)驗(yàn)考察分子印跡聚合物的吸附性能。結(jié)果表明除去硅膠分子印跡聚合物對(duì)氧化苦參堿的吸附性能要強(qiáng)于未除去硅膠的分子印跡聚合物。除去硅膠分子印跡聚合物對(duì)氧化苦參堿分子具有良好的識(shí)別性以及獨(dú)特的選擇性，且除去硅膠分子印跡聚合物的這些特性要比未除去除硅膠分子印跡聚合物的明顯。