小檗堿磁性印跡聚合物的制備及其性能測(cè)試

王文靜，房南南，郝彤彤，劉 蓉，張心怡，宋瑩瑩，張盼盼，王愛(ài)香

(臨沂大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 臨沂 276000)

近年來(lái)，由于合成藥物的毒副作用使人們?nèi)找媲嗖A天然藥物和中藥藥材，但是中藥活性成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型多樣，再加上含量低和不穩(wěn)定性，導(dǎo)致了中藥活性成分分離純化困難[1]。目前分離純化主要依賴于硅膠柱色譜、大孔吸附樹(shù)脂柱色譜、凝膠柱色譜、制備型高效液相色譜等色譜技術(shù)[2]。為了得到純度高的活性成分，需經(jīng)多種溶劑萃取和反復(fù)柱色譜，不僅溶劑消耗量大、環(huán)境污染嚴(yán)重，而且效率和收率也低[3]。分子印跡聚合物具有結(jié)合能力和識(shí)別能力強(qiáng)、選擇性可預(yù)定、性質(zhì)穩(wěn)定、對(duì)環(huán)境耐受性強(qiáng)、制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[4]。近年來(lái)，分子印跡聚合物在分析化學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在色譜分離、固相萃取等方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景[5-6]。而小檗堿具有廣泛的抗菌作用和防癌作用，近幾年來(lái)又發(fā)現(xiàn)了一些新的用途，如治療原發(fā)性高血壓、心律失常、高血脂癥等，因此，進(jìn)行小檗堿分子印跡聚合物的合成及其性能的研究具有非常重要的實(shí)際意義[7-8]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

FA2004N電子分析天平，上海精密儀器科學(xué)有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；TGL-16臺(tái)式高速離心機(jī)，江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；KQ3200DV數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；DZF-6051真空干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；HZQ-2數(shù)顯全溫振蕩器，江蘇省金壇市醫(yī)療器械廠；UV3600紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，日本島津；S3400N掃描電子顯微鏡，日本日立公司；JEM-2100透射電鏡，日本電子株式會(huì)社。甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；過(guò)硫酸鉀、乙酸、無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇，天津市鑫鉑特有限公司；小檗堿，江蘇利恒化工有限公司；藥根堿，上海經(jīng)科化學(xué)科技有限公司。本實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1小檗堿分子印跡聚合物的制備

將0.237 5 g小檗堿、0.24 mL甲基丙烯酸、0.200 9 g丙烯酰胺、60 mL水置于250 mL的四口瓶中，攪拌過(guò)夜，升溫至30 ℃，攪拌下加入2.1783 g N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，使之溶解后降至室溫。氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入0.256 1 g過(guò)硫酸鉀引發(fā)劑，采用水浴加熱，將溶液升溫到80 ℃引發(fā)聚合，氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)12 h，得到沉淀聚合物。將得到的聚合物甲醇/乙酸(體積比9∶1)混合液抽提72 h洗滌烘干后得到小檗堿分子印跡聚合物。空白聚合物的合成與印跡聚合物的合成步驟一樣，只是不加入模板分子。

1.2.2小檗堿分子印跡聚合物吸附實(shí)驗(yàn)

吸附容量和吸附速度是表征吸附劑的基本數(shù)據(jù)，也是評(píng)價(jià)吸附劑吸附性能的重要數(shù)據(jù)。吸附容量是吸附劑對(duì)底物的最大吸附量，它反映了吸附劑對(duì)底物的吸附能力大小，是一個(gè)重要的熱力學(xué)參數(shù)。吸附速度表征了達(dá)到吸附平衡的快慢，是一個(gè)重要的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

1.2.2.1測(cè)定動(dòng)力學(xué)吸附曲線

稱取0.05 g小檗堿印跡聚合物置于250 mL錐形瓶中，加入25 mg/L的小檗堿模板分子溶液，置于振蕩器上室溫下振蕩，振蕩速度為250～260 r/min。每隔一段時(shí)間，取5～6 mL以12 000 r/min的速度離心約30 min，移取上層清液，用砂芯漏斗抽濾得到澄清液，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在345 nm處測(cè)定溶液的吸光度。通過(guò)式(1)可以計(jì)算出印跡聚合物的吸附量：

Q=(c0-ct)×V/m

(1)

式(1)中，Q為吸附量，mg/g；c0為模板分子初始濃度，mg/L；ct為不同時(shí)間的濃度，mg/L；V為溶液體積，mL；m為印跡聚合物的質(zhì)量，g。繪制吸附量-時(shí)間曲線。

1.2.2.2測(cè)定熱力學(xué)吸附曲線

精確稱取9份0.05 g小檗堿印跡聚合物分別置于250 mL錐形瓶中，分別加入30 mL不同濃度的小檗堿溶液，在室溫下振蕩1 h，以12 000 r/min的速度離心分離，并用砂芯漏斗過(guò)濾取上清液，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在345 nm下測(cè)定上清液中小檗堿的濃度。以MIPs的相對(duì)平衡吸附量QR為縱坐標(biāo)，以吸附相對(duì)平衡時(shí)的底物濃度cR為橫坐標(biāo)作圖。

1.2.2.3競(jìng)爭(zhēng)吸附測(cè)試

稱取0.1 g小檗堿印跡聚合物兩份，分別置于250 mL錐形瓶中，分別加入25 mg/L的小檗堿溶液和藥根堿溶液，置于振蕩器上，室溫下振蕩，振蕩速率為250～260 r/min。每隔一段時(shí)間，取5～6 mL以12 000 r/min的速度離心約30 min，移取上層清液，用砂芯漏斗抽濾得到澄清液，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)分別在其特征波長(zhǎng)處測(cè)定溶液的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.1.1小檗堿的標(biāo)準(zhǔn)曲線

用紫外可見(jiàn)分光光度法測(cè)定小檗堿溶液，在0～36 mg/L范圍內(nèi)，吸光度和小檗堿的濃度呈良好的線性關(guān)系?；貧w方程為A=0.065 3c+0.009，其中A代表吸光度，c代表溶液濃度(mg/L)，相關(guān)系數(shù)為r=0.999 7。

2.1.2藥根堿的標(biāo)準(zhǔn)曲線

用紫外可見(jiàn)分光光度法測(cè)定藥根堿溶液，在0～35 mg/L范圍內(nèi)，吸光度和藥根堿的濃度呈良好的線性關(guān)系。回歸方程為A=0.058 8c-0.041 3，其中A代表吸光度，c代表溶液濃度(mg/L)，相關(guān)系數(shù)為r=0.994 6。

2.2 吸附性能測(cè)試

2.2.1動(dòng)力學(xué)吸附性能測(cè)試

圖1為不同時(shí)間分子印跡聚合物小檗堿的吸附量。

圖1 小檗堿吸附動(dòng)力學(xué)曲線

通常MIPs對(duì)模板分子的吸附過(guò)程可分為三個(gè)階段：首先模板分子運(yùn)動(dòng)到聚合物附近，其次是聚合物對(duì)其附近分子的物理吸附，最后MIPs通過(guò)其所攜帶的功能基團(tuán)與其表面的模板分子結(jié)合。一般物理吸附的速度很快，可瞬間完成。而本實(shí)驗(yàn)中MIPs上的結(jié)合基團(tuán)主要以非共價(jià)鍵的形式與模板分子小檗堿發(fā)生結(jié)合作用，這種結(jié)合的速度也相當(dāng)快。所以本實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段的吸附速度很快，基本呈線性增加的，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附量不斷增加，表面空腔(未被分子結(jié)合的分子腔)不斷減少，MIPs對(duì)遷移到其附近的分子吸附與結(jié)合的數(shù)量也相應(yīng)減少，所以吸附速度開(kāi)始下降。到60 min以后，內(nèi)部結(jié)合位點(diǎn)也已基本結(jié)合完全，吸附量的增加已不明顯，此時(shí)可以認(rèn)為吸附基本達(dá)到平衡。

2.2.2熱力學(xué)吸附曲線

圖2表示QR隨cR的變化，MIPs的相對(duì)平衡吸附量隨底物平衡濃度的增加而變大。

圖2 小檗堿的熱力學(xué)吸附曲線

2.2.3計(jì)算飽和吸附量Q0和吸附常數(shù)K

據(jù)Langmuir等溫吸附方程：

cR/QR=cR/QR+1/(KQ0)

(2)

式(2)中Q0為MIPs的飽和吸附量，K為吸附常數(shù)。

以cR/QR為縱坐標(biāo)，cR為橫坐標(biāo)作圖，如圖3所示。所研究的范圍內(nèi)cR/QR與cR有很好的線性關(guān)系，由斜率和截距求得印跡聚合物的K和Q0值分別為0.034 6 L/mg和52.43 mg/g，空白聚合物的K和Q0值分別為0.049 3 L/mg和29.33 mg/g。

圖3 cR/QR與cR的關(guān)系曲線

2.2.4競(jìng)爭(zhēng)吸附曲線

競(jìng)爭(zhēng)吸附曲線見(jiàn)圖4。

圖4 競(jìng)爭(zhēng)吸附曲線

由圖4可知，在相同時(shí)間內(nèi)，印跡聚合物對(duì)小檗堿的吸附量較大，說(shuō)明制備的印跡聚合物對(duì)小檗堿的選擇吸附性較好。

2.3 產(chǎn)品表征

小檗堿分子印跡聚合物的形貌圖見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，掃描電鏡(SEM)照片表明，制備的小檗堿分子印跡聚合物表面疏松多孔，透射電鏡(TEM)照片表明，其粒徑約為250 nm。

圖5 小檗堿分子印跡聚合物的形貌圖

3 結(jié)論

以小檗堿為模板分子，以丙烯酰胺和甲基丙烯酸為混合功能單體，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑，利用沉淀聚合法制備了小檗堿分子印跡聚合物，分別做出其吸附動(dòng)力學(xué)曲線和吸附熱力學(xué)曲線，其飽和吸附時(shí)間為60 min，飽和吸附量為52.43 mg/g，吸附常數(shù)為0.034 6 L/mg。并用藥根堿作為干擾分子對(duì)小檗堿印跡聚合物進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)吸附測(cè)試，結(jié)果表明，小檗堿印跡聚合物對(duì)小檗堿的選擇吸附性較好。