CN101775152B - 用于苦参碱类物质分离提纯的表面印迹材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于苦参碱类物质分离提纯的表面印迹材料的制备方法，是为了解决目前分离苦参碱的表面印迹材料效率低的问题，包括以下步骤：硅胶微粒的活化：硅胶微粒表面化学键连含双键的硅烷偶联剂：硅胶微粒表面化学接枝聚甲基丙烯酸：硅胶微粒表面分子印迹聚合物的制备。本发明以硅胶微粒为载体，甲基丙烯酸作为接枝于微粒或微球表面的功能大分子材料，以双键硅烷偶联剂为交联剂，制得了对苦参碱类物质分子结合速度快、识别选择性强、结合容量高的表面印迹材料，所述方法制备的表面印迹材料适合于工业化生产的要求，材料利用率高，成本低，对苦参碱类物质分子有很好的选择性，很强的识别和结合性，并具有很好的脱附性能。

Description

用于苦参碱类物质分离提纯的表面印迹材料的制备方法

技术领域

本发明涉及离子表面印迹材料的制备方法，具体为用于苦参碱类物质分离提纯的表面印迹材料的制备方法。

背景技术

苦参碱类物质主要来源于豆科植物苦参及苦豆子，是一类具有抗肿瘤、抗菌和抗病毒等多种药理作用与功效的生物碱。由于苦参碱作为抗癌药物具有重大的开发价值，近年来国内外对苦参碱的研究开发备受关注。苦参碱是从苦参及苦豆子的浸出液中提取纯化的，由于浸出液中含有至少21种生物碱与多种黄酮类物质，因此是一项十分复杂的生物活性成分提取工程。

分子印迹材料是被精心裁制的一类功能聚合物材料，其内部分布有大量模板分子的印迹空穴，这些空穴与模板分子在尺寸大小、空间结构、结合位点等方面高度地相匹配，使得分子印迹材料对模板分子具有特异的识别选择性与优良的结合亲和性，被人们称为人工抗体或人工接受器。由于分子印迹材料可以在分子水平上对模板分子进行选择性识别，目前，已被广泛地用于各种高科技领域，尤其在物质的分离、纯化与富集、构建各类传感器、制备色谱固定相、模拟抗体进行免疫测定以及用于催化模拟等领域。制备分子印迹材料的传统方法是包埋法，该方法缺点有：对模板分子包埋过深或过紧，不但洗脱困难，而且印迹空穴数目受限，印迹效率不高；由于孔道深，模板分子扩散阻力大，传质速度慢，不易与识别位点结合；粉碎研磨过程使大量印迹空穴遭受破坏，使材料的结合性能降低。为有效地克服上述缺点，近几年一些研究者探索出了一种表面印迹技术，即将载体、聚合单体、交联剂、模板分子混合，反应后将模板分子洗去即制得了表面印迹材料。

目前，在苦参碱分离提纯领域，有人首先将硅胶微粒表面物理涂覆一层功能大分子壳聚糖，吸附苦参碱后加入交联剂环氧氯丙烷进行交联，最后脱去苦参碱后在硅胶微粒表面的功能大分子壳聚糖上留下了苦参碱的空穴。这种方法制得的印迹材料由于功能大分子壳聚糖分子量低，功能基团含量少，所以吸附量很小，分离苦参碱的效果差，效率低，而且功能大分子壳聚糖与硅胶微粒只是依靠物理吸附相互作用，制备的材料力学稳定性较差。也有人将活化硅胶、功能单体以及酚类混合，形成复合前驱体，然后氧化聚合交联，除去目标分子后在硅胶表面形成一层印迹聚合物，这种方法在交联反应时，大量溶解在溶剂中的功能单体会首先进行聚合反应，形成传统的印迹聚合物，导致功能单体利用率低，而且制得的印迹材料接枝率低，吸附容量小，吸附效率低。

发明内容

本发明为了解决目前分离苦参碱类物质的表面印迹材料效率低的问题，提供一种用于苦参碱类物质分离提纯的表面印迹材料的制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种用于苦参碱类物质分离提纯的表面印迹材料的制备方法，包括以下步骤：

1、硅胶微粒的活化：将25～30g硅胶微粒加入到130～150mL浓度为5％～10％的盐酸水溶液中，在回流温度下搅拌活化8～10h后，过滤，用蒸馏水洗涤滤饼，在真空烘箱中真空干燥24～30h，得到活化的硅胶微粒；

2、硅胶微粒表面化学键连含双键的硅烷偶联剂：将8～10g活化后的硅胶微粒加入到四口烧瓶中，再加入300～400mL体积比为1∶1乙醇与水的混合溶剂中搅拌，然后加入8～10mL含双键的硅烷偶联剂，在45～50℃下反应24～28h，反应结束后将产物在索氏抽提器中用乙醇洗涤，除去体系中未反应的硅烷偶联剂，最后在真空烘箱中真空干燥24～30h，得到改性的硅胶微粒(MPS-SiO₂)；

3、硅胶微粒表面化学接枝聚甲基丙烯酸：四口烧瓶中加入200～300mL水、3～5g改性的硅胶微粒(MPS-SiO₂)和10～15g甲基丙烯酸，用N₂排空气30min，并在N₂保护下搅拌0.5h，使改性的硅胶微粒(MPS-SiO₂)充分分散，升至70～75℃，加入单体甲基丙烯酸质量0.5～0.6％的过硫酸铵作为引发剂，于70～75℃下在搅拌中进行接枝聚合反应.反应24h后，抽滤，得到接枝微粒(PMAA/SiO₂)，再在索氏抽提器中用无水乙醇抽提24h，以除去物理吸附在接枝微粒(PMAA/SiO₂)表面的物质，然后进行真空干燥；

4、硅胶微粒表面分子印迹材料的制备：称取1～2g接枝微粒(PMAA/SiO₂)与50mL浓度为8～10mmol/L的苦参碱类物质水溶液混和，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，在恒温振荡器中恒温振荡5～6h，使接枝微粒(PMAA/SiO₂)对苦参碱类物质的吸附达到饱和，滤出微粒，真空干燥，取1～2g饱和吸附了苦参碱类物质的接枝微粒(PMAA/SiO₂)，置于浓度为8～10mmol/L苦参碱类物质的体积浓度为50％的乙醇水溶液中，乙醇水溶液用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，加入0.1～0.2mL的交联剂乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)，在50～60℃下搅拌反应8～10h，反应结束后，用含有NaCl的乙酸水溶液反复洗涤产物微粒，并用蒸馏水与无水乙醇反复洗涤，除去苦参碱类物质模板分子，抽滤，抽真空烘干即可制得苦参碱类物质表面分子印迹材料(MIP-PMAA/SiO₂)。

所述含双键硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基烯丙基硅烷或三甲氧基乙烯基硅烷。

所述苦参碱类物质为氧化苦参碱、苦参碱、异苦参碱或羟基苦参碱。

所述交联剂也可以为1，4-二氯丁烷、1，6-二氯己烷或环氧氯丙烷。

效果证明实验一：

配制含苦参碱和金雀花碱浓度均为8mmol/L的混和溶液，取25mL混和溶液于具塞锥形瓶中，加入准确称量的约0.1g的苦参碱分子表面印迹材料MIP-PMAA/SiO₂，在恒温振荡器中振荡5h，使结合达到平衡，离心分离，测定上清液中苦参碱与金雀花碱的浓度，根据式(1)计算出两种物质的平衡结合容量，根据式(2)与式(3)计算MIP-PMAA/SiO₂对两种物质的分配系数K_d以及选择性系数k，结果列于表1。

$Q_e=\frac{V(C_0-C_e)}{m}---\left(1\right)$

式中，Q_e(mg·g^-1)是平衡结合容量；V(L)是溶液的体积；C₀(mg·L^-1)是溶液的初始浓度；C_e(mg·L^-1)是平衡浓度；m(g)是MIP-PMAA/SiO₂的质量。

$K_d=\frac{Q_e}{C_e}---\left(2\right)$

式中，Q_e(mg·g^-1)是平衡结合容量；C_e(mg·L^-1)是平衡浓度。

$k=\frac{K_d\left(A\right)}{K_d\left(B\right)}---\left(3\right)$

式中，K_d(A)是MIP-PMAA/SiO₂对模板分子的分配系数；K_d(B)是MIP-PMAA/SiO₂对参比分子的分配系数。

$k^{\′}=\frac{k_{\mathrm{impr}}}{k_{\mathrm{non}-\mathrm{impr}}}---\left(4\right)$

式中，k‘是相对选择性系数，k_impr是印迹材料MIP-PMAA/SiO₂对苦参碱的选择性系数；k_non-impr是非印迹材料PMAA/SiO₂对苦参碱的选择性系数.

表1MIP-PMAA/SiO₂对不种物质的分配系数以及选择性系数

由上述表格可看出，按照本发明所述方法制得的硅胶表面苦参碱分子表面印迹材料对苦参碱的分配系数及选择性系数远远大于金雀花碱，说明本方法制备的印迹材料能够高效地分离富集苦参碱。

效果证明实验二：

配制含苦参碱和羟基苦参碱浓度均为8mmol/L的混和溶液，取25mL混和溶液于具塞锥形瓶中，加入准确称量的约0.1g的苦参碱分子表面印迹材料MIP-PMAA/SiO₂，在恒温振荡器中振荡5h，使结合达到平衡，离心分离，测定上清液中苦参碱与羟基苦参碱的浓度，根据式(1)计算出两种物质的平衡结合容量，根据式(2)，式(3)与式(4)分别计算MIP-PMAA/SiO₂对两种物质的分配系数K_d，选择性系数k以及相对选择性系数k‘，结果列于表2。

表2MIP-PMAA/SiO₂对不种物质的分配系数以及选择性系数

由上述表格可看出，按照实施例2所述方法制得的硅胶表面苦参碱分子表面印迹材料对苦参碱的分配系数及选择性系数远远大于羟基苦参碱，说明本方法制备的印迹材料能够高效地分离富集苦参碱。

本发明以甲基丙烯酸作为接枝于微粒或微球表面的功能大分子材料，选择含双键硅烷偶联剂为交联剂，制得了对苦参碱分子结合速度快、识别选择性强、结合容量高的表面印迹材料。同时，由于使用了硅胶基质，极大地提高了印迹材料的机械强度。本发明所述方法制备的表面印迹材料适合于工业化生产的要求，材料利用率高，成本低，对苦参碱分子有很好的选择性，很强的识别和结合性，并具有很好的脱附性能。

本发明所制得的印迹材料对模板分子苦参碱分子具有高的结合容量与优良的分子识别选择性，为苦参碱类物质分子印迹聚合物的制备提供了一种可行的制备方案。

附图说明

图1为制备苦参碱表面印迹材料IIP-PAO/SiO₂的化学反应过程。

具体实施方式

实施例1

将30g硅胶微粒加入到150mL浓度为9％的盐酸水溶液中，在回流温度下搅拌活化，使硅胶微粒表面具有较多的羟基，活化8h后，过滤，用蒸馏水充分洗涤滤饼，最后在真空烘箱中真空干燥26h，得到活化的硅胶微粒。将10g活化后的硅胶微粒加入到四口烧瓶中，再加入360mL体积比为1∶1的乙醇与水的混合溶剂中搅拌，然后加入10mLγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH-570，在48℃下反应27h，反应结束后将产物在索氏抽提器中用乙醇洗涤，除去体系中未反应的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH-570，最后在真空烘箱中真空干燥24h，得到经γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH-570改性的硅胶微粒MPS-SiO₂。在四口烧瓶中加入200mL水、5g硅胶微粒MPS-SiO₂和13g单体甲基丙烯酸，用N₂排空气30min，并在N₂保护下搅拌0.5h，使硅胶微粒MPS-SiO₂充分分散，升至70℃，加入单体甲基丙烯酸质量0.6％的过硫酸铵作为引发剂，于70℃下在搅拌中进行接枝聚合反应。反应24h后，抽滤，得到接枝微粒PMAA/SiO₂。再在索氏抽提器中用无水乙醇抽提24h，以除去物理吸附在微球表面的聚合物，然后进行真空干燥。称取1g接枝微粒PMAA/SiO₂与50mL浓度为9mmol/L的苦参碱水溶液混和，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，在恒温振荡器中恒温振荡5h，使接枝微粒对苦参碱的吸附达到饱和，滤出微粒，真空干燥。取1g饱和吸附了苦参碱的接枝微粒PMAA/SiO₂置于含苦参碱9mmol/L的乙醇和水混合溶液(体积比1∶1)中，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，加入0.1mL的交联剂乙二醇二缩水甘油醚EGDE，在50℃下搅拌反应8h。反应结束后，用含有NaCl的乙酸水溶液反复洗涤产物微粒，并用蒸馏水与无水乙醇反复洗涤，除去模板分子苦参碱，抽滤，抽真空烘干即可制得苦参碱印迹材料MIP-PMAA/SiO2。

上述制备过程化学反应如图1所示。

实施例2

将28g硅胶微粒加入到140mL浓度为5％的盐酸水溶液中，在回流温度下搅拌活化，使硅胶微粒表面具有较多的羟基，活化10h后，过滤，用蒸馏水充分洗涤滤饼，最后在真空烘箱中真空干燥28h，得到活化的硅胶微粒。将9g活化后的硅胶加入到四口烧瓶中，再加入330mL乙醇与水的混合溶剂(体积比为1∶1)中搅拌，然后加入8mL三甲氧基烯丙基硅烷，在47℃下反应24h，反应结束后将产物在索氏抽提器中用乙醇洗涤，除去体系中未反应的三甲氧基烯丙基硅烷，最后在真空烘箱中真空干燥30h，得到改性的硅胶微粒MPS-SiO₂。在四口烧瓶中加入230mL水、4g改性的硅胶微粒MPS-SiO₂和10g甲基丙烯酸，用N₂排空气30min，并在N₂保护下搅拌0.5h，升至75℃，加入单体质量0.5％的引发剂过硫酸铵，于75℃下在搅拌中进行接枝聚合反应。反应24h后，抽滤，得到接枝微粒PMAA/SiO₂。再在索氏抽提器中用无水乙醇抽提24h，以除去物理吸附在微球表面的聚合物，然后进行真空干燥。称取2g接枝微粒PMAA/SiO₂与40mL浓度为10mmol/L的氧化苦参碱水溶液混和，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，在恒温振荡器中恒温振荡6h，使接枝微粒对氧化苦参碱的吸附达到饱和，滤出微粒，真空干燥。取2g饱和吸附了的PMAA/SiO₂置于含氧化苦参碱10mmol/L的乙醇和水混合溶液(体积比1∶1)中，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，加入0.2mL的交联剂1，4-二氯丁烷，在60℃下搅拌反应10h。反应结束后，用含有NaCl的乙酸水溶液反复洗涤产物微粒，并用蒸馏水与无水乙醇反复洗涤，除去模板分子苦参碱，抽滤，抽真空烘干即可制得氧化苦参碱印迹材料MIP-PMAA/SiO₂。

实施例3

将25g硅胶微粒加入到145mL浓度为8％的盐酸水溶液中，在回流温度下搅拌活化，使硅胶微粒表面具有较多的羟基，活化9h后，过滤，用蒸馏水充分洗涤滤饼，最后在真空烘箱中真空干燥30h，得到活化的硅胶微粒。将8g活化后的硅胶加入到四口烧瓶中，再加入300mL乙醇与水的混合溶剂(体积比为1∶1)中搅拌，然后加入9mL三甲氧基烯丙基硅烷，在45℃下反应26h，反应结束后将产物在索氏抽提器中用乙醇洗涤，除去体系中未反应的三甲氧基烯丙基硅烷，最后在真空烘箱中真空干燥28h，得到改性的硅胶微粒MPS-SiO₂。在四口烧瓶中加入250mL水、3g改性的硅胶微粒MPS-SiO₂和12g甲基丙烯酸，用N₂排空气30min，并在N₂保护下搅拌0.5h，升至73℃，加入单体质量0.5％的引发剂过硫酸铵，于73℃下在搅拌中进行接枝聚合反应。反应24h后，抽滤，得到接枝微粒PMAA/SiO₂。再在索氏抽提器中用无水乙醇抽提24h，以除去物理吸附在微球表面的聚合物，然后进行真空干燥。称取1g接枝微粒PMAA/SiO₂与40mL浓度为9mmol/L的异苦参碱水溶液混和，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，在恒温振荡器中恒温振荡6h，使接枝微粒对异苦参碱的吸附达到饱和，滤出微粒，真空干燥。取1g饱和吸附的PMAA/SiO₂置于含异苦参碱9mmol/L的乙醇和水混合溶液(体积比1∶1)中，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，加入0.1mL的交联剂1，6-二氯己烷，在54℃下搅拌反应9h。反应结束后，用含有NaCl的乙酸水溶液反复洗涤产物微粒，并用蒸馏水与无水乙醇反复洗涤，除去模板分子苦参碱，抽滤，抽真空烘干即可制得异苦参碱印迹材料MIP-PMAA/SiO₂。

实施例4

将26g硅胶微粒加入到130mL浓度为10％的盐酸水溶液中，在回流温度下搅拌活化，使硅胶微粒表面具有较多的羟基，活化8h后，过滤，用蒸馏水充分洗涤滤饼，最后在真空烘箱中真空干燥24h，得到活化的硅胶微粒。将10g活化后的硅胶微粒加入到四口烧瓶中，再加入400mL体积比为1∶1的乙醇与水的混合溶剂中搅拌，然后加入10mLγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH-570，在50℃下反应24h，反应结束后将产物在索氏抽提器中用乙醇洗涤，除去体系中未反应的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH-570，最后在真空烘箱中真空干燥26h，得到经γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH-570改性的硅胶微粒MPS-SiO₂。在四口烧瓶中加入300mL水、5g硅胶微粒MPS-SiO₂和15g单体甲基丙烯酸，用N₂排空气30min，并在N₂保护下搅拌0.5h，使硅胶微粒MPS-SiO₂充分分散，升至72℃，加入单体甲基丙烯酸质量0.6％的过硫酸铵作为引发剂，于72℃下在搅拌中进行接枝聚合反应。反应24h后，抽滤，得到接枝微粒PMAA/SiO₂。再在索氏抽提器中用无水乙醇抽提24h，以除去物理吸附在微球表面的聚合物，然后进行真空干燥。称取2g接枝微粒PMAA/SiO₂与50mL浓度为8mmol/L的羟基苦参碱水溶液混和，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，在恒温振荡器中恒温振荡5h，使接枝微粒对羟基苦参碱的吸附达到饱和，滤出微粒，真空干燥。取2g饱和吸附了羟基苦参碱的接枝微粒PMAA/SiO₂置于羟基苦参碱8mmol/L的乙醇和水混合溶液(体积比1∶1)中，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，加入0.1mL的交联剂环氧氯丙烷，在56℃下搅拌反应8h。反应结束后，用含有NaCl的乙酸水溶液反复洗涤产物微粒，并用蒸馏水与无水乙醇反复洗涤，除去模板分子苦参碱，抽滤，抽真空烘干即可制得羟基苦参碱印迹材料MIP-PMAA/SiO2。

Claims (2)

1.一种用于苦参碱类物质分离提纯的表面印迹材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、硅胶微粒的活化：将25～30g硅胶微粒加入到130～150mL浓度为5％～10％的盐酸水溶液中，在回流温度下搅拌活化8～10h后，过滤，用蒸馏水洗涤滤饼，在真空烘箱中真空干燥24～30h，得到活化的硅胶微粒；

(2)、硅胶微粒表面化学键连含双键的硅烷偶联剂：将8～10g活化后的硅胶微粒加入到四口烧瓶中，再加入300～400mL体积比为1∶1乙醇与水的混合溶剂中搅拌，然后加入8～10mL含双键的硅烷偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基烯丙基硅烷或三甲氧基乙烯基硅烷，在45～50℃下反应24～28h，反应结束后将产物在索氏抽提器中用乙醇洗涤，除去体系中未反应的硅烷偶联剂，最后在真空烘箱中真空干燥24～30h，得到改性的硅胶微粒；

(3)、硅胶微粒表面化学接枝聚甲基丙烯酸：四口烧瓶中加入200～300mL水、3～5g改性的硅胶微粒和10～15g甲基丙烯酸，用N₂排空气30min，并在N₂保护下搅拌0.5h，使改性的硅胶微粒充分分散，升至70～75℃，加入单体甲基丙烯酸质量0.5～0.6％的过硫酸铵作为引发剂，于70～75℃下在搅拌中进行接枝聚合反应，反应24h后，抽滤，得到接枝微粒，再在索氏抽提器中用无水乙醇抽提24h，以除去物理吸附在微球表面的聚合物，然后进行真空干燥；

(4)、硅胶微粒表面分子印迹聚合物的制备：称取1～2g接枝微粒与50mL浓度为8～10mmol/L的苦参碱类物质水溶液混和，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，在恒温振荡器中恒温振荡5～6h，使接枝微粒对苦参碱类物质的吸附达到饱和，滤出微粒，真空干燥，取1～2g饱和吸附了苦参碱的接枝微粒，置于浓度为8～10mmol/L苦参碱类物质的体积浓度为50％的乙醇水溶液中，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH＝9，加入0.1～0.2mL的交联剂乙二醇二缩水甘油醚、1，4-二氯丁烷、1，6-二氯己烷、或环氧氯丙烷，在50～60℃下搅拌反应8～10h，反应结束后，用含有NaCl的乙酸水溶液反复洗涤产物微粒，并用蒸馏水与无水乙醇反复洗涤，除去苦参碱类物质模板分子，抽滤，抽真空烘干即可制得苦参碱类物质分子印迹材料。

2.根据权利要求1所述用于苦参碱类物质分离提纯的表面印迹材料的制备方法，其特征是所述苦参碱类物质为氧化苦参碱、苦参碱、异苦参碱或羟基苦参碱。

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