CN101845126B - 多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物及其制备和应用方法 - Google Patents

多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物及其制备和应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物，是通过选用多孔微球硅胶作为基体材料，以乙烯基三乙氧基硅烷作为偶联剂，青蒿素作为模板分子，甲基丙烯酸和丙烯酰胺作为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯作为交联剂，偶氮二异丁腈作为引发剂制备获得聚合物后去除其中的青蒿素来制备的，还提供了上述的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物的制备方法和应用方法，本发明的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物可在常温常压条件和超临界条件下将青蒿素与其结构类似物蒿甲醚等相分离，特别适用于超临界条件，具有特异性吸附和选择性及良好机械稳定性，其制备方法简单方便，适于大规模推广应用。

Description

多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物及其制备和应用方法
技术领域
本发明涉及分子印迹聚合物技术领域，特别涉及青蒿素分子印迹聚合物技术领域，具体是一种多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物及其制备和应用方法，特别适用于超临界条件下分离纯化青蒿素。
背景技术
菊科植物黄花蒿(Artemisia annua L，即中药青蒿)在中国用作抗疟中药已有两千多年的历史。中国科学工作者70年代首次从中分离出一个含过氧基团的新型倍半萜内酯，并命名为青蒿素(Artermisinin；Arteannuin；Qinghaosu；AR)。青蒿素是抗疟的有效成分，其结构独特，抗疟机制特别，对抗氯喹的恶性疟和脑性疟有特效。正因为它具有结构上的新颖性和药理作用中高效低毒等特点，已成为世界卫生组织推荐的抗疟药品。
分子印迹技术是为获得在空间结构和结合点位上与某一分子(通常称为印迹分子)完全匹配的聚合物的制备技术。它有三大特点：即预定性、识别性和实用性。预定性决定了人们可以根据不同的目的制备不同的分子印迹聚合物(MIP)，以满足各种不同的需要；识别性是因为MIP是根据印迹分子定做的，它具有特殊的分子结构和官能团，能选择性地识别印迹分子；其实用性表现在它与天然的生物分子识别系统如酶与底物、抗原与抗体、受体与激素相比，具有抗恶劣环境的能力，表现出高度的稳定性和长的使用寿命，且制备过程简单。分子印迹过程即分子印迹聚合物的制备过程，传统步骤包括如下三个：第一步，使印迹分子与功能单体之间通过共价键或/和非共价键结合产生功能团和空间结构互补的相互作用，形成复合物；第二步，在复合物中加入交联剂和引发剂，使印迹分子-单体复合物周围发生聚合反应，产生高交联的具有一定机械性能的高分子聚合物；第三步，将聚合物中的印迹分子通过适当的方法抽提或解离出来，形成具有识别印迹分子的识别位和空隙。
尽管目前分子印迹技术发展的速度比较快，但目前仍然存在许多问题：样品分子在印迹吸附剂中的扩散缓慢，传质时间长，吸附容量低以及存在非特异性吸附等问题。另一方面，超临界流体具有良好的萃取效率，超强的渗透扩散作用。将分子印迹在超临界流体中使用可提高分离选择性，改善传质效果，提高吸附容量，且环境友好。这两种技术的结合集中了超临界流体与分子印迹分离的优点，克服了各自的不足，产生新的分离技术交叉点，成为新的有前途的应用技术。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物及其制备和应用方法，该多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物可在常温常压条件和超临界条件下将青蒿素与其结构类似物蒿甲醚等相分离，特别适用于超临界条件，具有特异性吸附和选择性及良好机械稳定性，其制备方法简单方便，适于大规模推广应用。
为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物，其特点是，所述多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物是通过选用多孔微球硅胶作为基体材料，以乙烯基三乙氧基硅烷作为偶联剂，青蒿素作为模板分子(印迹分子)，甲基丙烯酸(MAA)和丙烯酰胺(AM)作为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)作为交联剂，偶氮二异丁腈(AIBN)作为引发剂制备获得聚合物后去除所述聚合物中的所述青蒿素来制备的。
较佳地，所述多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物具体通过以下过程制备而成：首先将所述乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂嫁接到活化过的所述多孔微球硅胶的表面获得修饰硅胶，将所述青蒿素、所述甲基丙烯酸和所述丙烯酰胺在甲苯溶剂中形成稳定的复合物，然后加入所述修饰硅胶、所述二甲基丙烯酸乙二醇酯与所述偶氮二异丁腈，在惰性气体保护下振荡反应获得所述聚合物，之后洗脱除去所述聚合物中的所述青蒿素，获得所述的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物。
更佳地，所述多孔微球硅胶的粒径为40-60目，孔径为8.0-12.0nm，所述青蒿素∶所述甲基丙烯酸∶丙烯酰胺∶二甲基丙烯酸乙二醇酯的摩尔比为1∶3∶4∶20，所述惰性气体是氮气，所述振荡反应的温度为65℃，时间为22小时。
在本发明的第二方面，提供了一种制备上述的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物的方法，其特点是，首先将所述的乙烯基三乙氧基硅烷嫁接到活化过的所述多孔微球硅胶的表面获得修饰硅胶，将所述青蒿素、所述甲基丙烯酸和所述丙烯酰胺在甲苯溶剂中形成稳定的复合物，然后加入所述修饰硅胶、所述二甲基丙烯酸乙二醇酯与所述偶氮二异丁腈，在惰性气体氮气保护下振荡反应获得所述聚合物，之后洗脱除去所述聚合物中的所述青蒿素，即得到所述多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物。
较佳地，所述多孔微球硅胶粒径为40-60目，孔径为8.0-12.0nm，所述青蒿素∶所述甲基丙烯酸∶丙烯酰胺∶二甲基丙烯酸乙二醇酯的摩尔比为1∶3∶4∶20，所述惰性气体是氮气，所述振荡反应的温度为65℃，时间为22小时。
更佳地，所述修饰硅胶的具体制备过程如下：将所述多孔微球硅胶分散于甲苯溶剂中，加入所述乙烯基三乙氧基硅烷、吡啶和三乙胺，在惰性气体氮气保护下振荡反应，之后清洗干燥，从而将含有乙烯基的所述乙烯基三乙氧基硅烷嫁接到活化过的所述多孔微球硅胶的表面。为后续的聚合实验提供了可用于聚合的乙烯基。
更进一步地，在所述修饰硅胶的具体制备过程中，所述乙烯基三乙氧基硅烷、所述吡啶和所述三乙胺的体积比为15∶10∶3，所述惰性气体为氮气，所述振荡反应的温度为80℃，时间为24小时。
较佳地，所述的方法还包括步骤：将所述多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物干燥后过筛除去所述功能单体与所述交联剂的自聚物。
在本发明的第三方面，提供了一种将上述的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物应用于超临界CO2中分离青蒿素的方法，其特征在于，将所述多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物和待分离的青蒿素置于超临界CO2条件下，在温度313K，压力20MPa的条件下进行吸附和分离，从而纯化所述青蒿素。
本发明的有益效果在于：本发明的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物是首先通过选用多孔微球硅胶作为基体材料，以乙烯基三乙氧基硅烷作为偶联剂，青蒿素作为模板分子，甲基丙烯酸和丙烯酰胺作为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯作为交联剂，偶氮二异丁腈作为引发剂制备获得聚合物，然后通过将其中的所述模板分子洗脱来制备的，可在常温常压条件和超临界条件下将青蒿素与其结构类似物蒿甲醚等相分离，特别适用于超临界条件，具有特异性吸附和选择性及良好机械稳定性，其制备方法简单方便，适于大规模推广应用。
具体实施方式
本发明的发明人经广泛及深入的研究，首次合成了青蒿素分子印迹聚合物，可在常温常压条件和超临界条件下将青蒿素与其结构类似物蒿甲醚相分离。
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。
实施例1青蒿素分子印迹聚合物合成实例
1.硅胶修饰
将50g硅胶装入500mL圆底烧瓶，加入体积比为1∶1的盐酸/去离子水的混合溶液200mL，于电热锅上搅拌回流8h(110℃左右)。回流结束后静置过夜，使硅胶和盐酸溶液冷却到室温，抽滤除去盐酸溶液，用去离子水反复冲洗硅胶，再用适量的甲醇洗涤，最后收集硅胶，于真空干燥箱里干燥。将干燥的硅胶置于红外电热烘箱中，于200℃下活化12h。称取30g活化的硅胶装入250mL的具塞三角烧瓶中，加入150mL甲苯，15mL乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)，10mL吡啶，3mL三乙胺，整个体系于超声仪中超声振荡15min，将体系用氮气除氧后密封，置于80℃水浴摇床中反应24h。反应结束后，抽滤除去反应溶液，依次用甲苯、乙醚、丙酮、甲醇、去离子水、甲醇洗涤。然后收集硅胶，置于真空干燥箱中干燥。
2.青蒿素分子印迹聚合物的合成
将0.4mmol青蒿素纯品，1.2mmol甲基丙烯酸(MAA)，1.6mmol丙烯酰胺(AM)和100mL甲苯加入250mL具塞三角烧瓶中，超声振荡15min，然后将体系于室温下静置24h。向印迹分子-功能单体复合体系中加入8mmol二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，4g硅烷化硅胶，超声振荡15min后，加入0.3mmol的偶氮二异丁腈(AIBN)，通入氮气除氧后，密封，于65℃水浴摇床中振荡反应22h。反应结束后，除去反应溶液，将印迹硅胶分散于丙酮中，除去上层功能单体与交联剂自聚合产生的乳状物，然后甲苯洗涤，再用9∶1的无水乙醇/冰乙酸溶液洗脱除去模板分子，最后用甲醇洗涤聚合物。收集最终产品，置于真空干燥箱中干燥，将干燥好的印迹硅胶聚合物过筛。
实施例2常压常温条件下的吸附实验实例
1.吸附动力学实验，以青蒿素为目标物，将200mg青蒿素分子印迹聚合物分散于20mL初始浓度为2mg/mL的青蒿素甲苯溶液中，密封，置于空气浴摇床上，30℃振荡吸附，每小时取样检测，分子印迹聚合物对青蒿素的吸附在10小时左右达到平衡。
2.平衡结合实验，以青蒿素为目标物，将50mg青蒿素分子印迹聚合物分散于5mL不同初始浓度(0.2-2mg/mL)的青蒿素甲苯溶液中，密封，置于空气浴摇床上，30℃振荡吸附至少18h以上，取样检测，分子印迹聚合物对青蒿素的最大吸附量为32.44mg/g左右。
3.选择性评价实验，以青蒿素和蒿甲醚为目标物，将50mg青蒿素分子印迹聚合物分散于含有2mg/mL青蒿素和2mg/mL蒿甲醚的5mL甲苯混合溶液中，密封，置于空气浴摇床上，30℃振荡吸附至少18h。青蒿素分子印迹聚合物对青蒿素的选择性系数为2.29。
实施例3超临界条件下的吸附实验实例
1.吸附动力学实验，以青蒿素为目标物，将0.02g青蒿素与0.2g左右的青蒿素分子印迹聚合物置于超临界CO2条件下，在温度313K，压力20MPa的条件下进行吸附，每15-30分钟取样检测，在3小时左右吸附达到平衡。
2.平衡结合实验，以青蒿素为目标物，将0.02g青蒿素与0.2g左右的青蒿素分子印迹聚合物置于超临界CO2条件下，在温度313K，压力20MPa的条件下吸附3小时以上，青蒿素分子印迹聚合物对青蒿素的吸附量已超过100mg/g。
3.选择性评价实验，以青蒿素和蒿甲醚为目标物，将0.015g青蒿素和0.015g蒿甲醚与0.2g左右的青蒿素分子印迹聚合物置于超临界CO2条件下，在温度313K，压力20MPa的条件下吸附3小时以上，青蒿素分子印迹聚合物对青蒿素的选择性系数为3左右。
通过上述描述，本发明采用多孔硅胶表面分子印迹技术，制备出青蒿素分子印迹聚合物(即青蒿素分子印迹吸附剂)，并在普通条件(常温常压)及超临界CO2条件下考察分子印迹吸附剂从类似物中对目标分子的吸附与脱附、相平衡、分离选择性等分离与传质行为。本发明的青蒿素分子印迹聚合物在常温常压条件下对青蒿素的平衡吸附量为32.44mg/g左右，大约10小时达到吸附平衡。将本发明的青蒿素分子印迹聚合物应用于超临界CO2中，在温度313K，压力20MPa条件下，青蒿素分子印迹聚合物对青蒿素的吸附容量增加至100mg/g以上，吸附平衡时间也缩短至3小时以内。
因此，本发明制备的这种印迹的硅胶聚合物在普通条件和超临界CO2条件对目标物青蒿素具有良好的特异性吸附和选择性识别能力，而本发明制备的这种印迹的硅胶聚合物具有高的机械强度，能维持在超临界状态下机械稳定性，这是其它合成高聚物很难具备的，而且，在超临界CO2条件下吸附能力更强，吸附更快。证实分子印迹分离技术与超临界流体萃取技术相结合能取得优势互补性的应用。
综上，本发明的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物可在常温常压条件和超临界条件下将青蒿素与其结构类似物蒿甲醚等相分离，特别适用于超临界条件，具有特异性吸附和选择性及良好机械稳定性，其制备方法简单方便，适于大规模推广应用。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物，其特征在于，所述多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物是通过选用多孔微球硅胶作为基体材料，以乙烯基三乙氧基硅烷作为偶联剂，青蒿素作为模板分子，甲基丙烯酸和丙烯酰胺作为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯作为交联剂，偶氮二异丁腈作为引发剂制备获得聚合物后去除所述聚合物中的所述青蒿素来制备的。
2.根据权利要求1所述的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物，其特征在于，所述多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物具体通过以下过程制备而成：首先将所述乙烯基三乙氧基硅烷嫁接到活化过的所述多孔微球硅胶的表面获得修饰硅胶，将所述青蒿素、所述甲基丙烯酸和所述丙烯酰胺在甲苯溶剂中形成稳定的复合物，然后加入所述修饰硅胶、所述二甲基丙烯酸乙二醇酯与所述偶氮二异丁腈，在惰性气体保护下振荡反应获得所述聚合物，之后洗脱除去所述聚合物中的所述青蒿素。
3.根据权利要求2所述的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物，其特征在于，所述多孔微球硅胶的粒径为40-60目，孔径为8.0-12.0nm，所述青蒿素∶所述甲基丙烯酸∶丙烯酰胺∶二甲基丙烯酸乙二醇酯的摩尔比为1∶3∶4∶20，所述惰性气体是氮气，所述振荡反应的温度为65℃，时间为22小时。
4.一种制备根据权利要求1所述的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物的方法，其特征在于，首先将所述的乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂嫁接到活化过的所述多孔微球硅胶的表面获得修饰硅胶，将所述青蒿素、所述甲基丙烯酸和所述丙烯酰胺在甲苯溶剂中形成稳定的复合物，然后加入所述修饰硅胶、所述二甲基丙烯酸乙二醇酯与所述偶氮二异丁腈，在惰性气体氮气保护下振荡反应获得所述聚合物，之后洗脱除去所述聚合物中的所述青蒿素，即得到所述多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多孔微球硅胶的粒径为40-60目，孔径为8.0-12.0nm，所述青蒿素∶所述甲基丙烯酸∶丙烯酰胺∶二甲基丙烯酸乙二醇酯的摩尔比为1∶3∶4∶20，所述惰性气体是氮气，所述振荡反应的温度为65℃，时间为22小时。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述修饰硅胶的具体制备过程如下：将所述多孔微球硅胶分散于甲苯溶剂中，加入所述乙烯基三乙氧基硅烷、吡啶和三乙胺，在惰性气体氮气保护下振荡反应，之后清洗干燥，从而将所述乙烯基三乙氧基硅烷嫁接到活化过的所述多孔微球硅胶的表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述修饰硅胶的具体制备过程中，所述乙烯基三乙氧基硅烷、所述吡啶和所述三乙胺的体积比为15∶10∶3，所述惰性气体为氮气，所述振荡反应的温度为80℃，时间为24小时。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括步骤：将所述多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物干燥后过筛除去所述功能单体与所述交联剂的自聚物。
9.一种将根据权利要求1所述的多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物应用于超临界CO2中分离青蒿素的方法，其特征在于，将所述多孔微球硅胶表面青蒿素分子印迹聚合物和待分离的青蒿素置于超临界CO2条件下，在温度313K，压力20MPa的条件下进行吸附和分离，从而纯化所述青蒿素。
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