CN102962040A - 一种手性分离用分子印迹膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有选择分离手性药物的分子印迹膜及其制备方法，该产品采用D-萘普生为模板分子，以聚偏氟乙烯中空纤维分离膜为基材，进行表面修饰过程中同时将D-萘普生印迹分子包裹在膜孔接枝凝胶层中，制备出D-萘普生印迹PVDF中空纤维膜。本发明所制备的分子印迹分离膜对萘普生手性药物分子具有良好吸附和分离功能，脱附率可达90％～95.78％，可实现对D-萘普生结合和释放的智能化调控，解决目前分子印迹膜存在的对空穴形状和大小难以控制以及对模板分子亲和力难以控制等问题。本发明印迹膜采用目前市场上成熟的聚偏氟乙烯中空纤维膜作基膜，功能单体为常规的温敏水凝胶单体原料NIPAAm，制备方法简单、不需要特殊设备、生产成本低、适于工业化应用。
Description
技术领域
本发明属于功能高分子材料领域，特别涉及一种具有选择性分离手性药物的分子印迹膜及其制备方法，该膜可应用于萘普生手性药物分离领域。
背景技术
萘普生是一种非甾体抗炎、解热、镇痛药物，主要用于治疗类风湿关节炎、风湿性脊椎炎及术后止疼等，是目前世界上用量较大的处方药物之一。萘普生存在一对光学活性对映异构体(D-萘普生和L-萘普生)，其中D-萘普生具有治疗效果，而L-萘普生会给病人带来极大的痛苦。但是，萘普生合成过程中，D-萘普生和L-萘普生常常混合在一起，D-萘普生在体内的抗炎活性是L-萘普生的30多倍，为了减少给药量和对人体产生的毒副作用，寻找一种能够快速、简便并准确的分离提纯D-萘普生手性分子的方法，在药业生产中具有重要的现实意义。
目前，实验室或工业领域中使用的手性拆分技术主要包括：结晶拆分法、化学拆分法、动力学拆分法、生物拆分法、色谱拆分法、膜分离、分子印迹技术和电泳技术等方法，其中分子印迹技术和膜分离技术备受关注。
分子印迹技术是将要分离的模板分子在聚合物单体溶液中通过交联剂进行聚合，然后通过物理或化学手段除去聚合物中的模板分子，得到“印迹”下模板分子空间结构的分子印迹聚合物，利用印迹聚合物可以对该模板分子进行吸附拆分。膜分离技术是一种节能环保技术，具有分离可连续性、分离效率高等特点。近年来，随着单一手性物质需求的日益增长，该方法在拆分对映体领域中具有非常广阔的发展前景。
膜分离技术的关键是膜分离材料，将分子印迹技术与膜分离技术相结合研究开发分子印迹分离膜的研究日益引起人们的关注。分子印迹分离膜融合了膜分离和分子印迹两种技术的优点，赋予了膜特异的分子识别性和选择透过性。但是，从目前国内外分子印迹膜的研究来看，尚有诸多问题有待解决，突出表现在：
(1)对空穴形状和大小的控制。模板分子洗脱后留下了与模板分子大小和形状相匹配的“记忆”空穴，空穴中包含了精确排列的与模板分子官能团相互补的由功能单体提供的功能基团。分子印迹膜空穴的识别范围仅限于模板分子及其类似物，对模板分子的特异性识别需印迹空穴具有一定的形状和大小，这就要求分子印迹膜具有一定的刚性以维持印迹空穴的形状和尺寸的稳定。因此，印迹聚合物一般都采用很高的交联度，但高交联度高分子材料往往使得模板分子在分子印迹膜中传质速率慢，模板分子的洗脱和再结合困难。
(2)对模板分子亲和力的控制。功能单体与模板分子间的亲和力，或者是以可逆的共价作用，或者是以非共价键(如氢键作用、静电作用、π-π作用、疏水作用和电荷转移等超分子作用)形成多点相互作用。印迹分子与功能单体间亲和力的强弱，直接影响到分子印迹膜的选择识别性。但对于确定的分子印迹膜和模板分子，这种亲和力的大小很难根据需要加以调控，使得亲和力对洗脱和再结合的影响无法进行有效的控制。
由于温敏智能凝胶具有环境温度感应和响应功能，且兼有柔韧性和渗透性，使得温敏分子印迹凝胶的研究日益引起关注。温敏分子印迹凝胶不仅可提高凝胶分子网络对特定分子的结合力，而且能够根据外界温度的变化控制其对特定分子的记忆功能，实现自动识别并结合或释放特定分子。同时，外界特定环境温度的变化能刺激凝胶发生溶胀或收缩，从而控制其中包埋物质的释放。本发明人在前期研究中开发了一种对萘普生手性药物分子具有良好吸附和分离功能的温敏分子印迹智能水凝胶【CN102127187B】。在此基础上，将温敏凝胶的环境响应特性与分子印迹膜技术相结合，将分离膜的表面修饰与分子印迹技术相结合，则有望解决分子印迹分离膜存在的上述诸多问题。
发明内容
针对分子印迹分离膜存在的上述问题，以及分子印迹分离膜的潜在应用和萘普生手性分子的分离难题，本发明解决的技术问题是：提供一种对萘普生手性药物分子具有良好吸附和分离功能的手性分离用分子印迹膜及其制备方法。
本发明采用D-萘普生为模板分子，以聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维分离膜为基材，进行表面修饰过程中同时将D-萘普生印迹分子包裹在膜孔接枝凝胶层中，制备出D-萘普生印迹手性分离PVDF中空纤维膜。本发明制备的手性分离用D-萘普生分子印迹膜，利用膜凝胶层的智能响应性可实现对D-萘普生印迹分子吸附和分离的智能化调控。
本发明所述手性分离用分子印迹膜中含有D-萘普生模板分子印迹。
本发明所述的一种手性分离用分子印迹膜的制备方法工艺简单、生产成本低、不需要特殊设备、工业化实施容易。
本发明所述的一种手性分离用分子印迹膜的制备方法包括如下步骤：
(1)PVDF中空纤维膜的碱处理：配制2.5mol/L的KOH碱溶液，在其中加入2～4g/L的四丁基溴化铵，将PVDF中空纤维膜放入配好的碱液中于40～75℃下处理2～8min，碱处理后，将膜浸泡在无水乙醇中待用；
(2)预聚合溶液的配制：
1)将D-萘普生加入无水乙醇中充分搅拌使之至完全溶解，配置成D-萘普生浓度为0.1～0.2mol/L的溶液；
所述D-萘普生与PVDF的质量比为(0.05～0.25)∶1；
2)向步骤1)中溶液加入功能单体，充分搅拌4～9h，配置成功能单体浓度为1mol/L的溶液；
所述功能单体为N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)；
3)向步骤2)中溶液缓慢加入交联剂，边搅拌边通氮气10～20min，配置成交联剂浓度为0.02～0.08mol/L的溶液；
所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)；
4)向步骤3)中溶液缓慢加入引发剂，边搅拌边通氮气15～25min，配置成引发剂浓度为0.02～0.04mol/L的溶液，即得预聚合溶液；
所述引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)；
(3)分子印迹膜的制备：将步骤(1)中经碱处理的PVDF中空纤维膜浸入步骤(2)制备的预聚合溶液中20～40min，然后将膜取出放在真空干燥箱中于45～70℃下反应12～30h，制得D-萘普生分子印迹膜；
(4)分子印迹膜的洗脱：将步骤(3)中制得D-萘普生分子印迹膜用蒸馏水浸泡2～3天后于20～30℃下用无水乙醇浸泡2～5天，洗脱掉D-萘普生模板分子，即得D-萘普生印迹PVDF中空纤维分离膜。
有益效果
本发明制备的温敏D-萘普生印迹中空纤维膜，D-萘普生在分子结构上具有甲氧基和羧基，而PNIPAAm分子中具有酰胺基官能团，两者之间可产生氢键作用，可以实现分子的自组装过程，形成D-萘普生与NIPAAm功能单体的复合物。在D-萘普生分子印迹PVDF中空纤维膜制备温度下(T1)，接枝在膜上的PNIPAAm分子构象处于收缩状态，酰胺基团与D-萘普生分子结构上的甲氧基和羧基间氢键作用强，膜与D-萘普生分子间亲和力大，D-萘普生分子被牢牢吸附在接枝凝胶层中，形成印迹。洗脱时，将温度降低到洗脱温度(T2)，由于PNIPAAm分子链伸展而使凝胶溶胀，空穴的尺寸增大，酰胺基团与D-萘普生上的甲氧基和羧基间氢键作用减弱，膜与D-萘普生分子间亲和力降低，D-萘普生分子顺利洗脱，形成印迹空穴。
分离过程中，在T1温度下，膜接枝凝胶层收缩，当D，L-萘普生通过膜表面及膜孔时，由于空穴收缩，膜与D-萘普生间亲和力增大，D-萘普生被吸附到印迹膜上的印迹空穴中，L-萘普生则优先透过。将吸附了D-萘普生的中空纤维膜降温至T2，接枝温敏凝胶层溶胀，印迹空穴尺寸增大，亲和力降低，吸附在膜凝胶层的D-萘普生释放。因此，通过控制特定环境温度，可实现对D-萘普生结合和释放的智能化调控。
此处T1温度为45℃～70℃，T2为20℃～30℃。
本发明解决所述对萘普生手性药物分子具有良好吸附和分离功能的D-萘普生分子印迹分离膜具有温度敏感性，通过控制环境温度，可实现对D-萘普生结合和释放的智能化调控，可解决目前分子印迹膜存在的对空穴形状和大小难以控制以及对模板分子亲和力难以控制等问题，该膜对D-Npx脱附效果较好，脱附率可达90％～95.78％。
本发明所制备的印迹膜采用目前市场上成熟的PVDF中空纤维膜作基膜，功能单体为常规的温敏水凝胶单体原料NIPAAm，膜制备方法简单、不需要特殊设备、生产成本低、适于工业化应用。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明中一种对萘普生手性药物分子具有良好吸附和分离功能的手性分离用分子印迹膜及其制备方法。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
实施例1：
(1)配制2.5mol/L的KOH碱溶液，在其中加入2g/L的四丁基溴化铵，将PVDF中空纤维膜放入配好的碱液中于40℃下处理5min，碱处理后，将膜浸泡在无水乙醇中待用；
(2)预聚合溶液的配制：
1)将D-萘普生加入无水乙醇中充分搅拌使之至完全溶解，配置成D-萘普生浓度为0.1mol/L的溶液，所述D-萘普生与PVDF的质量比为0.05∶1；
2)向步骤1)中溶液加入功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)，充分搅拌4h，配置成N-异丙基丙烯酰胺浓度为1mol/L的溶液；
3)向步骤2)中溶液缓慢加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，边搅拌边通氮气10min，配置成二甲基丙烯酸乙二醇酯浓度为0.02mol/L的溶液；
4)向步骤3)中溶液缓慢加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，边搅拌边通氮气15min，配置成偶氮二异丁腈浓度为0.02mol/L的溶液，即得预聚合溶液；
(3)将步骤(1)中经碱处理的PVDF中空纤维膜浸入步骤(2)制备的预聚合溶液中20min，然后将膜取出放在真空干燥箱中于45℃下反应30h，制得D-萘普生分子印迹膜；
(4)将步骤(3)中制得的D-萘普生分子印迹膜用蒸馏水浸泡2天后于20℃下用无水乙醇浸泡5天，洗脱掉D-萘普生模板分子，即得D-萘普生印迹PVDF中空纤维分离膜。
实施例2：
(1)配制2.5mol/L的KOH碱溶液，在其中加入2g/L的四丁基溴化铵，将PVDF中空纤维膜放入配好的碱液中于75℃下处理8min，碱处理后，将膜浸泡在无水乙醇中待用；
(2)预聚合溶液的配制：
1)将D-萘普生加入无水乙醇中充分搅拌使之至完全溶解，配置成D-萘普生浓度为0.2mol/L的溶液，所述D-萘普生与PVDF的质量比为0.25∶1；
2)向步骤1)中溶液加入功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)，充分搅拌9h，配置成N-异丙基丙烯酰胺浓度为1mol/L的溶液；
3)向步骤2)中溶液缓慢加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，边搅拌边通氮气10min，配置成二甲基丙烯酸乙二醇酯浓度为0.08mol/L的溶液；
4)向步骤3)中溶液缓慢加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，边搅拌边通氮气15min，配置成偶氮二异丁腈浓度为0.04mol/L的溶液，即得预聚合溶液；
(3)将步骤(1)中经碱处理的PVDF中空纤维膜浸入步骤(2)制备的预聚合溶液中40min，然后将膜取出放在真空干燥箱中于70℃下反应12h，制得D-萘普生分子印迹膜；
(4)将步骤(3)中制得的D-萘普生分子印迹膜用蒸馏水浸泡2天后于30℃下用无水乙醇浸泡2天，洗脱掉D-萘普生模板分子，即得D-萘普生印迹PVDF中空纤维分离膜。
实施例3：
(1)配制2.5mol/L的KOH碱溶液，在其中加入4g/L的四丁基溴化铵，将PVDF中空纤维膜放入配好的碱液中于50℃下处理5min，碱处理后，将膜浸泡在无水乙醇中待用；
(2)预聚合溶液的配制：
1)将D-萘普生加入无水乙醇中充分搅拌使之至完全溶解，配置成D-萘普生浓度为0.15mol/L的溶液，所述D-萘普生与PVDF的质量比为0.15∶1；
2)向步骤1)中溶液加入功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)，充分搅拌6h，配置成N-异丙基丙烯酰胺浓度为1mol/L的溶液；
3)向步骤2)中溶液缓慢加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，边搅拌边通氮气10min，配置成二甲基丙烯酸乙二醇酯浓度为0.05mol/L的溶液；
4)向步骤3)中溶液缓慢加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，边搅拌边通氮气15min，配置成偶氮二异丁腈浓度为0.03mol/L的溶液，即得预聚合溶液；
(3)将步骤(1)中经碱处理的PVDF中空纤维膜浸入步骤(2)制备的预聚合溶液中40min，然后将膜取出放在真空干燥箱中于50℃下反应20h，制得D-萘普生分子印迹膜；
(4)将步骤(3)中制得的D-萘普生分子印迹膜用蒸馏水浸泡3天后于25℃下用无水乙醇浸泡5天，洗脱掉D-萘普生模板分子，即得D-萘普生印迹PVDF中空纤维分离膜。
实施例4：
(1)配制2.5mol/L的KOH碱溶液，在其中加入4g/L的四丁基溴化铵，将PVDF中空纤维膜放入配好的碱液中于75℃下处理2min，碱处理后，将膜浸泡在无水乙醇中待用；
(2)预聚合溶液的配制：
1)将D-萘普生加入无水乙醇中充分搅拌使之至完全溶解，配置成D-萘普生浓度为0.15mol/L的溶液，所述D-萘普生与PVDF的质量比为0.10∶1；
2)向步骤1)中溶液加入功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)，充分搅拌5h，配置成N-异丙基丙烯酰胺浓度为1mol/L的溶液；
3)向步骤2)中溶液缓慢加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，边搅拌边通氮气10min，配置成二甲基丙烯酸乙二醇酯浓度为0.03mol/L的溶液；
4)向步骤3)中溶液缓慢加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，边搅拌边通氮气15min，配置成偶氮二异丁腈浓度为0.02mol/L的溶液，即得预聚合溶液；
(3)将步骤(1)中经碱处理的PVDF中空纤维膜浸入步骤(2)制备的预聚合溶液中30min，然后将膜取出放在真空干燥箱中于50℃下反应30h，制得D-萘普生分子印迹膜；
(4)将步骤(3)中制得的D-萘普生分子印迹膜用蒸馏水浸泡2天后于25℃下用无水乙醇浸泡4天，洗脱掉D-萘普生模板分子，即得D-萘普生印迹PVDF中空纤维分离膜。
实施例5：
(1)配制2.5mol/L的KOH碱溶液，在其中加入3g/L的四丁基溴化铵，将PVDF中空纤维膜放入配好的碱液中于40℃下处理6min，碱处理后，将膜浸泡在无水乙醇中待用；
(2)预聚合溶液的配制：
1)将D-萘普生加入无水乙醇中充分搅拌使之至完全溶解，配置成D-萘普生浓度为0.1mol/L的溶液，所述D-萘普生与PVDF的质量比为0.10∶1；
2)向步骤1)中溶液加入功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)，充分搅拌6h，配置成N-异丙基丙烯酰胺浓度为1mol/L的溶液；
3)向步骤2)中溶液缓慢加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，边搅拌边通氮气10min，配置成二甲基丙烯酸乙二醇酯浓度为0.04mol/L的溶液；
4)向步骤3)中溶液缓慢加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，边搅拌边通氮气15min，配置成偶氮二异丁腈浓度为0.02mol/L的溶液，即得预聚合溶液；
(3)将步骤(1)中经碱处理的PVDF中空纤维膜浸入步骤(2)制备的预聚合溶液中25min，然后将膜取出放在真空干燥箱中于60℃下反应24h，制得D-萘普生分子印迹膜；
(4)将步骤(3)中制得的D-萘普生分子印迹膜用蒸馏水浸泡3天后于25℃下用无水乙醇浸泡3天，洗脱掉D-萘普生模板分子，即得D-萘普生印迹PVDF中空纤维分离膜。
实施例6：
(1)配制2.5mol/L的KOH碱溶液，在其中加入2.5g/L的四丁基溴化铵，将PVDF中空纤维膜放入配好的碱液中于55℃下处理4min，碱处理后，将膜浸泡在无水乙醇中待用；
(2)预聚合溶液的配制：
1)将D-萘普生加入无水乙醇中充分搅拌使之至完全溶解，配置成D-萘普生浓度为0.2mol/L的溶液，所述D-萘普生与PVDF的质量比为0.20∶1；
2)向步骤1)中溶液加入功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)，充分搅拌6h，配置成N-异丙基丙烯酰胺浓度为1mol/L的溶液；
3)向步骤2)中溶液缓慢加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，边搅拌边通氮气18min，配置成二甲基丙烯酸乙二醇酯浓度为0.08mol/L的溶液；
4)向步骤3)中溶液缓慢加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，边搅拌边通氮气20min，配置成偶氮二异丁腈浓度为0.04mol/L的溶液，即得预聚合溶液；
(3)将步骤(1)中经碱处理的PVDF中空纤维膜浸入步骤(2)制备的预聚合溶液中35min，然后将膜取出放在真空干燥箱中于65℃下反应18h，制得D-萘普生分子印迹膜；
(4)将步骤(3)中制得的D-萘普生分子印迹膜用蒸馏水浸泡3天后于28℃下用无水乙醇浸泡4天，洗脱掉D-萘普生模板分子，即得D-萘普生印迹PVDF中空纤维分离膜。
Claims (8)
1.一种手性分离用分子印迹膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)PVDF中空纤维膜的碱处理：配制2.5mol/L的KOH碱溶液，在其中加入2～4g/L的四丁基溴化铵，将PVDF中空纤维膜放入配好的碱液中于40～75℃下处理2～8min，碱处理后，将膜浸泡在无水乙醇中待用；
(2)预聚合溶液的配制：将D-萘普生于无水乙醇中至完全溶解，加入功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)，搅拌4～9h，加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，边搅拌边充氮气约10～20min，再加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，继续通氮气约15～25min；
(3)分子印迹膜的制备：将步骤(1)中经碱处理的PVDF中空纤维膜浸入步骤(2)制备的预聚合溶液中20～40min，然后将膜取出放在真空干燥箱中于45～70℃下反应12～30h，制得D-萘普生分子印迹膜；
(4)分子印迹膜的洗脱：将步骤(3)中制得D-萘普生分子印迹膜用蒸馏水浸泡2～3天后于20～30℃下用无水乙醇浸泡2～5天，洗脱掉D-萘普生模板分子，即得D-萘普生印迹PVDF中空纤维分离膜。
2.根据权利要求1一种手性分离用分子印迹膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中D-萘普生与PVDF的质量比为(0.05～0.25)∶1。
3.根据权利要求1一种手性分离用分子印迹膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中D-萘普生加入无水乙醇中充分搅拌，使D-萘普生浓度为0.1～0.2mol/L。
4.根据权利要求1一种手性分离用分子印迹膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中加入功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)，使N-异丙基丙烯酰胺浓度为1mol/L。
5.根据权利要求1一种手性分离用分子印迹膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，使二甲基丙烯酸乙二醇酯浓度为0.02～0.08mol/L。
6.根据权利要求1一种手性分离用分子印迹膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，使偶氮二异丁腈浓度为0.02～0.04mol/L。
7.根据权利要求1一种手性分离用分子印迹膜的制备方法包括如下步骤：
(1)配制2.5mol/L的KOH碱溶液，在其中加入2g/L的四丁基溴化铵，将PVDF中空纤维膜放入配好的碱液中于40℃下处理5min，碱处理后，将膜浸泡在无水乙醇中待用；
(2)预聚合溶液的配制：
1)将D-萘普生加入无水乙醇中充分搅拌使之至完全溶解，配置成D-萘普生浓度为0.1mol/L的溶液，所述D-萘普生与PVDF的质量比为0.05∶1；
2)向步骤1)中溶液加入功能单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)，充分搅拌4h，配置成N-异丙基丙烯酰胺浓度为1mol/L的溶液；
3)向步骤2)中溶液缓慢加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)，边搅拌边通氮气10min，配置成二甲基丙烯酸乙二醇酯浓度为0.02mol/L的溶液；
4)向步骤3)中溶液缓慢加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，边搅拌边通氮气15min，配置成偶氮二异丁腈浓度为0.02mol/L的溶液，即得预聚合溶液；
(3)将步骤(1)中经碱处理的PVDF中空纤维膜浸入步骤(2)制备的预聚合溶液中20min，然后将膜取出放在真空干燥箱中于45℃下反应30h，制得D-萘普生分子印迹膜；
(4)将步骤(3)中制得的D-萘普生分子印迹膜用蒸馏水浸泡2天后于20℃下用无水乙醇浸泡5天，洗脱掉D-萘普生模板分子，即得D-萘普生印迹PVDF中空纤维分离膜。
8.根据权利要求1-7任意一项一种手性分离用分子印迹膜制备方法制得的手性分离用分子印迹膜，其特征在于：所述手性分离用分子印迹膜中含有D-萘普生模板分子印迹。
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