CN102993389B

CN102993389B - 一种光智能化硅胶表面分子印迹微球及其制备方法

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Publication number: CN102993389B
Application number: CN201210505221.5A
Authority: CN
Inventors: 钟世安; 李翠娥; 李晓静
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN102993389A

Abstract

一种光智能化硅胶表面分子印迹微球及其制备方法，是在微球硅胶表面接枝聚合有一层偶氮苯衍生物分子印迹膜；以偶氮苯衍生物为功能单体接枝微球硅胶表面，加入带羟基或羧基的模板分子、溶剂，经引发剂、交联剂聚合后，通过索氏萃取除去模板分子，干燥得到；通过本发明方法接枝聚合得到的微球结合了有机-无机材料的优点，机械强度和化学稳定性好，模板分子洗脱完全，处理容量大，且颗粒大小均匀，可作为一种有效的固相萃取材料，具有很好的应用前景。

Description

一种光智能化硅胶表面分子印迹微球及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种化学工程技术领域，具体涉及一种硅胶表面分子印迹微球及其制备方法。

背景技术

天然产物活性成分是指从植物、动物、微生物和各种自然生物群落、森林、草原、水生生物等再生资源中提取的具有独特功能和生物活性的化合物，其中许多有效成分是疾病防治、强身健体的物质基础。天然产物一直是人类预防和治疗疾病的重要物质来源，不仅世界各种传统医药学中使用的药物均属于天然来源的物质，而且现代医学中被广泛应用的化学药物，其一半左右也来源于天然产物及其衍生物或类似物。但是天然产物体系复杂，且有效成分含量低，难于富集和纯化，而新药物的研究一般需要的大量高纯度化合物。因此，研究新型的固相萃取填料，能够特异地识别天然产物中的有效成分，从而高效地选择性富集、纯化检测物，有很好的现实需要。

固相萃取是常用的前处理方法，主要用于样品的分离、纯化和浓缩，操作简单，处理速度快。但是，目前常用的固相萃取填料与吸附目标物的作用缺乏选择性，易受复杂基质中类似物的干扰，而且对不同基质的分离与分析物需要选择不同的柱填料，从而限制了固相萃取的进一步发展。以分子印迹聚合物作为固相萃取填料能很好地解决这一问题。

分子印迹技术是制备高选择性分离介质的有效技术手段。分子印迹技术制备过程包括模板分子与功能单体可逆复合、在交联剂及引发剂作用下合成聚合物及模板分子去除等步骤。在模板分子与功能单体可逆复合方面，根据两者间作用力不同，将分子印迹技术分为共价印迹和非共价印迹。前者复合物稳定、选择性高，但过程复杂、结合缓慢、模板分子难去除。后者以氢键印迹为主，也可以通过配位、静电及范德华力等作用进行印迹，其过程简单、模板易去除和更接近天然分子识别。分子印迹聚合物具有特异的选择性和亲和力，能够在复杂体系中识别专门的化合物，可以为天然产物中活性成分的分析提供方便；同时利用分子印迹特异选择性，能够将待分析活性成分从低浓度的复杂天然体系中吸附到聚合物中，具有较强的富集能力。

近年来分子印迹聚合物在天然产物活性成分的研究报道较多，但传统的本体聚合方法制备的分子印迹聚合物颗粒对模板分子包埋过深或者过紧而无法洗脱下来，导致模板分子的残留而影响分析以及分子印迹聚合物材料对目标分子的处理容量变小。而且制备的材料经过机械的收集过程，存在形状不规则，分散性差等缺点，研磨过程中还会导致分子印迹聚合物的分子识别与选择性下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可有效提高吸附容量，减少模板分子残留的，硅胶表面分子印迹微球。

本发明更进一步的目的在于提供上述硅胶表面分子印迹微球且具有光可控性性能。

本发明还一目的在于提供上述硅胶表面分子印迹微球简单实用的制备方法。

本发明的硅胶表面分子印迹微球是在微球硅胶表面接枝聚合有一层偶氮苯衍生物分子印迹膜；具有式Ⅰ所示的结构通式：

式Ⅰ

其中R₁、R₂各自独立的选自C₁-C₄的烷基，R₃、R₄各自独立的选甲基、卤素或H；分子印迹膜中被印迹除去的为带羟基或羧基基团的模板分子。

所述的模板分子带有羟基或者羧基的分子，通过氢键作用与所述偶氮苯衍生物形成复合物。如可以为杜仲叶中的绿原酸、女贞叶中的齐墩果酸或藤茶中的二氢杨梅素等。

所述的微球硅胶粒径大小为400～600nm.。

通过将偶氮苯衍生物嫁接到纳米级硅胶微球表面，选用带羟基或羧基类的分子为模板，接枝聚合得到的硅胶表面分子印迹微球，可以从天然产物复杂体系中选择性地吸附模板分子。

本发明是通过以下技术方案实现的，在粒径大小为500nm的硅球表面通过接枝聚合形成一层偶氮苯分子印迹膜，吸附位点在硅球表面，易于模板分子吸附和洗脱，使得模板分子残留减少，吸附容量增大。且吸附位点与偶氮苯骨架相连，在可见光照射下，偶氮苯骨架以反式构型存在，模板分子能与偶氮苯衍生物以氢键作用形成复合物，易于模板分子吸附；在紫外光照射下，偶氮苯骨架以顺式构型存在，模板分子与偶氮苯衍生物之间氢键断裂，模板分子易于洗脱。因此，吸附位点具有一定的光可控性，使得模板分子吸附和洗脱效率更高。

本发明克服了传统分子印迹聚合物材料吸附容量小，模板分子洗脱不完全等缺点，吸附位点位于硅球表面，易于模板分子吸附和洗脱，使得吸附容量增大，模板分子残留减少；且吸附位点与偶氮苯骨架相连，有一定的光可控性，使得模板分子吸附及洗脱效率提高。合成的偶氮苯骨架衍生物是通过氢键与模板分子形成复合物，因此该制备方法对一类具有羟基或羧基的模板分子均可适用，应用范围广。

本发明的制备方法是：以式Ⅱ所示的结构的偶氮苯衍生物为功能单体接枝微球硅胶表面，加入带羟基或羧基的模板分子、溶剂，经引发剂、交联剂聚合后，通过索氏萃取除去模板分子，干燥得到；

式Ⅱ，R₁、R₂各自独立的选自C₁-C₄烷基，R₃、R₄各自独立的选自甲基、卤素或H。

偶氮苯衍生物功能单体的合成是将4-氨基苯乙酮、苯酚经重氮化反应合成4-羟基-4’-乙酰基偶氮苯；对羟基苯甲醛与3-碘丙基三甲氧基硅烷反应合成4-(3-(三甲氧基硅烷)丙氧基)苯甲醛；4-羟基-4’-乙酰基偶氮苯和4-(3-(三甲氧基硅烷)丙氧基)苯甲醛经羟醛缩合反应合成含碳碳双键的偶氮苯衍生物功能单体。

微球硅胶是经以下方式活化得到，正硅酸乙酯在含氨水的乙醇溶液中匀速搅拌，合成得到硅球；硅球在硝酸水溶液中搅拌，过滤洗涤，真空干燥至恒重。

所述的引发剂偶氮二异丁腈，交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯。

通过本发明接枝聚合得到的微球结合了有机-无机材料的优点，机械强度和化学稳定性好，模板分子洗脱完全，处理容量大，且颗粒大小均匀，可作为一种有效的固相萃取材料，具有很好的应用前景。

附图说明

附图1为本发明实施例1制备偶氮苯衍生物的核磁共振图谱。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

偶氮苯衍生物功能单体的合成

4-氨基苯乙酮、苯酚经重氮化反应合成4-羟基-4’-乙酰基偶氮苯为原料，具体合成步骤如下：①将2.7g对氨基苯乙酮放入100mL双颈瓶中，加入20mL的蒸馏水，随后逐滴加入5.4mL的浓盐酸，在冰浴中(0-5℃)搅拌10分钟；将1.38g亚硝酸钠用30mL的蒸馏水溶解，逐滴地加入到双颈瓶内，冰浴中搅拌生成重氮盐。②将1.88g苯酚用11mL甲醇溶解，用恒压分液漏斗逐滴地加入到双颈瓶内，搅拌2小时。③用5%氢氧化钠溶液将反应液中和至中性，观察到有黄色固体生成。抽滤，用乙醇重结晶得到产物。

步骤二，对羟基苯甲醛与3-碘丙基三甲氧基硅烷反应合成4-(3-(三甲氧基硅烷)丙氧基)苯甲醛，具体合成步骤如下：①称取0.065g对羟基苯甲醛，0.150g 3-碘代正丙基三甲氧基硅烷和0.148g碳酸钾溶解在15mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，将混合物在80℃的条件下搅拌反应16小时。②反应液自然冷却，用大量饱和碳酸钾溶液洗涤3次，乙醇洗涤两次，过滤，50℃真空干燥。

步骤三，4-羟基-4’-乙酰基偶氮苯和4-(3-(三甲氧基硅烷)丙氧基)苯甲醛经羟醛缩合反应合成偶氮苯衍生物，具体步骤如下：①将0.24g 4-羟基-4’-乙酰基偶氮苯用15mL的二甲基亚砜（DMSO）将其溶解，用氢氧化钾将溶液的pH值调至强碱性（至pH值为13或14），搅拌2小时。②称取0.256g的4-(3-(三甲氧基硅烷)丙氧基)苯甲醛用15mL的二甲基亚砜（DMSO）将其溶解，用恒压滴液漏斗逐滴地加入烧杯中，搅拌8小时。③将溶液用稀盐酸中和至中性，有黄色固体析出，抽滤，用二次蒸馏水洗涤3次，用乙醇洗涤2次，产物在真空40℃干燥24小时。

实施例2

硅胶表面分子印迹微球的制备。

(1)正硅酸乙酯在含氨水的乙醇溶液中匀速搅拌24h，合成粒径大小为500nm的硅球；硅球在硝酸水溶液中搅拌12h，过滤洗涤，真空干燥至恒重。

所述的氨水溶液浓度是16.7%，硝酸水溶液浓度是50%。

所述的匀速搅拌，搅拌速度：500-600rpm；搅拌温度：25℃。

所述的洗涤，二次蒸馏水洗涤三次。

所述的真空干燥，其温度为：110℃。

(2)偶氮苯衍生物接枝到活化硅球表面，加入模板分子，该模板分子为杜仲叶中的绿原酸，女贞叶中的齐墩果酸或藤茶中的二氢杨梅素，乙腈溶剂，常温匀速搅拌2h;加入引发剂偶氮二异丁腈，交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯，60℃搅拌回流12h。

所述的匀速搅拌，搅拌速度：500-600rpm；搅拌温度：25℃。

(3)搅拌和过滤、清洗，最后通过索氏萃取除去模板分子。

所述的搅拌，是指：在DMSO中常温搅拌30min。

所述的清洗，是指：依次用DMSO洗涤两次，甲醇洗涤三次，丙酮洗涤两次。洗涤时超声振荡，每次洗涤10min。

(4)将除去模板分子的聚合物材料，真空干燥至恒重，得到分子印迹聚合物-硅胶微球。

所述的真空干燥，其温度为：60℃。制备的分子印迹聚合物-硅胶微球，平均粒径为700nm，在硅球表面有一层分子印迹膜。

实施例3

一．绿原酸的硅胶表面分子印迹微球制备：

(1)绿原酸、AIBN和EDMA的摩尔比为0.2:0.2:2.5。黑暗条件下，将0.16g接枝硅球，0.2mmol绿原酸在15ml乙腈中25℃搅拌2h，0.2mmol AIBN，2.5mmol EDMA加入到反应体系中，升温至60℃，反应12h。(2)反应结束后，60℃DMSO中搅拌30min，依次用25ml甲醇洗涤3次，25ml丙酮洗涤2次（除去剩余的分散剂、有机物等），每次10min，洗涤时超声振荡，最后通过甲醇：乙酸（90:10）索氏萃取进一步除去模板分子；(3)将去除模板分子的聚合物硅胶，真空50℃干燥至恒重，得到绿原酸的硅胶表面分子印迹微球。

本实施例的效果为，制备的光智能化硅胶表面分子印迹微球可以特异地识别绿原酸，以此微球为吸附剂对绿原酸进行吸附性能进行研究，吸附容量为34.2mg/g。

二．绿原酸的硅胶表面分子印迹微球的光可控性研究：

(1)将10.0mg微球加入到2mL含绿原酸(1.0mM)的乙醇溶液中，一式三份；在黑暗中放置3小时后，取出一份将其离心，用高效液相色谱测定上清液中绿原酸的浓度。(2)剩余两份样本用365nm紫外灯照射2h后，取出其中一份离心，测定上清液中绿原酸的浓度。(3)剩余一份样本用440nm可见光照射2h后，取出离心，测定上清液中绿原酸的浓度。

本实施例的效果为，制备的硅胶微球对绿原酸有一定的光吸附和释放作用。在440nm可见光照射时，微球中的偶氮苯骨架呈反式构型，微球吸附的绿原酸量占总量的55.2%；365nm波长光照射时，偶氮苯骨架呈顺式构型，微球吸附的绿原酸两只占总量的44.1%。

实施例4

一．绿原酸的分子印迹聚合物-硅胶微球制备：

(1)绿原酸、AIBN和EDMA的摩尔比为0.2:0.1:2.5。黑暗条件下，将0.08g接枝硅球，0.2mmol绿原酸在15ml乙腈中25℃搅拌2h，0.1mmol AIBN，2.5mmol EDMA加入到反应体系中，升温至60℃，反应12h。(2)反应结束后，60℃DMSO中搅拌30min，依次用25ml甲醇洗涤3次，25ml丙酮洗涤2次（除去剩余的分散剂、有机物等），每次10min，洗涤时超声振荡，最后通过甲醇：乙酸（90:10）索氏萃取进一步除去模板分子；(3)将去除模板分子的聚合物硅胶，真空50℃干燥至恒重，得到绿原酸的分子印迹聚合物-硅胶微球。

本实施例的效果为，制备的光智能化分子印迹聚合物-硅胶微球可以特异地识别绿原酸，以此微球为吸附剂对绿原酸进行吸附性能进行研究，吸附容量为34.8mg/g。

二．绿原酸的硅胶表面分子印迹微球的光可控性研究：

本实施例的效果为，制备的硅胶微球对绿原酸有一定的光吸附和释放作用。在440nm可见光照射时，微球中的偶氮苯骨架呈反式构型，微球吸附的绿原酸量占总量的57.6%；365nm波长光照射时，偶氮苯骨架呈顺式构型，微球吸附的绿原酸两只占总量的45.1%。

实施例5

一．绿原酸的分子印迹聚合物-硅胶微球制备：

(1)绿原酸、AIBN和EDMA的摩尔比为0.8:0.2:2.5。黑暗条件下，将0.21g接枝硅球，0.8mmol绿原酸在10ml乙腈中25℃搅拌2h，0.2mmol AIBN，2.5mmol EDMA加入到反应体系中，升温至60℃，反应12h。(2)反应结束后，60℃DMSO中搅拌30min，依次用25ml甲醇洗涤3次，25ml丙酮洗涤2次（除去剩余的分散剂、有机物等），每次10min，洗涤时超声振荡，最后通过甲醇：乙酸（90:10）索氏萃取进一步除去模板分子；(3)将去除模板分子的聚合物硅胶，真空50℃干燥至恒重，得到绿原酸的分子印迹聚合物-硅胶微球。

本实施例的效果为，制备的光智能化分子印迹聚合物-硅胶微球可以特异地识别绿原酸，以此微球为吸附剂对绿原酸进行吸附性能进行研究，吸附容量为34.4mg/g。

二．绿原酸的硅胶表面分子印迹微球的光可控性研究：

本实施例的效果为，制备的硅胶微球对绿原酸有一定的光吸附和释放作用。440nm可见光照射时，微球中的偶氮苯骨架呈反式构型，微球吸附的绿原酸量占总量的54.7%；365nm波长光照射时，偶氮苯骨架呈顺式构型，微球吸附的绿原酸两只占总量的44.9%。

实施例6

一．齐墩果酸的分子印迹聚合物-硅胶微球制备：

（1）齐墩果酸、AIBN和EDMA的摩尔比为0.3:0.1:2.5。黑暗条件下，将0.08g接枝硅球，0.3mmol齐墩果酸在15mL乙腈中25℃搅拌2h，0.1mmol AIBN，2.5mmol EDMA加入到反应体系中，升温至60℃，反应12h。(2)反应结束后，60℃DMSO中搅拌30min，依次用25mL甲醇洗涤3次，25mL丙酮洗涤2次（除去剩余的分散剂、有机物等），每次10min，洗涤时超声振荡，最后通过甲醇：乙酸（90:10）索氏萃取进一步除去模板分子；(3)将去除模板分子的聚合物硅胶，真空50℃干燥至恒重，得到齐墩果酸的分子印迹聚合物硅胶微球。

本实施例的效果为，制备的光智能化分子印迹聚合物-硅胶微球可以特异地识别齐墩果酸，以此微球为吸附剂对齐墩果酸进行吸附性能进行研究，吸附容量为35.0mg/g。

二．齐墩果酸的硅胶表面分子印迹微球的光可控性研究：

(1)将10.0mg微球加入到3mL含齐墩果酸(1.0mM)的乙醇溶液中，一式三份；在黑暗中放置3小时后，取出一份将其离心，用高效液相色谱测定上清液中齐墩果酸的浓度。(2)剩余两份样本用365nm紫外灯照射2h后，取出其中一份离心，测定上清液中齐墩果酸的浓度。(3)剩余一份样本用440nm可见光照射2h后，取出离心，测定上清液中齐墩果酸的浓度。

本实施例的效果为，制备的硅胶微球对齐墩果酸有一定的光吸附和释放作用。440nm可见光照射时，微球中的偶氮苯骨架呈反式构型，微球吸附的齐墩果酸量占总量的53.9%；365nm波长光照射时，偶氮苯骨架呈顺式构型，微球吸附的齐墩果酸量只占总量的43.7%。

实施例7

一．二氢杨梅素的分子印迹聚合物-硅胶微球制备：

（1）二氢杨梅素、AIBN和EDMA的摩尔比为0.2:0.1:2.5。黑暗条件下，将0.08g接枝硅球，0.2mmol齐墩果酸在15mL乙腈中25℃搅拌2h，0.1mmol AIBN，2.5mmol EDMA加入到反应体系中，升温至60℃，反应12h。(2)反应结束后，60℃DMSO中搅拌30min，依次用25ml甲醇洗涤3次，25mL丙酮洗涤2次（除去剩余的分散剂、有机物等），每次10min，洗涤时超声振荡，最后通过甲醇：乙酸（90:10）索氏萃取进一步除去模板分子；(3)将去除模板分子的聚合物硅胶，真空50℃干燥至恒重，得到二氢杨梅素的分子印迹聚合物-硅胶微球。

本实施例的效果为，制备的光智能化分子印迹聚合物-硅胶微球可以特异地识别二氢杨梅素，以此微球为吸附剂对齐墩果酸进行吸附性能进行研究，吸附容量为34.5mg/g。

二．二氢杨梅素的硅胶表面分子印迹微球的光可控性研究：

(1)将10.0mg微球加入到2mL含绿原酸(1.0mM)的乙醇溶液中，一式三份；在黑暗中放置3小时后，取出一份将其离心，用高效液相色谱测定上清液中二氢杨梅素的浓度。(2)剩余两份样本用365nm紫外灯照射2h后，取出其中一份离心，测定上清液中二氢杨梅素的浓度。(3)剩余一份样本用440nm可见光照射2h后，取出离心，测定上清液中二氢杨梅素的浓度。

本实施例的效果为，制备的硅胶微球对二氢杨梅素有一定的光吸附和释放作用。440nm可见光照射时，微球中的偶氮苯骨架呈反式构型，微球吸附的绿原酸量占总量的53.2%；365nm波长光照射时，偶氮苯骨架呈顺式构型，微球吸附的绿原酸两只占总量的43.0%。

Claims

1.一种硅胶表面分子印迹微球，其特征在于，在微球硅胶表面接枝聚合有一层偶氮苯衍生物分子印迹膜；具有式Ⅰ所示的结构通式；

Figure 2012105052215100001DEST_PATH_IMAGE001

式Ⅰ其中R₁、R₂ 各自独立的选自C₁-C₄烷基，R₃、R₄各自独立的选自甲基、卤素或H；

分子印迹膜中被印迹除去的为带羟基或羧基基团的模板分子。

2.根据权利要求1所述的一种硅胶表面分子印迹微球，其特征在于，所述的微球硅胶粒径大小为400 ～600nm。

3.据权利要求1所述的一种硅胶表面分子印迹微球，其特征在于，所述R₁和R₂为甲基，R₃和R₄ 为H。

4.一种硅胶表面分子印迹微球的制备方法，其特征在于，以式Ⅱ所示的结构的偶氮苯衍生物为功能单体接枝微球硅胶表面，加入带羟基或羧基的模板分子、溶剂，经引发剂、交联剂聚合后，通过索氏萃取除去模板分子，干燥得到；

式Ⅱ，其中R₁、R₂ 各自独立的选自C₁-C₄烷基，R₃、R₄各自独立的选自甲基、卤素或H。

5.根据权利要求4所述的一种硅胶表面分子印迹微球的制备方法，其特征在于，式Ⅱ中R₁和R₂为甲基，R₃和R₄为H时，偶氮苯衍生物功能单体的合成是将4-氨基苯乙酮、苯酚经重氮化反应合成4-羟基-4’-乙酰基偶氮苯；对羟基苯甲醛与3-碘丙基三甲氧基硅烷反应合成4-(3-(三甲氧基硅烷)丙氧基)苯甲醛；4-羟基-4’-乙酰基偶氮苯和4-(3-(三甲氧基硅烷)丙氧基)苯甲醛经羟醛缩合反应合成含碳碳双键的偶氮苯衍生物功能单体。

6.根据权利要求4或5所述的一种硅胶表面分子印迹微球的制备方法，其特征在于，所述的微球硅胶是经以下方式活化得到，正硅酸乙酯在含氨水的乙醇溶液中匀速搅拌，合成得到硅球；硅球在硝酸水溶液中搅拌，过滤洗涤，真空干燥至恒重。

7.根据权利要求4或5所述的一种硅胶表面分子印迹微球的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为偶氮二异丁腈，交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯。