CN103709434A - 一种青蒿素分子印迹膜的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种青蒿素分子印迹复合膜制备方法，属环境材料制备技术领域。特指以再生纤维素膜为基底，青蒿素（artemisinin）作为模板分子，丙烯酰胺（AM）为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）为交联剂，溴化亚铜和N，N'，N''，N''-五甲基二亚乙基三胺组成催化体系，应用原子转移自由基聚合法，制备青蒿素分子印迹复合膜的方法。静态吸附实验用来研究了制备的印记膜的吸附平衡、动力学和选择性识别性能。结果表明利用本发明获得的青蒿素印迹膜具有较快速的吸附动力学性质和优越的青蒿素分子识别性能。

Description

一种青蒿素分子印迹膜的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种青蒿素分子印迹复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

分子印迹技术(MIT)是模拟自然界中如：酶与底物、抗体与抗原等的分子识别作用，以目标分子为模板分子制备对该分子具有特异选择性识别功能的高分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymers，MIPs)的一种技术：即选用能与模板分子产生特定相互作用的功能性单体，在模板分子周围与交联剂进行聚合，形成三维交联的聚合物网络，最后通过物理化学等方法除去模板分子，就获得了具有对模板分子具有特殊亲和性及识别性孔穴的功能性高分子。表面分子印迹技术通过把分子识别位点建立在基质材料的表面，从而有利于模板分子的脱除和再结合，较好的解决了传统分子印迹技术整体还存在的一些严重缺陷，如活性位点包埋过深，传质和电荷传递的动力学速率慢，吸附-脱附的动力学性能不佳等。

将分子印迹技术与膜分离技术结合产生的分子印迹聚合膜(Molecular Imprinted Membrane，MIM) 的开发应用是最具吸引力的研究之一。分子印迹聚 合物膜( MIM) 兼具分子印迹及膜分离技术的优点，一方面，该技术便于连续操 作，易于放大，能耗低，能量利用率高，是“绿色化学”的典型; 另一方面，它克服了目前的商业膜材料如超滤、微滤及反渗透膜等无法实现单个物质选择分离的缺点，为将特定分子从结构类似的混合物中分离出来提供了可行有效的解决途径;另外，与传统的分子印迹微球材料相比，分子印迹膜具有材料更稳定，抵抗恶劣环境能力更强，扩散阻力小，形态规整，不需要研磨等繁琐的制备过程等独特的优点。七十年代以来，膜分离技术发展迅速，已广泛用于食品、医药、微生物、化学化工、原子能等领域。膜分离法耗能少，效率高，将有可能取代精馏工艺。多孔膜的各种用途主要依赖于它的孔性，即孔径大小及其分布、孔隙率、溶剂对膜的渗透性、膜对溶质分子的截留性以及耐溶剂性能等。再生纤维素膜（regenerated cellulose membrane）由于其良好的服务性能，原料易得、力学性能和稳定性较好，在实际应用中，考虑到成本和产品性能，再生纤维素膜是一种较好的分离膜。

青蒿素（artemisinin）是我国科学家从菊科蒿属植物青蒿中提取，并获得国际承认的具有自主知识产权的强效抗疟特效药，已成为世界卫生组织推荐的药品。随着对青蒿素类药物药理的作用研究的不断深入，证实青蒿素类药物具有抗疟、抗孕、抗纤维化、抗血吸虫、抗弓形虫、抗心律失常和抗肿瘤细胞毒性等作用。因此，青蒿素具有广阔的开发前景和重大的科学研究价值。青蒿素的提取分离方法主要是水蒸气蒸馏、有机溶剂浸提、索氏提取、超声波提取、微波辅助提取、超临界流体提取，而采用分子印迹复合膜分离提纯青蒿素的方法尚未有报道。

发明内容

本发明以原子转移自由基聚合为技术手段，制备出青蒿素分子印迹复合膜。

本发明的技术方案指以再生纤维素膜为基底，青蒿素（artemisinin）作为模板分子，丙烯酰胺（AM）作为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯 (EGDMA) 为交联剂，催化剂溴化亚铜（CuBr）和配体N，N，N'，N''，N''-五甲基二亚乙基三胺（PMDETA）为催化体系，采用原子转移自由基聚合法制备青蒿素分子印迹再生纤维素复合膜（MICM）的方法。

一种青蒿素分子印迹再生纤维素复合膜的制备方法，按以下步骤进行：

（1）再生纤维素膜表面的纯化

取商售再生纤维素膜（孔径0.45μm，直径40mm，赛恩斯）放置于甲醇中，按照每片再生纤维素膜放置于100mL甲醇中，室温下静置30 min后，去离子水充分洗涤，60℃真空干燥箱干燥至恒重。

（2）再生纤维素膜表面固定原子转移基聚合引发剂

在四氢呋喃中加入溴代异丁酰溴（2-BIB），其中按每1 mL 溴代异丁酰溴加入到15ml四氢呋喃，混和均匀后加入滴液漏斗中备用；将步骤（1）中所得的再生纤维素膜置于100 mL三颈圆底烧瓶中，再生纤维素膜的用量为：按上述每1 mL 溴代异丁酰溴取一片再生纤维素膜，然后按上述每1 mL 溴代异丁酰溴加入25 mL精制四氢吠喃和1 mL干燥的三乙胺，在0℃下振荡并通氮气30 min，然后逐滴加入上述滴液漏斗中的2-BIB四氢呋喃溶液，并保持0℃反应2 h，取出烧瓶，用石蜡封口后25℃继续振荡反应24 h，反应结束后取出膜，用四氢呋喃和去离子水彻底清洗后，在60℃下真空干燥箱干燥至恒重，得固定原子转移自由基聚合引发剂的再生纤维素膜。 

(3)青蒿素分子印迹复合膜的制备

将青蒿素和丙烯酰胺溶解于乙醇中，其中青蒿素、丙烯酰胺和乙醇的用量比例为1:4:100 mmol/mmol/mL，超声震荡，使之充分溶解，然后将该混合物体系置于室温静置24 h，使其形成稳定的模板-单体复合物，然后按每100 mL混合物向该体系加入20 mmol 二甲基丙烯酸乙二醇酯 (EGDMA)以及两片固定原子转移自由基聚合引发剂的再生纤维素膜。通氮气30 min后，按每100 mL混合物加入0.1 mmol 溴化亚铜（CuBr）以及0.2 mmol N，N，N'，N''，N''-五甲基二亚乙基三胺（PMDETA），室温下，持续通氮反应20~24 h。反应结束后，用乙醇和去离子水充分洗涤，40℃下真空干燥箱干燥至恒重制得青蒿素分子印迹复合膜。

（4）将所制得的印迹膜进行选择渗透性能分析测试。

上述的技术方案中，甲醇中静置15 min以去除再生纤维素膜上的合成树脂。 

上述技术方案中所述的青蒿素，其作用为模板分子。

上述技术方案中所述的丙烯酰胺，其作用为功能单体。

上述技术方案中所述的乙二醇二甲基丙烯酸酯，其作用为交联剂。

上述技术方案中所述的溴化亚铜和N，N，N'，N''，N''-五甲基二亚乙基三胺，其作用为催化体系。

上述技术方案中所述的再生纤维素膜，其作用为基底。

上述技术方案中所述的吸附性能分析测试方法具体为：

（1）静态吸附试验

取一定量的印迹膜加入相应测试溶液中，恒温水浴震荡，考察不同吸附溶液的初始浓度对复合膜的影响，吸附后完成后，未吸附的青蒿素分子浓度用HPLC测定，并根据结果计算出吸附容量(Q _e，mg/g)：

其中C ₀ (mg/L) 和C _e (mg/L)分别是吸附前后青蒿素的浓度，W (g)为吸附剂用量，V (mL)为测试液体积。

（2）选择渗透性试验

自制两个完全相同的带有磨口支管的玻璃池，将印迹膜或空白膜用夹子固定于两个玻璃池中间，组成H形渗透性装置，保证两池没有渗漏，一池中加入底物为青蒿素和蒿甲醚的乙醇溶液，另一池中加入乙醇溶剂，隔一定时间取样，测定透过聚合物膜的底物的浓度，并据此计算渗透量。

本发明的技术优点

（1）该产品由于印迹发生在再生纤维素膜的基质材料表面，避免了部分模板分子因包埋过深而无法洗脱的问题，获得的印迹膜机械强度高，耐高温，识别点不易破坏，大大地降低了非特异性吸附；

（2）利用本发明获得的青蒿素分子印迹膜具有热稳定性好，快速的吸附动力学性质，明显的青蒿素分子识别性能。

有益效果

本发明制备了一种青蒿素分子印迹膜，并将印迹膜用于蒿甲醚中青蒿素的选择性识别和分离。该吸附剂对青蒿素具有选择性高，分离效果显著，重复使用次数多的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明技术作进一步描述。

图1为制备青蒿素分子印迹复合膜的机理图。

图2为再生纤维素膜（a）、青蒿素分子印迹膜（b）的扫描电镜图；从图2中可以看出再生纤维素膜表面较为光滑，而在再生纤维素膜表面合成印迹聚合物形成印迹膜后，再生纤维素膜表面粗糙不规则，表明印迹成功。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

实施例1

（1）再生纤维素膜表面的纯化

取一片再生纤维素膜放置于100ml甲醇中，室温下静置30 min后，去离子水充分洗涤，60℃真空干燥箱干燥至恒重。

（2）再生纤维素膜表面固定原子转移基聚合引发剂

在15ml经过精制的四氢呋喃中加入1 mL 溴代异丁酰溴（2-BIB），混和均匀后加入滴液漏斗中备用，再生纤维素膜置于100 mL三颈圆底烧瓶中，加入25 mL精制四氢吠喃和1 mL干燥的三乙胺，在0℃下振荡并通氮气30 min，逐滴加入上述2-BIB溶液，并保持0℃反应2 h，取出烧瓶，用石蜡封口后25℃继续振荡反应24 h，反应结束后取出膜，用四氢呋喃和去离子水彻底清洗后，在60℃下真空干燥箱干燥至恒重。 

(3)青蒿素分子印迹复合膜的制备

将1 mmol青蒿素，4 mmol 丙烯酰胺，溶解于100 mL乙醇中，超声震荡，使之充分溶解，然后将该体系置于室温静置24 h，使其形成稳定的模板-单体复合物，然后向该体系加入20 mmol 二甲基丙烯酸乙二醇酯 (EGDMA)，两片固定原子转移自由基聚合引发剂的再生纤维素膜。通氮气30 min后，加入0.1 mmol 溴化亚铜（CuBr），0.2 mmol N，N，N'，N''，N''-五甲基二亚乙基三胺（PMDETA），室温下，持续通氮反应24 h。反应结束后，用乙醇和去离子水充分洗涤，40℃下真空干燥箱干燥至恒重制得青蒿素分子印迹复合膜（图1为制备青蒿素分子印迹复合膜的机理图，图2为再生纤维素膜（a）、青蒿素分子印迹膜（b）的扫描电镜图）。

（1）静态吸附试验

分别称取印迹膜和非印迹膜各6份，分别放入到12个锥形瓶中，然后各加入20 mL浓度为5、10、15、20、25、50 mg/L 的青蒿素乙醇溶液，在25℃条件下恒温水浴震荡4 h，吸附后完成后，用HPLC测定未吸附的青蒿素分子的浓度，并根据结果计算出吸附容量。

结果表明，青蒿素分子印迹膜的饱和吸附容量为2.008 mg/g，明显高于非印迹膜的0.434 mg/g。

（2）选择渗透性试验

自制两个完全相同的带有磨口支管的玻璃池，将印迹膜用夹子固定于两个玻璃池中间，组成H形渗透性装置，保证两池没有渗漏，一池中分别加入底物浓度为5、10、15、20、25、50 mg/L的青蒿素和蒿甲醚的乙醇溶液，另一池中加入乙醇溶剂，取样时间间隔为120 min，测定透过聚合物膜的底物的浓度，并据此计算渗透量。

结果显示，在初始浓度分别为5、10、15、20、25、50mg/L的青蒿素和蒿甲醚乙醇溶液，取样测得空白样品池中青蒿素的浓度分别为0.563、0.966、1.422、1.527、1.658、1.772 mg/g，测得蒿甲醚的浓度分别为0.322、0.653、0.992，1.109、1.240、1.301 mg/g。

实验结果表明青蒿素分子印迹膜对青蒿素有特异识别性能。

实施例2

（1）再生纤维素膜表面的纯化

取一片再生纤维素膜放置于甲醇中，室温下静置30 min后，去离子水充分洗涤，60℃真空干燥箱干燥至恒重。

（2）再生纤维素膜表面固定原子转移基聚合引发剂

在15ml经过精制的四氢呋喃中加入1 mL 溴代异丁酰溴（2-BIB），混和均匀后加入滴液漏斗中备用，再生纤维素膜置于100 mL三颈圆底烧瓶中，加入25 mL精制四氢吠喃和1 mL干燥的三乙胺，在0℃下振荡并通氮气30 min，逐滴加入上述2-BIB溶液，并保持0℃反应2 h，取出烧瓶，用石蜡封口后25℃继续振荡反应24 h，反应结束后取出膜，用四氢呋喃和去离子水彻底清洗后，在60℃下真空干燥箱干燥至恒重。 

(3)青蒿素分子印迹复合膜的制备

将1 mmol青蒿素，4 mmol 丙烯酰胺，溶解于100 mL乙醇中，超声震荡，使之充分溶解，然后将该体系置于室温静置24 h，使其形成稳定的模板-单体复合物，然后向该体系加入20 mmol 二甲基丙烯酸乙二醇酯 (EGDMA)，两片固定原子转移自由基聚合引发剂的再生纤维素膜。通氮气30 min后，加入0.1 mmol 溴化亚铜（CuBr），0.2 mmol N，N，N'，N''，N''-五甲基二亚乙基三胺（PMDETA），室温下，持续通氮反应20 h。反应结束后，用乙醇和去离子水充分洗涤，40℃下真空干燥箱干燥至恒重制得青蒿素分子印迹复合膜。

（1）静态吸附试验

分别称取印迹膜和非印记膜各6份，分别放入到12个锥形瓶中，然后各加入20 ml浓度为5，10，15，20，25，50 mg/L的青蒿素乙醇溶液，在25℃条件下恒温水浴震荡4 h，吸附后完成后，用HPLC测定未吸附的青蒿素分子的浓度，并根据结果计算出吸附容量。

结果表明，青蒿素分子印迹膜的饱和吸附容量为2.03mg/g，明显高于非印迹膜的0.386 mg/g。

（2）选择渗透性试验

自制两个完全相同的带有磨口支管的玻璃池，将印迹膜用夹子固定于两个玻璃池中间，组成H形渗透性装置，保证两池没有渗漏，一池中分别加入底物浓度为5、10、15、20、25、50 mg/L的青蒿素和蒿甲醚的乙醇溶液，另一池中加入乙醇溶剂，取样时间间隔为60 min，测定透过聚合物膜的底物的浓度，并据此计算渗透量。

结果显示，在初始浓度分别为5、10、15、20、25、50 mg/L的青蒿素和蒿甲醚乙醇溶液，根据取样测得空白样品池中青蒿素的浓度计算出印记膜对青蒿素的渗透量分别为0.554、0.876、1.432、1.51、1.656、1.769 mg/g，对蒿甲醚的渗透量分别为0.309、0.631、1.021、1.092、1.203、1.288 mg/g，实验结果表明青蒿素分子印迹膜对青蒿素有特异识别性能。

实验结果表明青蒿素分子印迹膜对青蒿素有特异识别性能。

Claims (4)

1.一种青蒿素分子印迹膜的制备方法，按照下述步骤进行：以再生纤维素膜为基底，青蒿素为模板分子，丙烯酰胺为功能单体形成预组装体系，再加入乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，以溴化亚铜和N，N'，N''，N''-五甲基二亚乙基三胺组成催化体系，以原子转移自由基聚合的方法制得青蒿素分子印迹复合膜，最后将印迹复合膜洗脱模板分子后，真空干燥而成。

2.根据权利要求1所述的青蒿素分子印迹膜的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：（1）再生纤维素膜表面的纯化

取商售孔径0.45μm，直径40mm的再生纤维素膜放置于甲醇中，按照每片再生纤维素膜放置于100mL甲醇中，室温下静置30 min后，去离子水充分洗涤，60℃真空干燥箱干燥至恒重；

（2）再生纤维素膜表面固定原子转移基聚合引发剂

在四氢呋喃中加入溴代异丁酰溴，其中按每1 mL 溴代异丁酰溴加入到15ml四氢呋喃，混和均匀后加入滴液漏斗中备用；将步骤（1）中所得的再生纤维素膜置于100 mL三颈圆底烧瓶中，再生纤维素膜的用量为：按上述每1 mL 溴代异丁酰溴取一片再生纤维素膜，然后按上述每1 mL 溴代异丁酰溴加入25 mL精制四氢吠喃和1 mL干燥的三乙胺，在0℃下振荡并通氮气30 min，然后逐滴加入上述滴液漏斗中的溴代异丁酰溴四氢呋喃溶液，并保持0℃反应2 h，取出烧瓶，用石蜡封口后25℃继续振荡反应24 h，反应结束后取出膜，用四氢呋喃和去离子水彻底清洗后，在60℃下真空干燥箱干燥至恒重，得固定原子转移自由基聚合引发剂的再生纤维素膜； 

(3)青蒿素分子印迹复合膜的制备

将青蒿素和丙烯酰胺溶解于乙醇中，其中青蒿素、丙烯酰胺和乙醇的用量比例为1:4:100 mmol/mmol/mL，超声震荡，使之充分溶解，然后将该混合物体系置于室温静置24 h，使其形成稳定的模板-单体复合物，然后按每100 mL混合物向该体系加入20 mmol 二甲基丙烯酸乙二醇酯以及两片固定原子转移自由基聚合引发剂的再生纤维素膜；通氮气30 min后，按每100 mL混合物加入0.1 mmol 溴化亚铜以及0.2 mmol N，N，N'，N''，N''-五甲基二亚乙基三胺，室温下，持续通氮反应20~24 h；反应结束后，用乙醇和去离子水充分洗涤，40℃下真空干燥箱干燥至恒重制得青蒿素分子印迹复合膜。

3.权利要求2所述制备方法合成的青蒿素分子印迹复合膜。

4.根据权利要求3所述的青蒿素分子印迹复合膜在青蒿素和蒿甲醚的混合乙醇溶液选择性识别和分离中的应用。

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