CN104926993A - 一种非甾类抗炎药分子印迹聚合物的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非甾体抗炎药分子印迹聚合物的制备方法与应用。所述方法以非甾体抗炎药为模板，先对分子印迹预聚合体系的构型、能量、反应配比以及复合反应的结合能进行分子模拟计算，根据所得结果设计出适合的分子印迹聚合物制备体系；再将模板、功能单体、交联剂、引发剂和制孔剂按一定质量比在反应釜中混合制得带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物；再将得到的分子印记聚合物研磨、洗脱、烘干，得到除去模板的非甾体抗炎药分子印迹聚合物。将得到的除去模板的非甾体抗炎药分子印迹聚合物做柱层析填料装柱，应用于从环境水样中提取非甾体抗炎药，具有选择性强、吸附量大等优点。
Description
技术领域
本发明属于新材料领域，涉及设计非甾体抗炎药分子印迹聚合物制备体系，更具体地，涉及一种非甾类抗炎药分子印迹聚合物的制备方法及应用。
背景技术
环境水中药品和个人护理用品（PPCPs）残留问题直接影响人类饮水安全以及食品安全等问题，逐渐成为环境领域研究热点。非甾体抗炎药（NSAIDs）是目前PPCPs类新型污染物中最受关注的物质之一，具有用量大、对环境有潜在危害等特点。最近美国食品药品监督管理局(FDA)认为NSAIDs存在潜在的心血管和消化道出血风险，要求药品生产厂家在其说明书中提出警示，这使NSAIDs的安全用药成为目前全球医药界的热点问题。NSAIDs的药理作用机制主要是通过抑制环氧化酶，减少炎性介质前列腺素的生成来发挥抗炎、镇痛、解热作用的，如果人体接触这类药物过多，将会给人体胃肠道，肝脏，泌尿系统和神经系统等带来诸多不良反应和造成极大损害。因此高效的除去NSAIDs残留问题十分重要。
由于NSAIDs在环境水体中存在浓度低、极性强且环境样品基质复杂等特点，常规的萃取技术难以实现对其有效的分离和富集。常规的净化技术也难以除去NSAIDs残留问题，这成为环境中急需破解的技术难题之一。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种非甾类抗炎药分子印迹聚合物的制备方法。针对非甾体抗炎药（NSAIDs），采用分子模拟手段研究其空间结构特征，通过结构叠合设计通用型的分子印迹模板分子，并优化功能单体、交联剂、反应温度、反应时间等参数条件，在极性溶剂中制备可以特异性吸附NSAIDs的亲水性功能性分子印迹微球，并应用于环境水中痕量NSAIDs的分析检测以及水体净化，对于提高环境水中痕量有机污染物分析技术、控制水环境中有机污染物残留水平以及保障人们身心健康等都具有重要意义。
本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的非甾类抗炎药分子印迹聚合物。
本发明的另一目的在于提供上述分子印迹聚合物的应用。
本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种非甾体抗炎药分子印迹聚合物的制备方法，依次包括以下步骤：
S1. 对分子印迹预聚合体系的构型、能量、反应配比以及复合反应的结合能进行分子模拟计算，根据所得结果设计出适合的分子印迹聚合物制备体系；
S2. 以非甾体抗炎药为模板，将模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂加入反应釜中混合，超声脱气，然后充氮除氧，密封后于70~75℃恒温水浴聚合 12~16小时，得到带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物；
S3. 将S2得到的聚合物研磨过筛，得均匀带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物颗粒，洗脱，得到留有分子印迹孔穴的聚合物颗粒，真空下烘干，即得到除去模板的非甾体抗炎药分子印迹聚合物。
其中，步骤S2所述的功能单体为4-乙烯基吡啶或三氟甲基丙烯酸中的一种或两种；所述的交联剂为乙二醇基二甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或两种；所述模板、功能单体和交联剂的质量比为1:1~4:4~6。
本发明采用分子模拟手段对极性非甾体类抗炎药（NSAIDs）进行结构模拟，通过结构叠合设计通用型的分子印迹模板分子，并基于此进行制备分子印迹材料。现有技术中，也有利用分子印迹技术提取姜酚、银杏酸、光甘草定等物质，但提取不同物质时所用的功能单体和交联剂各有不同，且各物质之间的用量比直接影响制备得到分子印迹聚合物的性质，进而影响吸附作用和富集效率。发明人在实验初期进行了大量的探索研究，计算模板分子和不同单体以不同质量比进行反应配比时复合体系的结合能的大小，筛选出合适的功能单体及与之配合的交联剂，发现功能单体采用4-乙烯基吡啶或三氟甲基丙烯酸中的一种或两种，交联剂采用乙二醇基二甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或两种时，获得的分子印迹聚合物可以用于同时吸附多个NSAIDs；并且，所述模板、功能单体和交联剂的质量比在1:1~4:4~6范围内时，制备得到分子印迹聚合物微球的比表面积达356.650 m2/g，总孔体积为0.388 cm3/g，提高了对NSAIDs的吸附作用和富集效率。
发明人经过大量的实验研究，发现针对非甾体类抗炎药（NSAIDs），功能单体选择4-乙烯基吡啶或三氟甲基丙烯酸中的一种或两种时制备得到的聚合物的性质明显优于其他功能单体。例如对于阿司匹林，功能单体优选三氟甲基丙烯酸，而丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰-β-环糊精、甲基丙烯酸甲酯等功能单体制备得到的聚合物性质较差；对于对乙酰氨基酚，功能单体优选4-乙烯基吡啶，而乙二醇二甲基丙烯酸酯、2-乙烯基吡啶、甲基丙烯酸甲酯等功能单体制备得到的聚合物性质较差；对于安乃近，功能单体优选三氟甲基丙烯酸，而乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯等功能单体制备得到的聚合物性质较差。
优选地，S3所述研磨后过250~300目筛。
优选地，所述引发剂为偶氮二异丁氰或偶氮二异戊氰中的一种或两种。
优选地，所述致孔剂为氯仿或甲苯中的一种或两种。
优选地，所述模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:1~4:4~6:0.1~0.3:16 ~22。
优选地，所述模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:1~4:4:0.1~0.3:16 ~22；其中，所述功能单体为4-乙烯基吡啶，所述交联剂为季戊四醇三丙烯酸酯。经研究发现，功能单体4-乙烯基吡啶和交联剂季戊四醇三丙烯酸酯配合，且各物质比在上述范围时，制备得到的聚合物的性质明显优于其他。
优选地，所述模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:1~4: 6:0.1~0.3: 16~22；其中，所述功能单体为三氟甲基丙烯酸，所述交联剂为乙二醇基二甲基丙烯酸酯。经研究发现，功能单体三氟甲基丙烯酸和交联剂乙二醇基二甲基丙烯酸酯配合，且各物质比在上述范围时，制备得到的聚合物的性质明显优于其他。
优选地，S3所述烘干为70℃干燥12h。
优选地，S3所述洗脱采用甲醇乙酸混合溶液和甲醇进行洗脱。更优选地，所述甲醇和乙酸混合溶液中甲醇：乙酸为8~10∶1。
优选地，一种非甾体抗炎药分子印迹聚合物的制备方法，包括以下步骤：
S1. 对分子印迹预聚合体系的构型、能量、反应配比以及复合反应的结合能进行分子模拟计算，根据所得结果设计出适合的分子印迹聚合物制备体系，所述非甾体抗炎药模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:1~4:4~6:0.1~0.3:16~22；
S2. 按S1所述各物质比例将非甾体抗炎药模板分子、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂加入反应釜中混合均匀，超声脱气10min，然后充氮除氧10分钟，密封后于70~75℃恒温水浴聚合12小时，得到带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物；
S3. 将S2得到的聚合物碾磨过250~300目筛，即得到带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物颗粒，用甲醇乙酸混合溶液和甲醇依次进行洗脱，于70℃真空干燥12h后，即得到除去模板的非甾体抗炎药分子印迹聚合物；
其中，步骤S2所述的功能单体为4-乙烯基吡啶或三氟甲基丙烯酸中的一种或两种；所述的交联剂为乙二醇基二甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或两种。
本发明制备得到的除去模板的非甾体抗炎药分子印迹聚合物具有与非甾体抗炎药分子体积、结构、极性相匹配的印记位点，对非甾体抗炎药具有高度亲和性和显著选择性。
本发明还提供上述的非甾体抗炎药分子印迹聚合物在非甾体抗炎药提取、分离、富集中的应用。本发明制备得到的聚合物具有特异性吸附和较强的分离能力，有效解决了环境水样基体复杂NSAIDs类污染物含量低导致的分离富集困难等问题。
优选地，将得到的非甾体抗炎药分子印迹聚合物做柱层析填料装柱，然后用非甾体抗炎药水提取液上柱，经淋洗，洗脱，回收洗脱液得到非甾体抗炎药。
将上述方法制备得到的非甾体抗炎药分子印迹聚合物应用于非甾体抗炎药的分离提取，应用方法为：将得到的非甾体抗炎药分子印迹聚合物做柱层析填料装柱，然后用非甾体抗炎药水提取液上柱，再用丙酮水溶液淋洗，最后层析柱用乙酸水溶液洗脱，回收洗脱液得到非甾体抗炎药。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
（1）本发明采用分子模拟手段对极性非甾体类抗炎药（NSAIDs）进行结构模拟，通过结构叠合设计通用型的分子印迹模板分子，并基于此进行制备分子印迹材料。发明人在实验初期进行了大量的探索研究，筛选出合适的功能单体及与之配合的交联剂，获得的分子印迹聚合物可以用于同时吸附多个NSAIDs；并且，所述模板、功能单体和交联剂的质量比在1:1~4:4~6范围内时，制备得到分子印迹聚合物微球的比表面积达356.650 m2/g，总孔体积为0.388 cm3/g，，并且其具有与非甾体抗炎药分子体积、结构、极性相匹配的印记位点，对非甾体抗炎药具有高度亲和性和显著选择性。
（2）本发明在强极性溶液中合成适用于水相的亲水性分子印迹聚合物，具有特异性吸附和较强的分离能力，有效解决了环境水样基体复杂NSAIDs类污染物含量低导致的分离富集困难等问题，利于对NSAIDs的吸附和富集，装柱洗脱得到高纯度非甾体抗炎药，纯度达96.5%。
（3）本发明用于萃取NSAIDs的分子印迹聚合物选择性强，应用该材料萃取NSAIDs所获得的NSAIDs回收率高，聚合物可再生，且其再生方法简单易行。
（4）本发明用于萃取NSAIDs的分子印迹聚合物生产成本低，洗脱液用量少，节约成本，发明人已实现对NSAIDs分子印迹微球的小试生产研究。
附图说明
图1是本发明分子印迹聚合物的制备和应用流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
一种非甾体抗炎药阿司匹林分子印迹聚合物的制备方法，依次包括以下步骤：
S1. 对阿司匹林分子印迹预聚合体系的构型、能量、反应配比以及复合反应的结合能进行分子模拟计算，根据所得结果设计出适合的分子印迹聚合物制备体系，所述阿司匹林模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:1.5:4:0.1~0.3:16~22；
其中，所述功能单体为三氟甲基丙烯酸，交联剂为乙二醇基二甲基丙烯酸酯，引发剂为偶氮二异丁氰或偶氮二异戊氰中的一种或两种，致孔剂为氯仿或甲苯中的一种或两种。
S2. 取模板非甾体抗炎药阿司匹林1.50g，功能单体三氟甲基丙烯酸2.25g、交联剂乙二醇基二甲基丙烯酸酯9g、引发剂偶氮二异丁氰0.45g、制孔剂甲苯24g加入反应釜中混合，超声脱气10min，然后充氮除氧15min，密封后于70~72℃恒温水浴聚合 12小时，得到带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物。
S3. 将S2得到的聚合物研磨过300目筛，得均匀带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物颗粒，采用甲醇乙酸混合溶液和甲醇依次进行洗脱，得到留有分子印迹孔穴的聚合物颗粒，真空下70℃干燥12h，即得到除去模板的非甾体抗炎药分子印迹聚合物；所述甲醇和乙酸混合溶液中甲醇：乙酸=9∶1，制备得到分子印迹聚合物微球的比表面积达356.650 m2/g，总孔体积为0.388 cm3/g，。
S4. 取20克S3制得的分子印迹聚合物装柱，称取100g阿司匹林粉碎，超声提取1.5~2h后，过滤，滤液上柱，待上柱溶液流尽后，用丙酮体积分数为5%的水溶液300mL进行淋洗，层析柱用乙酸体积分数为10%水溶液洗脱，收集洗脱液，蒸干后即得高纯度非甾体抗炎药，纯度为96.5%。
S5. 分子印迹聚合物的再生：将上述洗去非甾体抗炎药的分子印迹聚合物，用95%乙醇洗脱，即可再生用于下一次提取用。
实施例2
一种非甾体抗炎药对乙酰氨基酚分子印迹聚合物的制备方法，依次包括以下步骤：
S1. 对对乙酰氨基酚分子印迹预聚合体系的构型、能量、反应配比以及复合反应的结合能进行分子模拟计算，根据所得结果设计出适合的分子印迹聚合物制备体系，所述对乙酰氨基酚模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:3.5:4:0.1~0.3:16~22；
其中，所述功能单体为4-乙烯基吡啶，交联剂为季戊四醇三丙烯酸酯，引发剂为偶氮二异丁氰或偶氮二异戊氰中的一种或两种，致孔剂为氯仿或甲苯中的一种或两种。
S2. 取模板非甾体抗炎药对乙酰氨基酚1.50g，功能单体4-乙烯基吡啶5.25g、交联剂季戊四醇三丙烯酸酯6g、引发剂偶氮二异丁氰0.3g、制孔剂氯仿30g加入反应釜中混合，超声脱气10min，然后充氮除氧15min，密封后于72~75℃恒温水浴聚合 12小时，得到带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物。
S3. 将S2得到的聚合物研磨过300目筛，得均匀带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物颗粒，采用甲醇乙酸混合溶液和甲醇依次进行洗脱，得到留有分子印迹孔穴的聚合物颗粒，真空下70℃干燥12h，即得到除去模板的非甾体抗炎药分子印迹聚合物；所述甲醇和乙酸混合溶液中甲醇：乙酸=8∶1，制备得到分子印迹聚合物微球的比表面积达352.370 m2/g，总孔体积为0.346 cm3/g，。
S4. 取20克S3制得的分子印迹聚合物装柱；称取100g 对乙酰氨基酚粉碎，超声提取1.5~2h后，过滤，滤液上柱，待上柱溶液流尽后，用丙酮体积分数为5%的水溶液300mL进行淋洗，层析柱用乙酸体积分数为10%水溶液洗脱，收集洗脱液，蒸干后即得高纯度非甾体抗炎药，纯度为95.8%。
S5. 分子印迹聚合物的再生：将上述洗去非甾体抗炎药的分子印迹聚合物，用95%乙醇洗脱，即可再生用于下一次提取用。
实施例3
一种非甾体抗炎药安乃近分子印迹聚合物的制备方法，依次包括以下步骤：
S1. 对安乃近分子印迹预聚合体系的构型、能量、反应配比以及复合反应的结合能进行分子模拟计算，根据所得结果设计出适合的分子印迹聚合物制备体系，所述阿司匹林模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:4:6:0.1~0.3:16~22；
其中，所述功能单体为三氟甲基丙烯酸，交联剂为乙二醇基二甲基丙烯酸酯，引发剂为偶氮二异丁氰或偶氮二异戊氰中的一种或两种，致孔剂为氯仿或甲苯中的一种或两种。
S2. 取模板非甾体抗炎药安乃近1.50g，功能单体三氟甲基丙烯酸6g、交联剂乙二醇基二甲基丙烯酸酯9g、引发剂偶氮二异戊氰0.20g、制孔剂甲苯28.5g加入反应釜中混合，超声脱气10min，然后充氮除氧15min，密封后于70~75℃恒温水浴聚合 12小时，得到带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物。
S3. 将S2得到的聚合物研磨过250目筛，得均匀带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物颗粒，采用甲醇乙酸混合溶液和甲醇依次进行洗脱，得到留有分子印迹孔穴的聚合物颗粒，真空下70℃干燥12h，即得到除去模板的非甾体抗炎药分子印迹聚合物；所述甲醇和乙酸混合溶液中甲醇：乙酸为10∶1，制备得到分子印迹聚合物微球的比表面积达354.490 m2/g，总孔体积为0.352 cm3/g，。
S4. 取20克S3制得的分子印迹聚合物装柱；称取100g安乃近粉碎，超声提取1.5~2h后，过滤，滤液上柱，待上柱溶液流尽后，用丙酮体积分数为5%的水溶液300mL进行淋洗，层析柱用乙酸体积分数为10%水溶液洗脱，收集洗脱液，蒸干后即得高纯度非甾体抗炎药，纯度为96.8%。
S5. 分子印迹聚合物的再生：将上述洗去非甾体抗炎药的分子印迹聚合物，用95%乙醇洗脱，即可再生用于下一次提取用。
对比例1
本对比例与实施例1制备阿司匹林分子印迹聚合物的方法基本相同，不同之处在于所述阿司匹林模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂各物质的种类和用量不同，具体处理如下：所述阿司匹林模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:6:30:0.2:22，所述功能单体为丙烯酰胺，所述交联剂为N,N-二甲基二丙烯酰胺，引发剂为偶氮二异丁氰或偶氮二异戊氰中的一种或两种，致孔剂为氯仿或甲苯中的一种或两种；即取模板非甾体抗炎药阿司匹林1.50g，功能单体丙烯酰胺9g、交联剂N,N-二甲基二丙烯酰胺45g、引发剂偶氮二异丁氰0.3g、制孔剂甲苯33g加入反应釜中混合再进行后续步骤。
制备得到分子印迹聚合物微球的比表面积达114.310 m2/g，总孔体积为0.105 cm3/g，，不利于对NSAIDs的吸附和富集，得到的非甾体抗炎药纯度仅为84.2%。
Claims (10)
1.一种非甾体抗炎药分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
S1. 对分子印迹预聚合体系的构型、能量、反应配比以及复合反应的结合能进行分子模拟计算，根据所得结果设计出适合的分子印迹聚合物制备体系；
S2. 以非甾体抗炎药为模板，将模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂加入反应釜中混合，超声脱气，然后充氮除氧，密封后于70~75℃恒温水浴聚合 12~16小时，得到带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物；
S3. 将S2得到的聚合物研磨过筛，得均匀带有模板分子非甾体抗炎药的分子印迹聚合物颗粒，洗脱，得到留有分子印迹孔穴的聚合物颗粒，真空下烘干，即得到除去模板的非甾体抗炎药分子印迹聚合物；
其中，步骤S2所述的功能单体为4-乙烯基吡啶或三氟甲基丙烯酸中的一种或两种；所述的交联剂为乙二醇基二甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或两种；所述模板、功能单体和交联剂的质量比为1:1~4:4~6。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3所述研磨后过250~300目筛。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:1~4:4~6:0.1~0.3:16~22。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:1~4:4:0.1~0.3:16~22；其中，所述功能单体为4-乙烯基吡啶，所述交联剂为季戊四醇三丙烯酸酯。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模板、功能单体、交联剂、引发剂、制孔剂的质量比为1:1~4: 6:0.1~0.3:16~22；其中，所述功能单体为三氟甲基丙烯酸，所述交联剂为乙二醇基二甲基丙烯酸酯。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3所述烘干为70℃干燥12h。
7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3所述洗脱采用甲醇乙酸混合溶液和甲醇进行洗脱。
8.权利要求1~7任一项所述制备方法制备得到的非甾体抗炎药分子印迹聚合物，其特征在于，所述除去模板的非甾体抗炎药分子印迹聚合物具有与非甾体抗炎药分子体积、结构、极性相匹配的印记位点。
9.权利要求8所述的非甾体抗炎药分子印迹聚合物在非甾体抗炎药提取、分离、富集中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将得到的非甾体抗炎药分子印迹聚合物做柱层析填料装柱，然后用非甾体抗炎药水提取液上柱，经淋洗，洗脱，回收洗脱液得到非甾体抗炎药。
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| CN104926993B (zh) | 2017-07-07 |
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