槲皮素表面分子印迹聚合物的合成及性能研究*(2)

图1为所得印迹聚合物的SEM图，由图1可看出，所得样品形貌呈球状，较为规整，粒径为微米级别。对比可以看出，抽提前样品表面较为光滑，而经过抽提洗除模板的样品表面变得粗糙，这是由于模板分子被洗脱之后留下了空穴和印迹位点，该空穴后续可选择性吸附相应模板。

2.2 分子印迹聚合物吸附性能

图2为不同吸附液浓度下MIP和NIP的吸附行为，从图2中可以看出，在同一浓度下，MIP的吸附量均大于NIP，这是由于合成过程中MIP加入了槲皮素模板，洗脱后留下了与槲皮素结构对应的印迹位点，因此相比于没有特定印迹位点的NIP来说，MIP具备特异吸附性能且吸附量较大。此外，同一浓度下，表面分子印迹MIP2的吸附量均大于非表面分子印迹MIP1的吸附量，这是由于非表面印迹聚合物合成过程中容易出现微粒内部的模板分子包埋而阻碍洗脱的现象，导致印迹位点数量的减少；而即使通过长时间抽提洗脱等操作将内部模板分子洗净后，由于印迹位点处于材料内部，也会大大减小材料的吸附效果；反之，对于表面分子印迹材料来说，其印迹位点均位于硅胶表层，合成过程中不会出现包埋现象，最终导致表面分子印迹材料的吸附量大于非表面分子印迹材料。第三，由图可以看出，随着吸附液浓度的不断增加，材料的吸附量也呈现线性增加的趋势，当吸附液浓度为3 mg/mL时，MIP2的吸附量可以达到31.9 mg/g，且远高于NIP2，证明槲皮素硅胶表面分子印迹聚合物具备较高的吸附性能。

图2 不同吸附液浓度中MIP和NIP的吸附量Fig.2 The adsorbing capacity of MIP and NIP in different quercetin concentration solutions

2.3 分子印迹聚合物洗脱性能

图3 50 ℃下不同时间MIP的洗脱量Fig.3 Elution capacity of MIP at 50 ℃ in different time

图3为分子印迹材料的洗脱性能测试结果。由图3可知，饱和的分子印迹聚合物洗脱出槲皮素的量随着时间的延长而不断增加，且表面分子印迹聚合物MIP2的洗脱量始终高于非表面分子印迹聚合物MIP1，这是由于MIP2的吸附总量高于MIP1。当洗脱了5小时后，MIP1和MIP2的洗脱量分别为20.6 mg/g和21.8 mg/g，具备较高的洗脱效率。

3 结 论

本实验通过沉淀聚合法合成了具有槲皮素表面分子印迹聚合物。吸附实验证明印迹材料具有特异吸附性，且表面分子印迹材料优于非表面材料；洗脱实验表明材料具备较好的洗脱效率。本研究可为天然药物中特定成分的提取分离提供一定的新思路与新方法。

[1]柯珍,朱华,钟世安,等.分子印迹技术及其应用研究进展[J].化学研究与应用,2018,30(6):865-874.

[2]Chen L X, Wang X Y, Lu W H, et al. Molecular imprinting: perspectives and applications[J]. Chemical Society Reviews,2016,45(8):2137-2211.

[3]杨月红.基于有机/无机基底的表面光响应性分子印迹聚合物的制备及其应用研究[D].重庆:西南大学,2017.

[4]丛姣姣,罗静,高雅涵,等.表面分子印迹研究进展[J].高分子通报,2015,5:10-20.

[5]Shiomi T, Matsui M, Mizukami F. A method for the molecular imprinting of hemoglobin on silica surfaces using silanes[J]. Biomaterials,2005,26(27):5564-5571.

[6]刘含茂.中药活性成分分子印迹聚合物的制备、识别机理与应用研究[D].长沙:湖南大学,2009.

[7]左振宇,张光辉,雷福厚,等.分子印迹聚合物在中药活性成分分离中的应用进展[J].中草药,2017,48(23):5019-5031.

分子印迹(Molecular Imprinting)是源于高分子化学、材料科学、生物化学等学科的一门交叉学科技术，具有分子识别性强、固定相制备简便快捷、操作简单、性质稳定、溶剂消耗量小等优点，在检测、吸附分离、表面催化等领域具有重大的研究与应用价值[1-2]。传统分子印迹聚合物通常是先直接将模板分子与功能单体(丙烯酸、4-乙烯基吡啶、丙烯酰胺等)进行共价或非共价的相互作用后再加入交联剂与引发剂，通过本体聚合、沉淀聚合、溶液聚合等方法聚合，最终利用有机溶剂洗脱模板分子而得到，该过程操作简单，但存所得材料形貌不规整、模板分子不容易完全洗脱、有效印迹点被“包埋”，从而使材料的选择吸附效率降低等不足之处[3]。表面分子印迹聚合物是在一些微米-纳米材料(SiO2纳米粒子、量子点、Fe3O4磁性纳米粒子、碳纳米管等)表面进行分子印迹修饰而得到的一种新型材料，由于增加了材料的规整性和比表面积，表面分子印迹材料具有更高的吸附分离效率，能够有效解决传统分子印迹材料存在的问题[4-5]。中药中含有黄酮类、萜类、生物碱、香豆素类等多种化合物，它们不仅结构类型多样，还具有许多潜在的生物活性；与此同时，低毒性的优点让中药化学成分研究备受关注[6]。然而，中药活性成分的分离和纯化是一项非常艰巨的工作，传统的吸附分离材料往往选择性不够理想，分离效率较低，且容易丢失微量的有效成分等缺陷，因此，研究具备高效率的吸附分离材料就显得意义重大，而分子印迹材料或许能发挥其优势，在中药成分吸附分离方面有所作为[7]。基于此，本实验采用分子印迹技术以中药成分槲皮素(Quercetin)为模板分子制备槲皮素表面分子印迹聚合物，探讨MIPs在分离富集中药黄酮类活性成分应用中的可行性。1 实 验1.1 仪器与材料2X15-3型恒温加热磁力搅拌器；真空干燥箱；真空泵；电子天平；BSD-TX318回旋式大容量振荡器；TG16-WS台式高速离心机，南宁邦欧仪器设备有限公司；UV-1200 型紫外分光光度计，北京瑞利分析仪器公司；SB3200型超声波清洗器，上海津腾生物科技有限公司。槲皮素、硅胶、丙烯酰胺(AM)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、3-氨丙基三甲基硅烷(KH540)、偶氮二异丁腈(AIBN)，阿拉丁试剂(上海)有限公司；无水乙醇、乙酸，成都市科隆化学品有限公司 槲皮素表面分子印迹聚合物的制备选择硅胶为载体，需对硅胶表现进行活化与硅烷化，操作如下：称取15 g硅胶置于圆底烧瓶中，加入100 mL 5%盐酸溶液，在电磁搅拌下加热回流24 h，产物用蒸馏水反复洗涤至中性后，抽滤，真空干燥备用。取10 g活化好的硅胶，加入100 mL蒸馏水于三颈瓶中，然后加入10 mL KH540，在50 ℃下反应24 h，将反应后的产物抽滤，经蒸馏水、75%的乙醇反复洗涤，除去未反应的原料，真空干燥，得到经KH540表面修饰的硅胶微粒。表1 MIP和NIP的合成用料比Table 1 The ratios of reactants for MIP and NIPSampleQuercetin/mmolAM/mmolSiO2/gEGDMA/mmolAIBN/.1MIP2160..1表1为槲皮素表面分子印迹聚合物的合成用料比，以MIP2为例，模板分子槲皮素与功能单体丙烯酰胺(AM)溶于50 mL无水乙醇中，室温下反应30 min，使二者以氢键形式充分结合，之后加入表面修饰的硅胶微粒和交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)于70 ℃下充分溶解混合，通氮气除氧15 min后加入AIBN引发剂，继续氮气保护下反应5 h得到分子印迹聚合物，非分子印迹聚合物NIP制备方法类似，过程中不加入槲皮素模板分子 槲皮素分子印迹聚合物吸附实验准确称取三份50 mg MIP和NIP于小瓶中，分别加入1、2、3 mg/mL的槲皮素乙醇溶液4 mL，在40 ℃下震摇吸附4 h，离心后取上清液进行紫外光谱测试，通过公式可计算出印迹聚合物对槲皮素的吸附量。Q/V=(C0-C)/M(1)式中：Q表示平衡吸附量，mg/g；C0表示吸附前吸附液的浓度，mg/mL；C表示吸附后吸附液的浓度，mg/mL；V表示吸附液的体积，mL；M表示印迹聚合物的质量 槲皮素分子印迹聚合物洗脱实验取若干份50 mg分子印迹聚合物于2 mg/mL的槲皮素乙醇溶液中40 ℃下吸附8 h，离心后倾倒去上清液得到吸附饱和的分子印迹聚合物。之后加入乙醇溶液，在50 ℃进行震摇洗脱5 h，每隔1 h取上清液进行紫外光谱测试进而计算洗脱量。2 结果与讨论2.1 分子印迹聚合物扫描电镜(SEM)图像分析图1 MIP1(a)和MIP2(b)模板分子洗除前后扫描电镜照片Fig.1 SEM pictures of MIP1(a) and MIP2(b) before and after removing templates图1为所得印迹聚合物的SEM图，由图1可看出，所得样品形貌呈球状，较为规整，粒径为微米级别。对比可以看出，抽提前样品表面较为光滑，而经过抽提洗除模板的样品表面变得粗糙，这是由于模板分子被洗脱之后留下了空穴和印迹位点，该空穴后续可选择性吸附相应模板 分子印迹聚合物吸附性能图2为不同吸附液浓度下MIP和NIP的吸附行为，从图2中可以看出，在同一浓度下，MIP的吸附量均大于NIP，这是由于合成过程中MIP加入了槲皮素模板，洗脱后留下了与槲皮素结构对应的印迹位点，因此相比于没有特定印迹位点的NIP来说，MIP具备特异吸附性能且吸附量较大。此外，同一浓度下，表面分子印迹MIP2的吸附量均大于非表面分子印迹MIP1的吸附量，这是由于非表面印迹聚合物合成过程中容易出现微粒内部的模板分子包埋而阻碍洗脱的现象，导致印迹位点数量的减少；而即使通过长时间抽提洗脱等操作将内部模板分子洗净后，由于印迹位点处于材料内部，也会大大减小材料的吸附效果；反之，对于表面分子印迹材料来说，其印迹位点均位于硅胶表层，合成过程中不会出现包埋现象，最终导致表面分子印迹材料的吸附量大于非表面分子印迹材料。第三，由图可以看出，随着吸附液浓度的不断增加，材料的吸附量也呈现线性增加的趋势，当吸附液浓度为3 mg/mL时，MIP2的吸附量可以达到31.9 mg/g，且远高于NIP2，证明槲皮素硅胶表面分子印迹聚合物具备较高的吸附性能。图2 不同吸附液浓度中MIP和NIP的吸附量Fig.2 The adsorbing capacity of MIP and NIP in different quercetin concentration 分子印迹聚合物洗脱性能图3 50 ℃下不同时间MIP的洗脱量Fig.3 Elution capacity of MIP at 50 ℃ in different time图3为分子印迹材料的洗脱性能测试结果。由图3可知，饱和的分子印迹聚合物洗脱出槲皮素的量随着时间的延长而不断增加，且表面分子印迹聚合物MIP2的洗脱量始终高于非表面分子印迹聚合物MIP1，这是由于MIP2的吸附总量高于MIP1。当洗脱了5小时后，MIP1和MIP2的洗脱量分别为20.6 mg/g和21.8 mg/g，具备较高的洗脱效率。3 结 论本实验通过沉淀聚合法合成了具有槲皮素表面分子印迹聚合物。吸附实验证明印迹材料具有特异吸附性，且表面分子印迹材料优于非表面材料；洗脱实验表明材料具备较好的洗脱效率。本研究可为天然药物中特定成分的提取分离提供一定的新思路与新方法。参考文献[1]柯珍,朱华,钟世安,等.分子印迹技术及其应用研究进展[J].化学研究与应用,2018,30(6):865-874.[2]Chen L X, Wang X Y, Lu W H, et al. Molecular imprinting: perspectives and applications[J]. Chemical Society Reviews,2016,45(8):2137-2211.[3]杨月红.基于有机/无机基底的表面光响应性分子印迹聚合物的制备及其应用研究[D].重庆:西南大学,2017.[4]丛姣姣,罗静,高雅涵,等.表面分子印迹研究进展[J].高分子通报,2015,5:10-20.[5]Shiomi T, Matsui M, Mizukami F. A method for the molecular imprinting of hemoglobin on silica surfaces using silanes[J]. Biomaterials,2005,26(27):5564-5571.[6]刘含茂.中药活性成分分子印迹聚合物的制备、识别机理与应用研究[D].长沙:湖南大学,2009.[7]左振宇,张光辉,雷福厚,等.分子印迹聚合物在中药活性成分分离中的应用进展[J].中草药,2017,48(23):5019-5031.

文章来源：《中国表面工程》 网址: http://www.zgbmgc.cn/qikandaodu/2020/1228/412.html