黄酮强吸附与分子表面印迹材料的制备及特性研究

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黄酮类化合物(flavonoids)是一类广泛存在于植物组织中并且具有多种生物活性的天然物质。现代药理学研究结果表明,黄酮类化合物具有很高的药理活性,如清除自由基、抗氧化、抗肿瘤、抗病毒及杀菌等多种功能,在天然药物化学中占很重要的地位。槲皮素(quercetin)、芦丁(rutin)和染料木素(genistein)是三种典型的多羟基黄酮类化合物,具有很高的生物活性和药理活性,它们的提取与分离在化学与生物医学领域是备受关注的研究课题。本研究通过分子设计的构思,设计制备对黄酮类物质具有强吸附作用的聚合物材料,并采用“接枝聚合与分子印迹同步进行”的新型分子表面印迹技术,制备黄酮分子表面印迹材料,以促进天然药物化合物的提取分离研究以及它们的临床应用。显然,本课题研究在生物药学与化学科学领域具有重要的科学意义。首先,使用偶联剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(AMPS),对微米级硅胶微粒进行了化学改性,制得表面带有伯胺基的改性微粒AMPS-SiO2,使用水和二甲亚砜的混合溶剂,使改性微粒AMPS-SiO2表面的氨基与溶液中的过硫酸铵构成氧化-还原引发体系,实现了乙酸乙烯酯(VAc)在硅胶微粒表面的引发接枝聚合,制得了高接枝度的接枝微粒PVAc/SiO2。经醇解,将PVAc转变为聚乙烯醇(PVA),从而制备了高接枝度的功能接枝微粒PVA/SiO2。采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)及热重分析(TGA)等方法对产物微粒进行了表征。并深入研究了主要因素对VAc表面引发接枝聚合的影响。研究结果表明,采用氨基与过硫酸盐水溶性的氧化还原引发体系,在水和二甲亚砜的混合溶剂中,可以高效地实现油溶性单体VAc的表面引发接枝聚合。经过醇解反应,成功制得表面接枝有功能大分子PVA的功能接枝微粒PVA/SiO2。然后,以接枝微粒PVA/SiO2为固体吸附剂,对槲皮素、芦丁和染料木素三种黄酮类化合物进行了吸附研究,考察了主要因素对吸附性能的影响,深入探讨了吸附机理,并研究了吸附热力学。研究结果表明,由于接枝微粒PVA/SiO2表面含有高密度的羟基,使得该接枝微粒与黄酮类化合物分子之间,可形成多位点的常规氢键和π型氢键,正是这两种类型的氢键使功能接枝微粒PVA/SiO2对三种黄酮都产生了很强的物理吸附作用。溶剂的竞争吸附对黄酮化合物的吸附容量会产生很大的影响,以弱极性的1,2-二氯乙烷(DCE)为溶剂时,几乎不存在溶剂的竞争吸附,槲皮素、芦丁和染料木素具有很高的吸附容量,而在质子溶剂乙醇中,强烈的溶剂竞争吸附使三者的吸附容量均大大降低。升高温度会减弱氢键作用,甚至使氢键断裂,导致吸附容量减小。质子溶剂中电解质的存在,对吸附作用产生负性影响。功能微粒PVA/SiO2对黄酮类化合物的吸附为放热过程,且为焓驱动的吸附过程,吸附模式符合Langmuir模型。最后,使用本课题组新建立的“接枝交联聚合与印迹过程同步进行”的新型分子表面印迹方法,以甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,染料木素为模板分子,凭借主-客体之间的常规氢键和π型氢键两类氢键相互作用,在氨基/过硫酸盐氧化还原引发体系作用下,使MAA及交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)在硅胶微粒表面发生接枝交联聚合,除去模板,成功地制备了染料木素分子表面印迹材料MIP-PMAA/SiO2。采用静态、动态及竞争性吸附等实验方法,考察了染料木素印迹材料MIP-PMAA/SiO2对染料木素的识别选择性与结合亲和性,研究结果表明,染料木素表面印迹材料对模板分子具有优良的结合亲和性,结合容量可高达0.36mmol·g-1,更重要的是该印迹材料对染料木素具有特异的识别选择性,相对于槲皮素和芦丁,MIP-PMAA/SiO2对染料木素的选择性系数分别高达5.4和11.8。研究结果还表明,印迹条件对印迹材料的选择性能具有很大的影响,当单体与模板的比例为4:1,单体与交联剂的比例为5:1时,印迹材料具有最好的识别选择性。依同样的方法,制备槲皮素分子表面印迹材料MIP-PMAA/SiO2,并考察槲皮素印迹材料对槲皮素的识别选择性和结合亲和性。研究结果表明,该印迹材料对槲皮素具有高的结合性能和识别选择性能。结合容量达0.33mmol·g-1;相对于染料木素和芦丁,印迹材料对槲皮素的选择性系数分别为4.4和7.69。此外,槲皮素印迹材料还具有优良的洗脱性能,以0.001mmol·L-1的NaOH作为洗脱剂,在19个床体积槲皮素的解吸率高达98.1%,有利于印迹材料的再生和重复使用。
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