一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法，利用本方法可制得高性能的苦参碱分子表面印迹聚合物材料，其以硅胶作为基质，机械性能好，适于工业生产；以苦参碱为模板分子，戊二醛为交联剂，采用“先接枝聚合-后交联印迹”的新型分子表面印迹技术制备出苦参碱分子表面印迹聚合物材料，其表面的聚合物薄层内分布有大量的苦参碱印迹空穴，对苦参碱表现出特异的识别选择性与优良的结合亲和性，洗脱性能优良，具有良好的再生与循环使用性能，这对于从植物组织中有效地分离提取药理活性物质，具有明显的参考价值。
【专利说明】一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物碱分离纯化和分子印迹材料制备的【技术领域】，具体涉及一种苦参碱分子表面印迹材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]生物碱是一大类广泛分布于多种植物组织中的天然有机化合物，大多具有较复杂的氮杂环结构，具有重要的生理活性与药理活性，科学高效地从植物组织中提取、分离与纯化生物碱，在医药学领域具有巨大的应用潜力，需要大力发展。而苦参碱是一种具有显著的抗肿瘤、抗菌、抗病毒等药理活性的生物碱，主要来源于豆科植物苦参及苦豆子。苦参碱作为抗癌药物，具有重大的开发价值的。苦参碱粗提取液中至少含有21种生物碱与多种黄酮类物质，因此，苦参碱的分离纯化是一项十分复杂的提取工程。
[0003]近年来，以分子印迹聚合物为固体吸附剂的固相萃取技术，广泛应用于物质的识另O、分离、纯化、富集和药理活性物质的提取等众多科技领域。但目前制备生物碱印迹聚合物材料的方法大多为传统方法，即包埋法，具有制备过程繁杂、产物性能差等诸多缺点，明显影响固相萃取的效率。
[0004]因此，制备高效的苦参碱分子表面印迹材料，用于固相萃取来分离纯化苦参碱具有非常重要的实用价值。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决生物碱特别是苦参碱分离纯化的技术问题，提供了一种高效的苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法。
[0006]本发明的主要思路为:先通过“表面引发接枝聚合”法在微米级硅胶微粒表面接枝聚合了带有苯磺酸钠基团的功能大分子；然后，采用“先接枝聚合-后交联印迹”的新型分子表面印迹技术，借助功能接枝大分子与苦参碱分子之间的强静电相互作用，结合戊二醛的特殊性能，制得高性能的苦参碱分子表面印迹材料。
[0007]本发明提供的技术方案是:一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤一，制备功能接枝微粒SAS-PGMA/Si02:在甲苯溶剂中，活化硅胶与偶联剂Y -巯丙基三甲氧基硅烷反应，制得表面含有巯基的改性硅胶微粒MPMS-SiO2 ;在DMF溶剂中，改性硅胶微粒MPMS-SiO2与单体GMA在氮气氛围和引发剂AIBN存在下，使单体GMA发生表面引发接枝聚合，制得接枝微粒PGMA/Si02 ;将接枝微粒PGMA/Si02加入到DMF溶剂中使之溶胀后，加入溶有间二氨基苯磺酸钠SAS的水溶液，体系pH调节至12，80°C下搅拌使接枝大分子PGMA的环氧基团与SAS对位氨基之间发生开环反应，反应结束后得到苯磺酸钠功能化的接枝微粒 SAS-PGMA/Si02 ； 步骤二，功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02对生物碱的饱和吸附:将功能接枝微粒SAS-PGMA/Si02置于苦参碱水溶液中，调节体系的pH值为6，恒温振荡后使功能接枝微粒对苦参碱的吸附达到饱和，滤出微粒，真空干燥；
步骤三，制备苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP-SAS-PGMA/Si02:将饱和吸附了苦参碱的功能接枝微粒置于苦参碱水溶液中，调节体系的PH值为6，加入溶有交联剂的水溶液，在45-50°C下搅拌至反应结束，浸泡洗涤后除去模板分子苦参碱，即得苦参碱分子表面印迹聚合物材料 MIP-SAS_PGMA/Si02，简化为 MIP_SASP/Si02。[0008]作为本发明的优选方案，步骤一中以克为计量单位的接枝微粒PGMA/Si02、以毫升为计量单位的DMF溶剂和溶有间二氨基苯磺酸钠SAS的水溶液的用量比例为1.5-2.0:50:10，其中溶有间二氨基苯磺酸钠SAS的水溶液中，每IOml水溶液中溶有4.19-5.58g间二氨基苯磺酸钠SAS。
[0009]作为本发明的优选方案，步骤二中以克为计量单位的功能接枝微粒SAS-PGMA/SiO2、以毫升为计量单位的苦参碱水溶液的用量比例为2-3:100-150，其中苦参碱水溶液的浓度为2.0g/L。
[0010]作为本发明的又一优选方案，步骤三中所用的交联剂为戊二醛，其浓度为8g/L ；步骤三中苦参碱水溶液的浓度为2.0g/L,以克为计量单位的饱和吸附了苦参碱的功能接枝微粒、以毫升为计量单位的溶有交联剂戊二醛的水溶液的用量比例为1-1.5:10-15。
[0011]本发明的有益效果如下:
(1)以硅胶作为基质，机械性能好，适于工业生产；
(2)以苦参碱为模板分子，戊二醛为交联剂，采用“先接枝聚合-后交联印迹”的新型分子表面印迹新技术制备出苦参碱分子表面印迹聚合物材料，其表面的聚合物薄层内分布有大量的苦参碱印迹空穴，对苦参碱表现出特异的识别选择性与优良的结合亲和性，洗脱性能优良，具有良好的再生与循环使用性能，这对于从植物组织中有效地分离提取药理活性物质，具有明显的参考价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为功能接枝微粒SAS-PGMA/Si02的制备过程；
图2为苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02的制备过程；
图3为接枝微粒PGMA/Si02与功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02的红外光谱图；
图4为功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02对三种生物碱的等温吸附线图；
图5为苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02对三种生物碱的等温结合线
图；
图6为功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02对三种生物碱的动态吸附曲线图；
图7为苦参碱分子表面印迹聚合物材料三种生物碱的动态结合曲线图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图用具体实施例来进一步详细描述本发明所称的一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法，所述领域的技术人员在阅读了本具体实施例后，能够实现本发明所述的技术方案，同时也能够体现本发明所述的优点与积极效果。
[0014]实施例1:本发明的一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法，具体步骤如下:步骤一，制备功能接枝微粒SAS-PGMA/Si02:
①在装有电动搅拌器、冷凝回流管及温度计的四口瓶中，加入2.5g活化硅胶，125ml甲苯溶剂和2.5mL的偶联剂Y-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)，在110°C下反应12h，结束反应后，抽滤，产物微粒先用甲苯洗涤，再用乙醇反复洗涤，真空干燥，即制得表面含有巯基的改性硅胶微粒MPMS-SiO2 ；
②在装有电动搅拌器、回流冷凝管及温度计的四口烧瓶中，加入1.2g的改性微粒MPMS-SiO2,再加入70mL的DMF和9.9-10.0mL单体GMA，通氮气30min，以排除体系中的空气，将体系的温度升至55 °C，然后加入0.0867g引发剂AIBN，恒温搅拌下进行接枝聚合反应；反应结束后，抽滤，分离出产物微粒，再在索氏抽提器中用丙酮抽提20-24h，以除去物理吸附在微粒表面的均聚物，然后真空干燥至恒重，即得接枝微粒PGMA/Si02 ；
③在装有电动搅拌器、回流冷凝管及温度计的四口烧瓶中，加入1.5g接枝微粒PGMA/SiO2，加入50mL溶剂DMF使之溶胀后，加入IOml溶有4.19g间二氨基苯磺酸钠SAS的水溶液，体系PH调节至12，80°C，搅拌条件下，进行开环反应；反应结束后，抽滤，用蒸馏水和乙醇反复洗涤，真空干燥至恒重，得到苯磺酸钠功能化的接枝微粒SAS_PGMA/Si02。
[0015]步骤二，功能接枝微粒SAS-PGMA/Si02对生物碱的饱和吸附:
称取2g功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02，置于IOOmL浓度为2.0g/L的苦参碱水溶液中，调节体系的PH值，使pH=6，将溶液置于恒温振荡器中，恒温振荡4-6h，使功能接枝微粒对苦参碱的吸附达到饱和，滤出微粒，真空干燥。
[0016]步骤三，制备苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP-SAS-PGMA/Si02:
称取Ig饱和吸附了苦参碱的功能接枝微粒，置于浓度为2.0 g/L苦参碱的水溶液中，调节体系的PH值，使pH=6，加入IOmL溶有交联剂戊二醛(浓度为8 g/L)的水溶液，在45°C下搅拌反应24h ;反应结束后，在搅拌下用稀NaOH CpH=Il)溶液反复浸泡洗涤，除去模板分子苦参碱，真空干燥，即得苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP-SAS_PGMA/Si02，简化为MIP_SASP/Si02。
[0017]实施例2:
步骤一，制备功能接枝微粒SAS-PGMA/Si02:
①在装有电动搅拌器、冷凝回流管及温度计的四口瓶中，加入3.0g活化硅胶，130ml甲苯溶剂和3.0mL的偶联剂Y-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)，在110°C下反应12h，结束反应后，抽滤，产物微粒先用甲苯洗涤，再用乙醇反复洗涤，真空干燥，即制得表面含有巯基的改性硅胶微粒MPMS-SiO2 ；
②在装有电动搅拌器、回流冷凝管及温度计的四口烧瓶中，加入1.5 g的改性微粒MPMS-SiO2，再加入70mL的DMF和10.0mL单体GMA，通氮气30min，以排除体系中的空气，将体系的温度升至55°C，然后加入0.0874g引发剂AIBN，恒温搅拌下进行接枝聚合反应；反应结束后，抽滤，分离出产物微粒，再在索氏抽提器中用丙酮抽提20-24h，以除去物理吸附在微粒表面的均聚物，然后真空干燥至恒重，即得接枝微粒PGMA/Si02 ；
③在装有电动搅拌器、回流冷凝管及温度计的四口烧瓶中，加入2.0g接枝微粒PGMA/SiO2，加入50mL溶剂DMF使之溶胀后，加入IOml溶有5.58g间二氨基苯磺酸钠SAS的水溶液，体系PH调节至12，80°C，搅拌条件下，进行开环反应；反应结束后，抽滤，用蒸馏水和乙醇反复洗涤，真空干燥至恒重，得到苯磺酸钠功能化的接枝微粒SAS-PGMA/Si02 ；
步骤二，功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02对生物碱的饱和吸附:
称取3g功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02，置于150mL浓度为2.0g/L的苦参碱水溶液中，调节体系的PH值，使pH=6，将溶液置于恒温振荡器中，恒温振荡4-6h，使功能接枝微粒对苦参碱的吸附达到饱和，滤出微粒，真空干燥；
步骤三，制备苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP-SAS_PGMA/Si02:
称取1.5g饱和吸附了苦参碱的功能接枝微粒，置于浓度为2.0 g/L苦参碱的水溶液中，调节体系的PH值，使pH=6，加入15mL溶有交联剂戊二醛(浓度为8 g/L)的水溶液，在50°C下搅拌反应24h ;反应结束后，在搅拌下用稀NaOH (pH=ll)溶液反复浸泡洗涤，除去模板分子苦参碱，真空干燥，即得苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP-SAS_PGMA/Si02，简化为 MIP_SASP/Si02。
[0018]图1和图2分别示出了功能接枝微粒SAS-PGMA/Si02和苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02的制备过程。
[0019]图3示出了接枝微粒PGMA/Si02与功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02的红外光谱图，在接枝微粒PGMA/Si02的红外谱图中，于908CHT1处和1740CHT1处出现了接枝大分子PGMA的环氧基团和酯羰基特征振动吸收；而在SAS_PGMA/Si02的红外谱图中，在1600 cnT1和1486CnT1处出现了苯环的骨架特征振动吸收峰，更重要的是908CHT1处环氧基团的特征吸收峰消失，而在660 cm—1处出现了氨基的特征吸收峰，且在3440 cm—1处出现了羟基的振动吸收峰，这都是环氧基团开环反应的结果。另外，在1010 cnT1处出现了磺酸基的特征吸收。上述谱峰数据的变化充分表明，SAS已与接枝大分子PGMA的环氧基团发生了开环反应，将苯磺酸钠基团键合在接枝大分子侧链侧链，形成了功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02。
[0020]选择氧化苦参碱和金雀花碱作为两种对照物，考察苦参碱分子表面印迹材料MIP-SASP/Si02的分子识别特性。氧化苦参碱是苦参碱的一种氧化形式，其化学结构与苦参碱十分相似，只是分子结构中比苦参碱多了一个氧原子；金雀花碱也是一种重要的生物碱，其化学结构也与苦参碱由一定的相似性；更重要的是氧化苦参碱及金雀化碱与苦参碱都是存在于苦参等豆科植物中，三种生物碱都具有很高的药用价值。
[0021]效果证明实验一:
采用静态法，使用功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02与苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02，分别对水介质中的苦参碱、氧化苦参碱及金雀花碱进行了等温吸附实验。具体过程为:室温下，20mL浓度系列变化的苦参碱溶液，并分别加入准确称取的质量约为0.1g的苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP-SASP/Si02，在浴恒温振荡器中恒温振荡4h，使结合达到平衡，静置分离，测定上清液中苦参碱的平衡浓度，计算苦参碱的平衡结合量仏(mg/g)，绘制等温结合线；采用同法，将苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02分别加入氧化苦参碱溶液和金雀花碱溶液中，测定出这两种生物碱的平衡浓度，绘制他它们的等温结合线；并用同样的方法绘制功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02对三种生物碱的等温吸附线。图4示出了 SAS_PGMA/Si02对三种物质的等温吸附线，图5示出了 MIP_SASP/Si02对三种物质的等温结合线。图4显示，功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02对三种生物碱性都具有高的吸附容量(吸附容量在31-39mg/g)，显然，吸附没有选择性。但是，图5中却清楚地显示，苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02对金雀花碱与氧化苦参碱的结合量大幅度下降，前者的最大吸附量由31 mg/g降到5mg/g，后者的最大吸附量则由37mg/g降到20 mg/g。显然，苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02对金雀花碱基本不识别与不结合，对氧化苦参碱的结合性能也大为减小。但对于苦参碱，不但保持了原来高的结合容量，而且还有所提高(最高吸附量由38 mg/g上升至45mg/g)。上述实验事实充分地表明，苦参碱具有的特异的识别选择性与高度的结合亲和性。苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02表面的聚合物薄层内，分布有大量苦参碱分子的印迹孔穴，这些空穴在尺寸大小、空间结构和作用位点等方面与模板分子苦参碱分子是高度匹配的，故对苦参碱具有特异的识别能力，产生很强的结合作用，导致很高的结合容量；而对金雀花碱而言，苦参碱印迹孔穴在尺寸大小、空间结构和作用位点等方面都是与之是不匹配的，印迹空穴难于容纳金雀化碱分子进入其中，故印迹材料MIP_SASP/Si02对金雀化碱基本不识别与不结合，导致很低的结合容量；对于氧化苦参碱而言，其化学结构虽然与苦参碱十分相似，但分子结构毕竟有所变化，且其分子体积也比苦参碱稍大些，导致苦参碱印迹空穴与氧化苦参碱分子相当程度的不匹配性，故结合容量大为下降。
[0022]效果证明实验二:
采用动态法，使用功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02与苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02，分别对水介质中的金雀花碱、苦参碱及氧化苦参碱进行了动态等温吸附实验。具体过程为:室温下，在内径为IOmm的玻璃管中填装2.0g的苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02，使填充柱的床体积为2mL ;将浓度为lg/L的苦参碱溶液以4BV的流速以逆流的方式通过填充柱，以2BV的间隔收集流出液，测定流出液中苦参碱的浓度，绘制动态结合曲线；采用同法，使氧化苦参碱和金雀花碱溶液分别逆流地通过苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02的填充柱，测定流出液中的两对比生物碱的浓度，绘制它们的动态结合曲线；并用同样的方法绘制功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02对三种生物碱的动态吸附曲线。图6示出了 SAS_PGMA/Si02对三种生物碱的动态吸附曲线，图7示出了MIP-SASP/Si02对三种生 物碱的动态结合曲线。从图6可以看出，当三种生物碱溶液的流速分别逆流通过SAS_PGMA/Si02填充柱时，泄漏体积分别为12 BV (金雀花碱)、16 BV (苦参碱)和17BV (氧化苦参碱)，相差不大，表明该填充柱对三种生物碱的吸附性能相近，基本无识别选择性。由图7可以看出，当三种生物碱溶液逆流通过MIP_SASP/Si02填充柱时，两种对比物质的泄漏体积大幅度下降，金雀花碱降至2 BV，氧化苦参碱降至6BV，充分显示出苦参碱印迹材料填充柱对于两种对比生物碱基本不选择、不识别和不结合，其原因仍在于这些空穴在尺寸大小、空间结构和作用位点等方面与被结合物的不匹配性。而当苦参碱溶液逆流通过MIP_SASP/Si02填充柱时，泄漏体积仍保持较高的数值，且还有所增加，由16BV增大至19 BV，表现出苦参碱分子表面印迹聚合物材料填充柱对苦参碱具有特异的识别选择性。经计算，金雀花碱的泄露结合量与饱和结合量仅为2 mg/g与8 mg/g，而苦参碱的泄露吸附量与饱和吸附量则高达36mg/g与48 mg/g。
[0023]效果证明实验三:
采用竞争性吸附实验，配制苦参碱/金雀花碱与苦参碱/氧化苦参碱的二元混合溶液，使用苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02，进行了竞争吸附实验。具体过程为:配制浓度均为lg/L的苦参碱/氧化苦参碱和苦参碱/金雀花碱两种二元混合溶液，取20mL混和溶液，分别加入准确称量的约0.1g的苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP_SASP/Si02，在恒温振荡器中振荡4h，使吸附达到平衡，静置分离，测定上清液中各物质的平衡浓度，计算三种物质的分配系数。表1和表2列出了各物质的分配系数&及材料的选择性系数I
[0024]表1苦参碱/金雀花碱体系的分配系数与选择性系数数据
【权利要求】
1.一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一，制备功能接枝微粒SAS-PGMA/Si02:在甲苯溶剂中，活化硅胶与偶联剂Y -巯丙基三甲氧基硅烷反应，制得表面含有巯基的改性硅胶微粒MPMS-SiO2 ;在DMF溶剂中，改性硅胶微粒MPMS-SiO2与单体GMA在氮气氛围和引发剂AIBN存在下，使单体GMA发生表面引发接枝聚合，制得接枝微粒PGMA/Si02 ;将接枝微粒PGMA/Si02加入到DMF溶剂中使之溶胀后，加入溶有间二氨基苯磺酸钠SAS的水溶液，体系pH调节至12，80°C下搅拌使接枝大分子PGMA的环氧基团与SAS对位氨基之间发生开环反应，反应结束后得到苯磺酸钠功能化的接枝微粒 SAS-PGMA/Si02 ； 步骤二，功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02对生物碱的饱和吸附:将功能接枝微粒SAS-PGMA/Si02置于苦参碱水溶液中，调节体系的pH值为6，恒温振荡后使功能接枝微粒对苦参碱的吸附达到饱和，滤出微粒，真空干燥； 步骤三，制备苦参碱分子表面印迹聚合物材料MIP-SAS_PGMA/Si02:将饱和吸附了苦参碱的功能接枝微粒置于苦参碱水溶液中，调节体系的PH值为6，加入溶有交联剂的水溶液，在45-50°C下搅拌至反应结束，浸泡洗涤后除去模板分子苦参碱，即得苦参碱分子表面印迹聚合物材料 MIP-SAS_PGMA/Si02，简化为 MIP_SASP/Si02。
2.根据权利要求1所述的一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于:步骤一中以克为计量单位的接枝微粒PGMA/Si02、以毫升为计量单位的DMF溶剂和溶有间二氨基苯磺酸钠SAS的水溶液的用量比例为1.5-2.0:50:10，其中溶有间二氨基苯磺酸钠SAS的水溶液中，每IOml水溶液中溶有4.19-5.58g间二氨基苯磺酸钠SAS0
3.根据权利要求1所述的一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于:步骤二中以克为计量单位的`功能接枝微粒SAS_PGMA/Si02、以毫升为计量单位的苦参碱水溶液的用量比例为2-3:100-150，其中苦参碱水溶液的浓度为2.0g/L。
4.根据权利要求1所述的一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于:步骤三中所用的交联剂为戊二醛，其浓度为8g/L。
5.根据权利要求1或4所述的一种苦参碱分子表面印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于:步骤三中苦参碱水溶液的浓度为2.0g/L,以克为计量单位的饱和吸附了苦参碱的功能接枝微粒、以毫升为计量单位的溶有交联剂戊二醛的水溶液的用量比例为1-1.5:10-15。
【文档编号】B01J20/26GK103601910SQ201310516064
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】高保娇, 雷青娟, 张正国, 安富强, 李延斌, 曹林交 申请人:中北大学