付 紹 平, 李 建 華, 朱 靖 博

( 大連工業(yè)大學(xué) 植物資源化學(xué)與應(yīng)用研究所, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

分子印跡技術(shù)是模仿天然抗原-抗體反應(yīng)原理,制備對(duì)某一特定分子(模板分子)具有高度親和性和特異選擇性的聚合物,即分子印跡聚合物(molecularly imprinted polymer, MIP)的技術(shù)。MIP一般采用本體聚合方法制備,此方法雖然簡(jiǎn)單,但存在模板分子包埋過(guò)深難以洗脫、聚合物形狀不規(guī)則、機(jī)械性能低、色譜性能差等缺點(diǎn)[1]。分子印跡納米材料是通過(guò)在納米硅膠表面形成分子印跡聚合物薄層,制備出高產(chǎn)率、窄分布的復(fù)合粒子。通過(guò)使用這種方法,使結(jié)合位點(diǎn)處于表面印跡薄層之中,可較大程度上減少“包埋”現(xiàn)象,提高其可接近性,加速識(shí)別的動(dòng)力學(xué)[2]。

紫杉醇主要存在于紅豆杉屬植物中,是紫杉烷類(lèi)化合物的一種[3],抗癌機(jī)理獨(dú)特[4],目前被用于多種癌癥的一線(xiàn)治療。但是由于紫杉醇在紅豆杉屬植物中含量十分低,而且紫杉烷類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜且十分相似,給紫杉醇的分離帶來(lái)了巨大的困難,給日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求帶來(lái)嚴(yán)重的來(lái)源危機(jī)。因此,合成對(duì)紫杉醇具有高親和性和選擇性的MIP具有重要意義。朱林敏等[5]以紫杉醇為模板分子,用本體聚合法合成了紫杉醇分子印跡聚合物,對(duì)紫杉醇有較高的結(jié)合量和結(jié)合特異性；Jianhua Li等[6]合成了以紫杉醇為模板的硅膠表面分子印跡聚合物,對(duì)紫杉醇表現(xiàn)了高度的結(jié)合量和特異選擇性。

本研究首次以紫杉醇為模板分子,共價(jià)連接到異氰酸酯丙基三乙氧基硅烷(IPTS)上形成復(fù)合物,然后復(fù)合物與交聯(lián)劑正硅酸乙酯(TEOS)通過(guò)溶膠-凝膠的方法涂覆在納米硅膠表面上,形成納米硅膠顆粒表面的印跡薄膜,去除模板分子即得到紫杉醇硅膠表面分子印跡納米顆粒。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與材料

JSM-6460LV掃描電鏡,日本電子公司；高效液相色譜儀,美國(guó)DIONEX公司；SC-3610低速離心機(jī),安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；ZD-85A 氣浴恒溫恒速振蕩器,江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；CL-2型恒溫加熱磁力攪拌器,鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

紫杉醇,純度>99%,大連博邁科技發(fā)展有限公司；異氰酸酯丙基三乙氧基硅烷(IPTS),純度>99%,TCI 公司；正硅酸乙酯(TEOS),分析純,成都市科龍化工試劑廠；二月桂酸二正丁基錫(DBDU),分析純,成都市科龍化工試劑廠；色譜所用試劑均為市售色譜純；其他所有試劑均為市售分析純。

1.2 方 法

1.2.1 二氧化硅納米顆粒的制備

根據(jù)Stober等[7]的方法,二氧化硅納米顆粒是通過(guò)TEOS在堿性條件下水解制得,具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:將4.5 mL的TEOS和80 mL正丁醇加入到250 mL的磨口錐形瓶中,在攪拌狀態(tài)下,加入20 mL的氨水,反應(yīng)在室溫下進(jìn)行24 h,在4 500 r/min 下離心15 min,得到二氧化硅納米顆粒。

1.2.2 紫杉醇-IPTS共價(jià)結(jié)合物的制備

1.2.3 紫杉醇印跡納米顆粒的制備

采用二氧化硅納米顆粒表面溶膠-凝膠的方法制備紫杉醇分子印跡納米顆粒,具體制備方法如下:將150 mg的二氧化硅納米顆粒和7.5 mL甲醇加入到10 mL磨口錐形瓶中,超聲振蕩,使納米顆粒均勻分散,然后加入 60 mg紫杉醇-IPTS復(fù)合物、0.2 mL TEOS、0.4 mL的醋酸溶液(1.0 mol·L-1),常溫反應(yīng)20 h得到高度交聯(lián)的聚合物,4 500 r/min下離心15 min得到聚合物。放置于60 ℃真空干燥箱中干燥至恒重。

為了去除模板,將得到的聚合物加入到15 mL DMSO和3 mL水的混合溶液中,在180 ℃ 下回流5 h,產(chǎn)物在4 500 r/min下離心15 min 后依次通過(guò)無(wú)水THF、無(wú)水乙醇和去離子水洗滌。然后放置于60 ℃真空干燥箱中干燥至恒重,得到紫杉醇分子印跡納米顆粒。

空白印跡聚合物的制備方法同上,只是在制備過(guò)程中不加入模板分子。

1.2.4 掃描電鏡進(jìn)行表征

利用掃描電子顯微鏡對(duì)聚合物微球的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1.2.5 等溫吸附實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確稱(chēng)取紫杉醇印跡納米顆粒及相應(yīng)的空白印跡納米顆粒各5 mg,分別置于磨口錐形瓶中,加入不同濃度的紫杉醇-丙酮溶液2 mL,在室溫下振蕩反應(yīng)一定時(shí)間(除動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)外,其余實(shí)驗(yàn)中的吸附時(shí)間均為20 h),用0.22 μm濾膜過(guò)濾,HPLC檢測(cè)分析其濃度。根據(jù)結(jié)合前后溶液中紫杉醇的濃度變化可計(jì)算聚合物對(duì)紫杉醇的結(jié)合量Q(mg/g) ,平行測(cè)定3次取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫杉醇-IPTS共價(jià)結(jié)合物的制備

圖1 紅外圖譜示意紫杉醇-IPTS形成機(jī)理

Fig.1 The FT-IR spectra of the formation mechanism of DG-IPTS complex

2.2 紫杉醇印跡納米顆粒的制備

硅膠納米顆粒表面的涂覆通常是由偶氮化合物或乙烯基引發(fā)進(jìn)行的聚合反應(yīng)[10]。但是,有機(jī)引發(fā)劑進(jìn)行引發(fā)聚合而形成的表面涂覆是復(fù)雜的,因?yàn)橛袡C(jī)引發(fā)劑的化學(xué)穩(wěn)定性差,不能形成穩(wěn)定的表面結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)采用溶膠-凝膠反應(yīng)進(jìn)行硅膠納米顆粒表面的化學(xué)涂覆。二氧化硅納米顆粒是由TEOS水解,聚合后制備,在其表面形成了大量的羥基(—OH),為進(jìn)一步涂覆做好了準(zhǔn)備。當(dāng)二氧化硅納米顆粒均勻地分散于溶膠-凝膠反應(yīng)體系中時(shí),表面羥基可以使凝膠反應(yīng)在硅膠納米顆粒表面均勻發(fā)生,從而在母核上形成薄層結(jié)構(gòu)。

尿烷鍵在高溫下容易在異氰酸酯鍵和羥基鍵中間斷裂[11],因此模板分子可以在180 ℃下通過(guò)熱裂解方式除去,同時(shí)水的加入可以使異氰酸酯鍵水解生成與模板分子空穴相對(duì)應(yīng)的氨基,從而形成了與模版分子大小吻合、結(jié)合位點(diǎn)一致的空穴。而納米結(jié)構(gòu)的印跡材料具有比表面積大、結(jié)合位點(diǎn)多、吸附容量大和傳質(zhì)阻力小等特點(diǎn)。由于印跡材料的尺寸小,印跡位點(diǎn)有良好的可接近性,模板分子在洗脫過(guò)程中所需要的擴(kuò)散距離小,模板分子容易洗脫完全。

2.3 掃描電鏡進(jìn)行表征

二氧化硅納米微球和紫杉醇印跡納米顆粒用掃描電鏡進(jìn)行表征,其電鏡圖片見(jiàn)圖2。兩種微球的粒徑大約在600 nm,印跡納米顆粒的表面印跡厚度非常??；兩種微球都是均勻的單分散的納米微球。

2.4 紫杉醇印跡納米顆粒的動(dòng)態(tài)吸附曲線(xiàn)

在室溫下研究了紫杉醇印跡納米顆粒的吸附動(dòng)力學(xué)行為,繪制了吸附動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)如圖3所示?？梢?jiàn),印跡納米顆粒的吸附量在前120 min內(nèi)增加迅速,之后增速變緩,6 h后基本達(dá)到平衡。

圖2 二氧化硅納米微球與紫杉醇印跡納米顆粒的SEM圖

Fig.2 SEM micrographs of silica nanospheres and paclitaxel-imprinted

圖3 紫杉醇印跡納米顆粒的動(dòng)態(tài)吸附曲線(xiàn)

Fig.3 The kinetic uptake of paclitaxel by paclitaxel-imprinted sorbent

2.5 紫杉醇印跡納米顆粒的靜態(tài)吸附曲線(xiàn)

采用靜態(tài)吸附法測(cè)定了紫杉醇印跡納米顆粒及空白印跡納米顆粒對(duì)紫杉醇的吸附等溫線(xiàn),吸附結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn),印跡納米顆粒對(duì)模板分子的吸附量要明顯高于空白印跡納米顆粒,這說(shuō)明兩種聚合物的空間結(jié)構(gòu)存在差異,在印跡過(guò)程中紫杉醇在印跡納米顆粒中留下了與之空間結(jié)構(gòu)相匹配的具有多重作用點(diǎn)的三維空穴,這種空穴對(duì)紫杉醇具有高度親和力和特異識(shí)別性,所以紫杉醇印跡納米顆粒對(duì)紫杉醇的吸附量大；而在空白印跡納米顆粒中功能團(tuán)的分布是任意的,沒(méi)有形成與模板分子在空間結(jié)構(gòu)上互補(bǔ)的空穴和結(jié)合位點(diǎn),它對(duì)紫杉醇沒(méi)有特異識(shí)別性,對(duì)紫杉醇的吸附主要是非特異性吸附,其吸附能力較弱,因而空白印跡納米顆粒對(duì)紫杉醇的吸附量小。

圖4 紫杉醇的等溫吸附曲線(xiàn)

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)以紫杉醇為模板分子,用溶膠-凝膠的方法合成了紫杉醇硅膠表面分子印跡納米顆粒。所制備的模板聚合物對(duì)紫杉醇有較高的吸附容量和較好的印跡效果。

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