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分子印迹技术(Molecular Imprinting Technology,MIT)是一种制备对目标化合物(模板分子)具有强亲和力和高选择性的高分子聚合物材料的新型技术。制备的分子印迹聚合物(Molecularly ImprintedPolymers,MIPs)在空间结构和功能基位置上与模板分子高度吻合,从而对模板分子及其结构类似物具有高度的选择性和专一性的识别能力。目前MIT广泛应用于分离、分析、催化、传感器等各个领域,发展前景十分广阔。
中草药成分复杂,对中草药中活性成分的分离纯化是提高中草药制剂质量和药效的关键。因此,开展从复杂的中草药体系中选择性地分离和提取有效功能因子的研究具有十分重要的应用价值和现实意义。
本文对MIT的基本原理、MIPs的制备和应用进行了较为全面的综述,对MIT当前存在的问题和未来的发展趋势进行了分析和展望。本实验以杨梅黄素为模板分子,基于牺牲硅胶法制备了杨梅黄素分子印迹聚合物(PS),运用傅立叶-红外光谱仪(FT-IR)、紫外可见光谱仪(UV-vis)、热重分析仪(TG)、扫描电镜(SEM)、比表面与孔隙度分析仪等对其进行了结构表征。通过光谱法考察了模板分子和功能单体之间的非共价作用,并研究了致孔剂用量、功能单体种类、交联剂用量等因素对聚合物吸附性能的影响,优化了分子印迹聚合物的合成条件。采用静态吸附实验,考察了印迹聚合物的吸附特性和分子识别性能,对聚合物的印迹机理进行了探讨。同时,采用本体聚合法在该条件下制备了杨梅黄素印迹聚合物(PT),对其结构和性能进行了表征。比较了PS和PT在表面微结构、吸附性能、印迹效率、动力学性能、色谱性能及再生性能上的差异。
主要研究结果如下:
1.PS的最佳制备条件为:以甲醇为溶剂(用量:MYR0.2 mmol时为6 mL),n(MYR)∶n(2-vP)∶n(EDMA)=1∶8∶40,60℃下聚合36 h。利用本体聚合法,以相同物料配比,60℃条件下聚合24h制备了PT。
2.紫外(UV-vis)、红外(FT-IR)、热重(TG)、扫描电镜(SEM)、比表面分析仪等分析表明:MYR与功能单体2-VP间存在着较强的非共价键作用;PS为粒径均一的球形颗粒,具有较大的比表面积,有良好的热稳定性;PT颗粒不规则,表面呈多孔状,有良好的热稳定性。
3.PS对模板分子MYR具有很好的亲和性及吸附选择性,其等温吸附曲线符合Langmuir吸附等温式。Scatchard分析结果表明:PS对MYR存在等价的同类结合位点,其平衡离解常数Kd1=3.751×10-3mol·L-1,最大表观结合量Qmax1=75.901μmol·g-1。PS的表观印迹效率Eial为90.7%;吸附动力学实验表明,PS与底物的结合速率很快,在1h左右就达到了平衡。
4.PT对MYR具有较好的亲和性及吸附选择性,其等温吸附曲线符合Langmuir吸附等温模型,Scatchard分析表明,PT对MYR存在等价的同类结合位点,其PT平衡离解常数:Kd2=7.728×10-3mol·L-1,最大表观结合量:Qmax2=60.540μmol·g-1。PT的表观印迹效率Eia2为72.3%;吸附动力学实验表明,PT在约1h内,与底物结合速率非常快,然后速率有所下降,2.5h基本达到平衡。
5.将PS和PT运用于固相萃取,并与HPLC离线式联用。结果表明PS和PT对MYR的静态分配系数均大于其他底物,表现出较好的分子识别能力;对类似物的分离因子α均大于1,说明PS和PT可以对各底物产生有效的分离和识别。
6.通过对PS和PT在表面微结构、吸附性能、印迹效率、动力学性能、色谱性能及再生性能的比较表明: PS颗粒粒径均一规整,具有较大的比表面积;PS比PT印迹效率更高,且具有更好的吸附性能、对底物的分子识别能力和结合速率。