矢车菊素花色苷分子印迹识别受体的构建及吸附机理研究

来源 :赵倩玉 |
人体内自由基产生过多或清除能力下降,是导致人类疾病和衰老发生的潜在原因。花色苷是一种广泛存在于植物中的天然类黄酮色素,因其结构中富含酚羟基,能有效清除人体内的自由基,已经成为食品及医药领域最具研究价值和开
人体内自由基产生过多或清除能力下降,是导致人类疾病和衰老发生的潜在原因。花色苷是一种广泛存在于植物中的天然类黄酮色素,因其结构中富含酚羟基,能有效清除人体内的自由基,已经成为食品及医药领域最具研究价值和开发潜力的天然抗氧化剂。然而,花色苷传统的分离过程繁琐复杂,其结构易被破坏,使其生物活性下降甚至丧失,成为制约其深入研究与开发的瓶颈问题。本文以花色苷为研究对象,集成磁纳米的快速分离、共价有机骨架的高吸附容量和分子印迹的选择性识别等优势,构建具有快速分离、高效吸附和特异性识别花色苷的新型纳米分离材料,为推动花色苷构效关系的深入研究和产业化发展具有重要的理论意义及应用价值。主要研究内容如下:针对传统分离方法分离效果不理想、分离周期长和产品得率极低的缺点,利用表面分子印迹技术结合磁分离技术,首次构建了对矢车菊素-3-O-芸香糖苷(C3R)具有特异性识别和高分离效率的吸附介质。首先在硅烷化磁纳米表面引入双键基团制备双键化磁性载体,然后通过双键聚合反应,使分子印迹层包覆到磁性载体表面。选取与C3R结构相似的芦丁作为虚拟模板,解决了花色苷作为模板分子不稳定的问题。采用非分子印迹聚合物库筛选方法一次性高通量筛选出合适的分子印迹体系。所制备的虚拟模板磁性表面分子印迹聚合物(DMMIPs)吸附量和对槲皮素的选择系数分别为15.69 mg/g和15.49,吸附动力学时间较快(80 min),且具有磁响应性。DMMIPs通过形状选择性、π-π相互作用和氢键,实现在水相中专一性识别富集C3R,将蓝靛果粗提物中C3R的纯度提高到89.16%,回收率为82.34%,整个过程只需要3 h。本方法简化了花色苷繁琐的分离纯化步骤,为花色苷的分离提供了新的思路。为克服表面分子印迹吸附量不高的缺点,本研究将分子印迹(MIPs)和共价有机骨架(COFs)相融合,研发了β-酮烯胺连接的磁性共价有机骨架分子印迹聚合物(MCMIPs)。首先在磁性纳米四氧化三铁中掺杂1,6-己二胺制备氨基化磁性载体,然后通过席夫碱反应,使具有印迹孔穴的共价有机骨架在磁性载体上形成。引入具有多孔结构和大π电子体系的COFs提供了更多的识别位点并增强π-π相互作用,显著提高分子印迹聚合物的吸附能力(提升至126.71 mg/g),照上一个工作吸附量提高了7倍,并且远高于文献中报道的大孔树脂XAD-2的吸附量0.67 mg/g。COFs的刚性骨架结构有效地防止了分子印迹孔腔的坍塌,保证了识别位点空间构型的准确性。新型β-酮烯胺连接的MCMIPs可以在温和条件下合成,在很大程度上保证矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(C3G)的结构完整性,可以替代虚拟模板分子印迹策略,为热敏/光敏性物质的分子印迹材料合成提供新策略。实验结果表明MCMIPs具有优异的选择性(对槲皮素的选择系数为5.95),吸附可逆性(洗脱率98.68%)和良好的稳定性可重复使用。只需要借助MCMIPs,经过一次分离,就从欧洲越桔和黑果花楸两种浆果中获得了纯度大于88%的C3G,在分离纯化花色苷领域有着巨大的应用前景。为解决仿生受体MIPs和天然识别体系相比亲和性和选择性低的问题,开发了亲水性多功能单体共价有机骨架分子印迹聚合物(HMCMIPs)。以对氨基苯磺酸、2,6-二氨基蒽醌和钙离子作为功能单体,与模板分子C3G的不同部位形成静电相互作用、π-π作用、氢键和螯合作用,多种类型作用协同增强模板分子和功能单体间作用力,从而提高选择性和亲和性。HMCMIPs对C3G的结合常数高达3.33×10~6 M-1,与文献报道的MIPs的结合常数(4.71×10~2 M-1)提高了四个数量级,甚至高于天然识别受体凝集素的结合常数(10~3~10~4M-1)两到三个数量级。选择性比MCMIPs提高了大约6倍(对槲皮素的选择因子36.67),HMCMIPs的吸附量高达1566.11 mg/g取得突破性进展。此外本研究提出了一种新的功能化修饰方法“功能模块嵌入法”,实现合成修饰一体化,操作简单,扩展COFs材料多样化。该方法中的功能模块扮演着“终止子”的角色对材料的生长有截断作用,通过调节终止速率和延长速率从而对材料形貌精准控制,攻克了传质速率慢的问题。只需耗时2 h就可获得纯度为93.72%的C3G,回收率为97.09%,HMCMIPs的高选择性有效地提高分离效率,缩短分离周期,避免因多次分离造成的固定相不可逆吸附导致的损失,提高回收率,十分具有应用潜力。本研究的开展为推动花色苷的深入研究和产业化奠定理论基础。
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