紫杉醇硅膠表面分子印跡納米顆粒的制備

付 紹 平, 李 建 華, 朱 靖 博

( 大連工業大學 植物資源化學與應用研究所, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

分子印跡技術是模仿天然抗原-抗體反應原理,制備對某一特定分子(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。MIP一般采用本體聚合方法制備,此方法雖然簡單,但存在模板分子包埋過深難以洗脫、聚合物形狀不規則、機械性能低、色譜性能差等缺點[1]。分子印跡納米材料是通過在納米硅膠表面形成分子印跡聚合物薄層,制備出高產率、窄分布的復合粒子。通過使用這種方法,使結合位點處于表面印跡薄層之中,可較大程度上減少“包埋”現象,提高其可接近性,加速識別的動力學[2]。

紫杉醇主要存在于紅豆杉屬植物中,是紫杉烷類化合物的一種[3],抗癌機理獨特[4],目前被用于多種癌癥的一線治療。但是由于紫杉醇在紅豆杉屬植物中含量十分低,而且紫杉烷類化合物結構復雜且十分相似,給紫杉醇的分離帶來了巨大的困難,給日益增長的市場需求帶來嚴重的來源危機。因此,合成對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,對紫杉醇有較高的結合量和結合特異性；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,對紫杉醇表現了高度的結合量和特異選擇性。

本研究首次以紫杉醇為模板分子,共價連接到異氰酸酯丙基三乙氧基硅烷(IPTS)上形成復合物,然后復合物與交聯劑正硅酸乙酯(TEOS)通過溶膠-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 驗

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DIONEX公司；SC-3610低速離心機,安徽中科中佳科學儀器有限公司；ZD-85A 氣浴恒溫恒速振蕩器,江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠；CL-2型恒溫加熱磁力攪拌器,鞏義市予華儀器有限責任公司。

紫杉醇,純度>99%,大連博邁科技發展有限公司；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Stober等[7]的方法,二氧化硅納米顆粒是通過TEOS在堿性條件下水解制得,具體實驗步驟如下:將4.5 mL的TEOS和80 mL正丁醇加入到250 mL的磨口錐形瓶中,在攪拌狀態下,加入20 mL的氨水,反應在室溫下進行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共價結合物的制備

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復合物、0.2 mL TEOS、0.4 mL的醋酸溶液(1.0 mol·L-1),常溫反應20 h得到高度交聯的聚合物,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,產物在4 500 r/min下離心15 min 后依次通過無水THF、無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,只是在制備過程中不加入模板分子。

1.2.4 掃描電鏡進行表征

利用掃描電子顯微鏡對聚合物微球的表面結構進行分析。

1.2.5 等溫吸附實驗

準確稱取紫杉醇印跡納米顆粒及相應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,在室溫下振蕩反應一定時間(除動力學實驗外,其余實驗中的吸附時間均為20 h),用0.22 μm濾膜過濾,HPLC檢測分析其濃度。根據結合前后溶液中紫杉醇的濃度變化可計算聚合物對紫杉醇的結合量Q(mg/g) ,平行測定3次取平均值。

2 結果與討論

2.1 紫杉醇-IPTS共價結合物的制備

圖1 紅外圖譜示意紫杉醇-IPTS形成機理

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進行的聚合反應[10]。但是,有機引發劑進行引發聚合而形成的表面涂覆是復雜的,因為有機引發劑的化學穩定性差,不能形成穩定的表面結構。本實驗采用溶膠-凝膠反應進行硅膠納米顆粒表面的化學涂覆。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),為進一步涂覆做好了準備。當二氧化硅納米顆粒均勻地分散于溶膠-凝膠反應體系中時,表面羥基可以使凝膠反應在硅膠納米顆粒表面均勻發生,從而在母核上形成薄層結構。

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 ℃下通過熱裂解方式除去,同時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應的氨基,從而形成了與模版分子大小吻合、結合位點一致的空穴。而納米結構的印跡材料具有比表面積大、結合位點多、吸附容量大和傳質阻力小等特點。由于印跡材料的尺寸小,印跡位點有良好的可接近性,模板分子在洗脫過程中所需要的擴散距離小,模板分子容易洗脫完全。

2.3 掃描電鏡進行表征

二氧化硅納米微球和紫杉醇印跡納米顆粒用掃描電鏡進行表征,其電鏡圖片見圖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小；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態吸附曲線

在室溫下研究了紫杉醇印跡納米顆粒的吸附動力學行為,繪制了吸附動力學曲線如圖3所示。可見,印跡納米顆粒的吸附量在前120 min內增加迅速,之后增速變緩,6 h后基本達到平衡。

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態吸附曲線

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吸附曲線

采用靜態吸附法測定了紫杉醇印跡納米顆粒及空白印跡納米顆粒對紫杉醇的吸附等溫線,吸附結果見圖4。由圖4可見,印跡納米顆粒對模板分子的吸附量要明顯高于空白印跡納米顆粒,這說明兩種聚合物的空間結構存在差異,在印跡過程中紫杉醇在印跡納米顆粒中留下了與之空間結構相匹配的具有多重作用點的三維空穴,這種空穴對紫杉醇具有高度親和力和特異識別性,所以紫杉醇印跡納米顆粒對紫杉醇的吸附量大；而在空白印跡納米顆粒中功能團的分布是任意的,沒有形成與模板分子在空間結構上互補的空穴和結合位點,它對紫杉醇沒有特異識別性,對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紫杉醇的吸附量小。

圖4 紫杉醇的等溫吸附曲線

3 結 論

本實驗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紫杉醇有較高的吸附容量和較好的印跡效果。

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[5] 朱林敏,朱文佳,周鋒偉,等. 紫杉醇分子印跡聚合物的制備及其吸附性能[J]. 大連工業大學學報, 2011, 30(4):246-249.

(ZHU Lin-min, ZHU Wen-jia, ZHOU Feng-wei, et al. Preparation of molecularly imprinted polymer and its adsorption characteristics for taxol[J]. Journal of Dalian Polytechnic University, 2011, 30(4):246-249. )

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