除去硅膠法制備氧化苦參堿分子印跡聚合物

＊陳光優 胡光絨 雷以柱 田茂軍

（六盤水師范學院化學與材料工程學院 貴州 553004）

分子印跡技術是以模板分子為導向，設計和合成對某一種或某一類分析物具有特異性識別性能的分子印跡聚合物，分子印跡聚合物基體中存在大小、形狀和功能等方面與目標分子相匹配的結合位點，因此分子印跡聚合物對目標分子具有高效結合性和獨特的選擇性[1-3]。從提出分子印跡概念后分子印跡技術就得到迅速發展[4]，分子印跡技術廣泛應用于色譜填料、固相萃取[5]、催化[6-7]和生物傳感器等領域[8]，在化學、醫藥學和天然藥物的分離提取等方面具有十分樂觀的應用前景。

氧化苦參堿（OMT），又名苦參素，是從豆科屬植物苦參（Sophora flavescens Ait.）[9]中分離的具有生理活性的生物堿[10-11]。氧化苦參堿具有抗菌、殺蟲、利尿、抗病原體、心肌缺血保護、免疫作用、抗乙肝病毒及抗腫瘤作用等功效[10-12]。本文以硅烷偶聯劑（KH-550）修飾活化硅膠為載體，氧化苦參堿為模板分子，偶氮二異丁腈為引發劑，甲基丙烯酸為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑制備氧化苦參堿表面分子印跡聚合物，洗脫模板分子從而獲得具有與模板分子空間結構大小相匹配的氧化苦參堿表面分子印跡聚合物，用HF除去載體硅膠，即得除去硅膠分子印跡聚合物，用紅外光譜對分子印跡聚合物進行表征，動態吸附實驗、靜態吸附實驗和選擇吸附實驗考察分子印跡聚合物的吸附性能。

1.儀器與材料

(1)實驗儀器

DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（上海聚昆儀器有限公司）；AL204型電子分析天平（梅特勒-托利多儀器上海有限公司）；TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；HH-1型電動離心機（金壇市富華儀器有限公司）；FTIR-7600傅立葉變換紅外光譜儀（澳大利亞Lambda Scientific公司）；80-2型多功能振蕩儀（金壇市科析儀器有限公司）。

(2)實驗試劑

氧化苦參堿（純度98%，西安開來生物工程有限公司）；苦參堿（純度98%，西安開來生物工程有限公司）；金雀花堿（純度98%，西安開來生物工程有限公司）；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550，分析純，南京創世化工助劑有限公司）；氫氟酸（分析純，上海申博化工有限公司）；甲基丙烯酸（分析純，天津市光復精細化工研究所）；偶氮二異丁腈（化學純，天津市光復精細化工研究所）；乙二醇二甲基丙烯酸酯（分析純，天津市光復精細化工研究所）。

2.方法與結果

(1)分子印跡聚合物的制備

①硅膠的活化

硅膠（80目）用濃鹽酸浸泡48h，除去硅膠中的少量無機雜質，擴大比表面積使其孔穴分布更加均勻，有利于提高硅膠的吸附性能，蒸餾水洗滌至中性，100℃恒溫干燥除去硅膠中部分化學吸附水和所有的物理吸附水。

②硅膠的硅烷化

稱取50g活化硅膠于圓底燒瓶中，加入50mL硅烷偶聯劑（KH-550）和50mL乙醇95%，在72℃水浴攪拌18h，用乙醇反復清洗，除去未反應完的偶聯劑，70℃恒溫干燥24h，即得硅烷化硅膠。

③分子印跡聚合物的制備

氧化苦參堿表面分子印跡聚合物（SMIP）：稱取1.000g氧化苦參堿（OMT）于250mL錐形瓶中，50mL甲醇溶解，加入30.4g硅烷化硅膠，超聲脫氣10min，加入5mL乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）、3mL甲基丙烯酸（MAA）、0.2g偶氮二異丁腈（AIBN），密封，52℃恒溫攪拌48h，甲醇:乙酸（10:1）溶液洗滌，70℃恒溫干燥24h，即得氧化苦參堿表面分子印跡聚合物。

空白表面分子印跡聚合物（SNIP）：處理方法同氧化苦參堿分子印跡聚合物，只是沒有模板分子氧化苦參堿。

除去硅膠氧化苦參堿分子印跡聚合物（NS-SMIP）：干燥后的SMIP留2g備用外，余下用HF除去硅膠，70℃恒溫干燥，即得去除硅膠的氧化苦參堿分子印跡聚合物。

除去硅膠空白表面分子印跡聚合物（NS-SNIP）：處理方法同除去硅膠氧化苦參堿分子印跡聚合物。

(2)分子印跡聚合物的紅外光譜表征

分子印跡聚合物紅外光譜表征采用KBr壓片，分辨率2cm-1，掃描范圍450～4000cm-1。SMIP、OMT-SMIP和SNIP的紅外光譜圖見圖1。由圖1可知，3480cm-1是N-H伸縮振動特征吸收峰，3040cm-1是O-H伸縮振動特征吸收峰，2965cm-1是飽和C-H伸縮振動振動特征吸收峰，1722cm-1是酯的碳氧伸縮振動吸收峰，1611cm-1附近的峰是H-OH彎曲振動吸收峰，1488cm-1、1463cm-1是N-H彎曲振動吸收峰，1388cm-1是C-H彎曲振動吸收峰，1265cm-1是C-N伸縮振動吸收峰，1172cm-1、 962cm-1是Si-O的反對稱伸縮振動吸收峰，757cm-1為Si-O對稱伸縮振動吸收峰。

圖1 SMIP（C）、吸附OMT-SMIP（B）和SNIP（A）的紅外光譜

(3)分子印跡聚合物的吸附性能考察

①氧化苦參堿水溶液標準曲線

精確稱取0.0300g的氧化苦參堿，蒸餾水溶解，100mL容量瓶定容，搖勻備用，即得濃度為300μg/mL氧化苦參堿標準溶液。準確移取標準溶液0.10mL、0.20mL、0.30mL、0.40mL、0.50mL、0.60mL、0.70mL、0.80mL、0.90mL和1.00mL稀釋至10mL，即得濃度為3μg/mL、6μg/mL、9μg/mL、12μg/mL、15μg/mL、18μg/mL、21μg/mL、24μg/mL、27μg/mL和30μg/mL的標準待測液，蒸餾水作參比，紫外分光光度計在215nm處測定吸光度（A），以A-質量濃度（C）作圖即得標準曲線，曲線方程為y=0.0194x+0.0789，r=0.9994，表明氧化苦參堿濃度在3.0～30μg/mL具有良好的線性關系。

②苦參堿水溶液標準曲線

精確稱取0.0300g的苦參堿，蒸餾水溶解，100mL容量瓶定容，搖勻備用，即得濃度為300ug/mL苦參堿標準溶液。準確移取標準溶液0.10mL、0.20mL、0.30mL、0.40mL、0.50mL、0.60mL、0.70mL、0.80mL、0.90mL和1.00mL稀釋至10mL，即得濃度為3μg/mL、6μg/mL、9μg/mL、12μg/mL、15μg/mL、 18μg/mL、21μg/mL、24μg/mL、27μg/mL和30μg/mL的標準待測液，蒸餾水作參比，紫外分光光度計在218nm處測定吸光度（A），以A-質量濃度以（C）作圖即得標準曲線，曲線方程為y=0.0154x+0.1108，r=0.9994，表明苦參堿濃度在 3.0～30μg/mL具有良好的線性關系。

③金雀花堿水溶液標準曲線

精確稱取0.0300g的金雀花堿，蒸餾水溶解，100mL容量瓶定容，搖勻備用，即得濃度為300μg/mL金雀花堿標準溶液。分別準確移取金雀花堿標準溶液0.10mL、0.20mL、0.30mL、0.40mL、0.50mL、0.60mL、0.70mL、0.80mL、0.90mL和1.00mL稀釋至10mL，即得濃度為3μg/mL、6μg/mL、9μg/mL、 12μg/mL、15μg/mL、18μg/mL、21μg/mL、24μg/mL、27μg/mL和30μg/mL的標準待測液，蒸餾水作參比，紫外分光光度計在304nm處測定吸光度（A），以A-質量濃度以（C）作圖即得標準曲線，曲線方程為y=0.03149x+0.0656，r=0.9991，表明金雀花堿濃度在3.0～30μg/mL具有良好的線性關系。

④動態吸附實驗

稱取100mg分子印跡聚合物于10mL離心試管中，分別加入濃度為30μg/mL、60μg/mL、90μg/mL、120μg/mL、150μg/mL、 180μg/mL、210μg/mL、240μg/mL、270μg/mL、300μg/mL的氧化苦參堿水溶液，震蕩30min，離心，移取上層清液0.5mL稀釋至10mL，以水作空白，在215nm處測定氧化苦參堿的含量，采用差減法來計算對氧化苦參堿的吸附量Q。

式中，Q為分子印跡聚合物的吸附量（mg/g）；C為吸附后氧化苦參堿的濃度（μg/mL）；C0為吸附前氧化苦參堿的濃度（μg/mL）；W為分子印跡聚合物的質量（g）；V為吸附溶液體積（mL）。

NS-SMIP和SMIP的動態吸附曲線見圖2，圖2可知NS-SMIP對氧化苦參堿的吸附量大于SMIP對OMT，分子印跡聚合物對OMT的吸附量在20min內都快速增加，在30min后吸附量基本接近飽和。這是由于分子印跡聚合物表面的孔穴比較淺從而有利于對OMT的吸附，因此在開始階段分子印跡聚合物的吸附量速度非?？?，當表面孔穴達到吸附飽和后，OMT再向分子印跡聚合物表面孔穴傳質時，會受到阻礙，因而吸附速率會下降但在一段時間后就會達到吸附平衡。

圖2 NS-SMIP和SMIP對OMT的動態吸附曲線

⑤靜態吸附實驗

稱取100mg分子印跡聚合物于10mL離心試管中，加入濃度為300μg/mL的氧化苦參堿水溶液，震蕩30min，離心，移取上層清液0.5mL稀釋至10mL，以水作空白，在215nm處測定氧化苦參堿的含量，按公式（1）計算分子印跡聚合物的吸附量Q。

靜態吸附曲線見圖3，由圖可知SMIP、NS-SNIP和SNIP對OMT的吸附量在濃度為120μg/mL達到最大值，隨后吸附量達到平衡，NS-SMIP對OMT的吸附量在濃度為180μg/mL達到最大值。SNIP對OMT的吸附量明顯小于SMIP吸附量，主要是由于SMIP與SNIP的表面空間結構有著明顯差異而造成的，SMIP有著與OMT空間結構相匹配的孔穴，該孔穴對OMT分子有著獨特的記憶功能，而SNIP表面存在的孔穴則是大小不一的各種結構，因此SNIP吸附量就小于SMIP。同理NS-SMIP對OMT的吸附量大于NS-SNIP對OMT的吸附量。NS-SMIP與SNIP的吸附量差值約為1.918mg/g，SMIP與SNIP的吸附量差值約為1.1mg/g，說明除去硅膠的分子印跡聚合物的吸附性能要強于未除去硅膠的分子印跡聚合物。

圖3 NS-SMIP、NS-SNIP、SMIP和SNIP的靜態吸附曲線

⑥選擇性吸附實驗

苦參堿（MY）和金雀花堿（CYT）的結構與氧化苦參堿（OMT）有一定的相似性，因此實驗選用苦參堿和金雀花堿作為競爭對照底物，來分析分子印跡聚合物對氧化苦參堿的分子識別特性。氧化苦參堿（OMT）、苦參堿（MY）和金雀花堿（CYT）結構圖見圖4。

圖4 氧化苦參堿、苦參堿及金雀花堿的化學結構

稱取100mg分子印跡聚合物三份，于10mL的離心試管分別加入4mL濃度為300ug/mL氧化苦參堿（OMT）、苦參堿（MY）和金雀花堿（CYT）溶液，震蕩30min，離心，移取上層清液0.5mL稀釋至10mL，在215nm處測定氧化苦參堿（OMT）的吸光度，在218nm處測定苦參堿（MT）的吸光度，在304nm處測定金雀花堿（CYT）的吸光度，分別計算氧化苦參堿（OMT）、苦參堿（MY）和金雀花堿（CYT）的平衡濃度，按公式（1）計算分子印跡聚合物的吸附量Q。NS-SMIP和NS-SNIP的選擇性吸附見圖5，SMIP和SNIP的選擇性吸附 見圖6。

圖5 NS-SMIP和NS-SNIP選擇性吸附

圖6 SMIP和SNIP選擇性吸附

表1是NS-SMIP及NS-SNIP對OMT、MT及CYT的分配系數、 分離因子和相對分離因子的參數，表2是SMIP及SNIP對OMT、 MT及CYT的分配系數、分離因子和相對分離因子的參數。

表1 NS-SMIP和NS-SNIP對不同底物的選擇性吸附參數

表2 SMIP和SNIP對不同底物的選擇性吸附參數

由圖5和圖6可知NS-SMIP和SMIP對MT和CYT的吸附量明顯小于OMT。而NS-SNIP和SNIP對三種底物的吸附量從總體來說差別不是很大。由表1和表2可看出NS-SMIP和SMIP對非目標分子的識別性是遠低于目標分子，NS-SNIP和SNIP的選擇性吸附能力要低于NS-SMIP和SMIP。這是因為NS-SMIP和SMIP對模板分子獨特的匹配性，具有極高的選擇特性。由表1可知NS-SMIP聚合物相對于苦參堿的分離因子（α）為1.3131，相對分離因子（α′）為1.2926，相對于金雀花堿的分離因子（α）為1.4049，且相對分離因子（α′）為1.3341。結果表明NS-SMIP具有良好的識別性以及特有的選擇性，NSSMIP的選擇性吸附能力要高于SMIP。

3.討論

表面分子印跡技術是把模板分子的識別點建立模板材料的表面，洗脫后獲得與模板分子空間結構和位點相匹配的表面分子印跡聚合物，表面分子印跡聚合物發展迅速，在各個領域中有著良好的發展前景。實驗用表面分子印跡技術來制備氧化苦參堿表面分子印跡聚合物，用HF除去硅膠制備氧化苦參堿分子印跡聚合物，動態吸附實驗、靜態吸附實驗和選擇性吸附實驗考察分子印跡聚合物的吸附性能。結果表明除去硅膠分子印跡聚合物對氧化苦參堿的吸附性能要強于未除去硅膠的分子印跡聚合物。除去硅膠分子印跡聚合物對氧化苦參堿分子具有良好的識別性以及獨特的選擇性，且除去硅膠分子印跡聚合物的這些特性要比未除去除硅膠分子印跡聚合物的明顯。