甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物對(duì)尿素的吸附研究

毛跟年, 瞿建波, 李 鑫, 郭 倩

(陜西科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院, 陜西 西安 710021)

0 前 言

尿素是腎功能衰竭和尿毒癥患者血液中積蓄的主要毒性成分，高效率的清除尿素一直是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中人工腎和口服尿素吸附劑研究的重要課題.由于常規(guī)的吸附劑存在吸附容量低、選擇吸附性差、生物和血液相容性不好等缺點(diǎn)，因此研制出一種高吸附性、無(wú)毒副作用、生物相容性好、選擇性高的新型尿素吸附劑成為人們關(guān)注的熱點(diǎn).

甘露低聚糖(Mannose-oligosaccharides，MOS)廣泛存在于魔芋粉、瓜兒豆膠、田菁膠及多種微生物細(xì)胞壁內(nèi)[1]，其除了具有功能性低聚糖的特點(diǎn)外，還具有防治高血脂、抗氧化、增強(qiáng)免疫功能等作用[2].甘露低聚糖分子鏈中含有乙?；鶊F(tuán)和大量的羥基[3]，且其分子中C2 、C3 、C6 位上的-OH均具有較強(qiáng)的反應(yīng)活性[4]，因此以甘露低聚糖為基質(zhì)絡(luò)合金屬離子，可以制備出許多性能優(yōu)良的材料.甘露低聚糖與過(guò)渡金屬反應(yīng)形成的配合物也可用于尿素的吸附，這是由于尿素分子的-CO-和-NH2可在過(guò)渡金屬的d軌道上配位，比甘露低聚糖自身大大提高了吸附尿素的容量和選擇性，因此本文探討了甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物對(duì)尿素的吸附作用，為進(jìn)一步開發(fā)新型尿素吸附劑提供了重要的科學(xué)依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器與試劑

UV-754紫外分光光度計(jì)，DKZ-2型電熱恒溫振蕩水槽(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司) ，分析天平(上海精科天平有限公司)，PHS-3C型pH計(jì)(上海精科有限公司)，甘露低聚糖(湖北東方天琪生物工程股份有限公司)、氯化銅、尿素、對(duì)二甲氨基苯等均為分析純.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物的制備[5]

稱取甘露低聚糖2.50 g溶于50 mL的去離子水中，配制成5%的甘露低聚糖溶液；滴入一定量(0.1 mol/L)的氯化銅溶液，在一定溫度下磁力攪拌一定時(shí)間，然后加入與反應(yīng)液等量的無(wú)水乙醇醇沉，冷凍干燥，得粗品.再次溶解，醇析，冷凍干燥得甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物純品.

1.2.2 配合物對(duì)尿素的吸附

稱取一定量的甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物于10 mL一定濃度的尿素溶液中，調(diào)節(jié)溶液的pH，于37 ℃下攪拌一段時(shí)間，按照文獻(xiàn)[6]法測(cè)定溶液中尿素的殘余量，根據(jù)吸附前后溶液中尿素濃度的變化計(jì)算出甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物對(duì)尿素的吸附量.計(jì)算公式：

吸附量=V(C0-C)/M

式中C0為吸附前尿素的濃度，C為吸附后尿素的濃度，M為吸附劑的質(zhì)量，V為尿素溶液的體積.

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 不同pH值對(duì)甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物吸附尿素的影響

調(diào)節(jié)pH為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，在37 ℃下震蕩反應(yīng)2.0 h.反應(yīng)結(jié)束后，用UV-754紫外分光光度計(jì)測(cè)定不同pH條件下的尿素吸附量，結(jié)果見圖1.

圖1 不同pH值對(duì)尿素吸附量的影響 圖2 不同結(jié)合率的甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物對(duì)尿素吸附量的影響

由圖1可見，甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物對(duì)尿素的吸附量隨著溶液pH值增大而增大；當(dāng)pH=6.0時(shí)，吸附量達(dá)到最大；pH繼續(xù)增大，吸附量反而下降.可見pH=6.0為最大吸附量條件，吸附量可達(dá)66.7 mg/g.

2.1.2 不同結(jié)合率的甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物對(duì)吸附尿素的影響

在銅離子的結(jié)合率為60%、65%、70%、75%、80%的條件下于37 ℃震蕩反應(yīng)2.0 h.反應(yīng)結(jié)束后，用UV-754紫外分光光度計(jì)測(cè)定不同結(jié)合率下的尿素吸附量，結(jié)果見圖2.

由圖2可見，甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物對(duì)尿素的吸附量隨著甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物結(jié)合率的增大，先增大后減??；當(dāng)甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物結(jié)合率為70%時(shí)，吸附量達(dá)到最大，為50.1 mg/g.當(dāng)甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物結(jié)合率進(jìn)一步增大，吸附量反而下降.

2.1.3 作用時(shí)間對(duì)甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物吸附尿素的影響

在37 ℃震蕩條件下分別作用0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h后，用UV-754紫外分光光度計(jì)測(cè)定不同作用時(shí)間下的尿素吸附量，結(jié)果見圖3.

圖3 不同作用時(shí)間對(duì)尿素吸附量的影響 圖4 尿素不同初始濃度對(duì)尿素吸附量的影響

由圖3可見，甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物對(duì)尿素的吸附量隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小，在2.0 h時(shí)達(dá)到最大，此時(shí)吸附量為48.5 mg/g.當(dāng)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)吸附量開始下降.

2.1.4 尿素初始濃度對(duì)吸附尿素的影響

在尿素初始濃度分別為80 mg/dL、90 mg/dL、100 mg/dL、110 mg/dL、120 mg/dL、130 mg/dL的條件下，于37 ℃振蕩水槽中反應(yīng)2 h.反應(yīng)結(jié)束后，用UV-754 紫外分光光度計(jì)測(cè)定各自的尿素吸附量，結(jié)果見圖4.

由圖4可見，當(dāng)甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物的結(jié)合率為70%時(shí)，對(duì)尿素的吸附量隨著尿素初始濃度的增大先增大后減小，當(dāng)尿素的初始濃度為100 mg/dL時(shí)達(dá)到最大，此時(shí)尿素吸附量為63.8 mg/g.

2.2 正交試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定了各單因素對(duì)尿素吸附量的影響，但它們的綜合影響并不一定是各自最佳條件的簡(jiǎn)單疊加，因此通過(guò)正交試驗(yàn)確定最佳工藝參數(shù)，采用正交表L9(34)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步考察甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物對(duì)尿素的吸附性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示.

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果

由正交試驗(yàn)結(jié)果可知，各因素對(duì)尿素吸附的影響大小順序?yàn)锽>C>D>A，即反應(yīng)時(shí)間>尿素初始濃度>反應(yīng)pH值>甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物的結(jié)合率，最佳吸附條件是A2B2C3D1，即在振蕩溫度為37 ℃的條件下，反應(yīng)時(shí)間為2.2 h、甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物的結(jié)合率為70%、pH值為7.0，尿素初始濃度為95 mg/dL，此時(shí)尿素的吸附量最大可達(dá)70.3 mg/g.

3 結(jié)論

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)，確定出了甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物吸附尿素的最佳條件：尿素溶液初始濃度為95 mg/dL，反應(yīng)pH為7.0，甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物的結(jié)合率為70%，時(shí)間為2.2 h.在此條件下，尿素吸附量達(dá)70.3 mg/g.

甘露低聚糖銅(Ⅱ)配合物對(duì)尿素的吸附容量大，吸附效果較好，主要原料甘露低聚糖具有良好的生物活性和醫(yī)藥價(jià)值，因此該產(chǎn)品具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，不但可用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，也可用于食品、保健品等生產(chǎn)領(lǐng)域.

參考文獻(xiàn)

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