齊墩果酸分子印跡體系優(yōu)化

劉婷婷 盧春霞

摘要：采用沉淀聚合方法，以齊墩果酸為模板，系統(tǒng)考察了功能單體、溶劑、交聯(lián)劑及引發(fā)劑等對齊墩果酸印跡聚合物（OA-MIPs）形貌以及吸附性能的影響。結(jié)果表明，分子模擬計算結(jié)果不完全適用于沉淀聚合方法，在沉淀聚合時，溶劑和功能單體對聚合物的形貌起主導(dǎo)作用。在以乙腈+乙醇（二者體積比為3 ∶1）為溶劑，甲基丙烯酸為功能單體，二乙烯基苯+二甲基丙烯酸乙二醇酯（二者的物質(zhì)量之比為4 ∶1）為交聯(lián)劑，模板 ∶功能單體 ∶交聯(lián)劑為 1 ∶4 ∶20（物質(zhì)量之比），偶氮二異丁腈用量為反應(yīng)單體總量的2%等優(yōu)化條件下，制備的OA-MIPs形貌規(guī)則、粒徑均一，對齊墩果酸具有較高吸附性能。結(jié)果可為齊墩果酸分子印跡聚合物的制備和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：齊墩果酸;分子印跡;沉淀聚合;功能單體;交聯(lián)劑;引發(fā)劑;形貌;吸附性能

中圖分類號： O63;R284.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2021）02-0139-07

收稿日期：2019-09-02

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：31260412）。

作者簡介：劉婷婷（1980—），女，河南商丘人，碩士，講師，主要從事化學(xué)分析與檢驗研究。E-mail：908282175@qq.com。

通信作者：盧春霞，博士，副研究員，主要從事食品質(zhì)量安全研究。E-mail：shzlcx2002@163.com。

齊墩果酸（oleanolic acid，OA），別稱慶四素，為五環(huán)三萜類化合物，以游離或結(jié)合形式存在于多種植物葉、莖、根及果實中[1]。研究表明，齊墩果酸具有護(hù)肝[2]、抗腫瘤[3]、抗氧化[4]、抗炎[5]、降血脂[6]、降血糖[7]等多種藥理作用，是一種具有較高臨床應(yīng)用價值的天然產(chǎn)物。目前制備OA的常用方法為從植物中進(jìn)行提取和純化，但傳統(tǒng)的制備工藝如溶劑提取和固相萃取技術(shù)等[8-10]存在過程繁瑣、有機溶劑用量大、分離效率低、產(chǎn)物純度不高等缺點。

分子印跡技術(shù)（molecular imprinting technique，MIT）是指制備對某一特定目標(biāo)分子即模板具有特異選擇性的印跡聚合物（molecularly imprinted polymers，MIPs）的技術(shù)。印跡聚合物因具有與模板分子空間結(jié)構(gòu)互補、官能團(tuán)相互作用的孔穴，而對靶標(biāo)具有特異性識別和選擇性吸附能力，且物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。因此，MIPs在天然產(chǎn)物分離純化領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用[11-14]。

筆者所在課題組在前期研究中通過量子化學(xué)方法模擬了模板與不同功能單體的OA-MIPs預(yù)組裝體系，通過理論計算篩選出功能單體和溶劑，并采用本體聚合方法制備了OA-MIPs[15]。但采用本體聚合法制備的OA-MIPs存在結(jié)合位點深、形貌不規(guī)則等缺點。為了改善OA-MIPs性能，方便聚合物顆粒作為固相吸附材料使用，本研究采用沉淀聚合法制備齊墩果酸印跡聚合物，并對聚合條件進(jìn)行優(yōu)化，以期為OA-MIPs的制備提供借鑒和參考。

1材料與方法

1.1材料與儀器

齊墩果酸（OA，純度>98%）購自中國標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心;三氟甲基丙烯酸（TFMAA）、甲基丙烯酸（MAA）、二乙烯基苯（DVB，純度≥80%）、二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）、三羧甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TRIM）、偶氮二異丁腈（AIBN）購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;甲醇（色譜純）購自德國默克（Merck）公司;乙腈、乙醇、丙酮、乙酸、四氫呋喃、三氯甲烷（分析純）購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2儀器設(shè)備

掃描電子顯微鏡（S-4800，日本日立公司）;高效液相色譜儀（2695，美國Waters公司）;氮吹儀（N-EVAP112，美國Organomation公司）;電子天平（AE-200，瑞士梅特勒-托利多公司）;臺式真空干燥箱（DZF-6050，無錫瑪瑞特科技有限公司廠）。

1.3試驗方法

1.3.1OA-MIPs的制備稱取一定質(zhì)量濃度的OA溶于有機溶劑中，加入功能單體，室溫下預(yù)聚合4 h，使模板與單體充分作用。然后加入一定濃度的交聯(lián)劑和引發(fā)劑，通氮氣10 min以除去氧氣，密封反應(yīng)器，放入恒溫水浴鍋中，于60 ℃、200 r/min下熱聚合24 h。反應(yīng)結(jié)束后，聚合物用甲醇和丙酮各洗滌3次，然后以甲醇+乙酸（二者體積比為8 ∶2）為溶劑，索氏抽提除去聚合物中的OA，再以甲醇漂洗除去乙酸，40 ℃真空干燥，最終獲得OA-MIPs。非印跡聚合物（NIPs）的制備不加模板分子。

在OA-MIPs制備過程中，分別考察功能單體、溶劑、交聯(lián)劑以及模板、單體、交聯(lián)劑摩爾比和引發(fā)劑濃度等對OA-MIPs形貌和吸附性能的影響。

1.3.2色譜條件Waters 2498紫外檢測器;色譜柱：C18柱（5 μm，3.9 mm×150 mm，Waters公司）;流動相為甲醇 ∶水=9 ∶1（體積比），流速為 1.0 mL/min，柱溫為40 ℃，進(jìn)樣量為10 μL;檢測波長為210 nm。

1.3.3OA-MIPs吸附性能稱取200 mg MIPs或NIPs于三角瓶中，加入5 mL OA溶液（1.4 mg/mL），置于恒溫振蕩器中，室溫（25 ℃）反應(yīng)12 h，8 000 r/min離心10 min，采用高效液相色譜儀測定上清液中OA含量，計算印跡聚合物對OA的平衡吸附量（Qe）和印跡因子（IF）。Qe和IF計算公式如下：

Qe=（C0-Ce）ViW;（1）

Kd=QeCe;（2）

IF=Kd（MIP）Kd（NIP）。（3）

式中：Qe為靜態(tài)平衡吸附量，mg/g;C0和Ce為聚合物吸附前后溶液中OA濃度，mg/mL;Vi為溶液體積，mL;W為聚合物的質(zhì)量，g;Kd為靜態(tài)分配系數(shù)，mL/g。

2結(jié)果與分析

2.1功能單體的選擇

根據(jù)前期分子模擬計算結(jié)果，功能單體三氟甲基丙烯酸（TFMAA）與模板分子（OA）形成復(fù)合物的結(jié)合能（ΔE）最高，為-70.99 kJ/mol，且結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定[15]，本研究首選TFMAA為功能單體，AIBN為引發(fā)劑，DVB+EGDMA為交聯(lián)劑，不同極性的三氯甲烷、四氫呋喃、甲醇、乙醇、丙酮、乙腈+甲醇、乙腈+乙醇、乙腈+三氯甲烷、乙腈+丙酮為溶劑，采用沉淀聚合法制備OA-MIPs。結(jié)果顯示，采用以上條件制備的OA-MIPs均呈凝膠狀。這與Wang等的報道基本一致，原因可能是TFMAA影響了沉淀過程中所形成的寡聚物的溶度參數(shù)[16]。

理論計算結(jié)果顯示，4-乙烯基吡啶（4-VP）與OA物質(zhì)量之比為2 ∶1時也可形成穩(wěn)定的氫鍵復(fù)合物[15]。因此，本研究采用4-VP為功能單體，DVB+EGDMA為交聯(lián)劑，三氯甲烷為溶劑，通過沉淀聚合法制備OA-MIPs，所得聚合物仍呈凝膠狀（圖1），原因是三氯甲烷溶解性太強，聚合物不能從反應(yīng)介質(zhì)中沉淀出來。為促進(jìn)微球的形成，在乙腈中添加不同助溶劑（三氯甲烷、四氫呋喃、甲醇、乙醇和丙酮）。結(jié)果顯示，只有采用乙腈和丙酮（二者體積比為3 ∶1）為溶劑時，聚合物呈微球狀，但該溶劑無法溶解OA，當(dāng)溶劑體系中丙酮體積超過30%時，聚合物又不成顆粒。因此，選擇4-VP為單體時，由于無合適的溶劑，而無法獲得形貌規(guī)則的 OA-MIPs。

試驗進(jìn)一步選用弱酸性MAA（更接近θ狀態(tài)）為功能單體，DVB、EGDMA和TRIM分別為交聯(lián)劑，乙腈+乙醇（二者體積比為3 ∶1）為溶劑，AIBN為引發(fā)劑，結(jié)果（圖2）顯示，聚合物顆粒可以從溶劑中沉淀出來，且制備的聚合物呈規(guī)則微球狀（圖3）。因此，在后續(xù)試驗中選擇MAA為功能單體。

2.2溶劑的選擇和用量

在沉淀聚合反應(yīng)中，溶劑對MIPs的形貌和吸附

性能有重要影響。溶劑選擇的原則是對模板和單體具有較高溶解性，同時又不能溶解形成的聚合物顆粒。前期研究結(jié)果顯示，在沉淀聚合過程中，采用三氯甲烷、四氫呋喃為溶劑無法制備出聚合物微球[17];乙腈雖然是常用的溶劑[18-19]，但OA分子不溶于乙腈。因此，本研究在乙腈中加入了一定比例的助溶劑，結(jié)果見表1，添加乙醇的溶劑溶解性最大，當(dāng)乙腈和乙醇體積比為3 ∶1時，既可以充分溶解模板分子，又可制備出粒徑均一的球形聚合物。故后續(xù)試驗選擇乙腈+乙醇（二者體積比為3 ∶1）作為溶劑。

溶劑用量（32.0、16.0、10.7、8.0 mL）對OA-MIPs形態(tài)和吸附性能的影響見圖4和表1。由圖4可知，OA-MIPs的粒徑隨著溶劑用量的減小而增大，當(dāng)溶劑體積為8.0 mL時，制備的OA-MIPs形貌規(guī)則、粒徑均一，印跡因子IF也達(dá)到最大值（959）。雖然粒徑小的聚合物會有大的比表面積和高吸附量，但作為固相吸附材料裝柱時會產(chǎn)生大的柱壓。故綜合考慮，選定8.0 mL作為反應(yīng)溶劑用量。

2.3模板與功能單體摩爾比對OA-MIPs形貌和吸附性能的影響

模板與功能單體的比例是影響印跡聚合物性能的因素之一，若功能單體量過少，模板和功能單體之間預(yù)組裝進(jìn)行得不充分，導(dǎo)致聚合物選擇性降低;而過量的功能單體有時會發(fā)生自身締合，致使選擇性結(jié)合位點反而減少[20]。因此，本研究在固定其他條件[乙腈 ∶乙醇為3 ∶1（體積比）、DVB ∶EGDMA 為4 ∶1（物質(zhì)量之比）、AIBN濃度占反應(yīng)單體總量的2%、聚合溫度為60 ℃]的基礎(chǔ)上，考察了模板OA與功能單體MAA的不同物質(zhì)量之比（1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5、1 ∶6）對OA-MIPs形貌和吸附性能的影響，結(jié)果見圖5。兩者物質(zhì)量之比對 OA-MIPs 粒徑及形貌沒有明顯影響，印跡因子（IF）隨MAA比例的增加而增大，當(dāng)兩者比例大于 1 ∶4 時，印跡因子逐漸減小，非特異性吸附增加。因此，后續(xù)試驗中選擇模板與單體物質(zhì)量之比為1 ∶4。

2.4交聯(lián)劑對OA-MIPs形貌和吸附性能的影響

DVB和EGDMA是沉淀聚合反應(yīng)中常用的交聯(lián)劑。DVB的交聯(lián)度較大，制備的聚合物粒徑也較大，但產(chǎn)率低[21];EGDMA雖可以提高產(chǎn)率，但產(chǎn)生的聚合物粒徑較小[22]。為獲得粒徑大小適中及產(chǎn)

率高的MIPs，本試驗采用DVB和EGDMA為混合交聯(lián)劑，并考察兩者物質(zhì)量之比對OA-MIPs性能的影響。結(jié)果（圖6）顯示，隨著DVB物質(zhì)量之比例的增加，聚合物粒徑逐漸變大，當(dāng)DVB與EGDMA物質(zhì)量之比為4 ∶1時，所得OA-MIPs粒徑均一，分散最好，印跡因子較高（9.39）。因此，采用物質(zhì)量之比4 ∶1的DVB和EGDMA為交聯(lián)劑。

功能單體與交聯(lián)劑不同物質(zhì)量之比（1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5、1 ∶6）對OA-MIPs性能的影響見圖7，可以看出，所有OA-MIPs呈規(guī)則球形，其粒徑隨交

聯(lián)劑物質(zhì)量之比的增加而增大，當(dāng)MAA與交聯(lián)劑物質(zhì)量之比為 1 ∶5 時，獲得的OA-MIPs粒徑均一，分散良好，且印跡因子最大（9.51）。因此，功能單體與交聯(lián)劑物質(zhì)量之比選擇1 ∶5。

2.5引發(fā)劑用量對OA-MIPs形貌和吸附性能的影響

在沉淀聚合反應(yīng)中，引發(fā)劑用量對聚合物粒徑分布有一定影響。本研究在固定其他合成條件的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)考察AIBN用量（其質(zhì)量為總反應(yīng)單體的1%、2%、4%、6%、8%）對OA-MIPs形貌、粒徑及吸附性能的影響。從圖8可以看出，引發(fā)劑用量在1%～8%范圍內(nèi)時，均可制備出球形印跡聚合物，且聚合物粒徑隨著引發(fā)劑AIBN用量的增加而增大。當(dāng)引發(fā)劑用量≥4%時，聚合物出現(xiàn)黏連現(xiàn)象，顆粒均一性下降。吸附試驗結(jié)果表明，當(dāng)AIBN用量為2%時，OA-MIPs的印跡因子最高（9.62），因此，AIBN濃度選擇2%。

3結(jié)論

研究結(jié)果顯示，在沉淀聚合方法中，溶劑對聚合物的形貌具有主導(dǎo)作用，在以乙腈+乙醇（二者體積比為3 ∶1）為溶劑，MAA為功能單體，DVB+EGDMA（二者物質(zhì)量之比4 ∶1）為交聯(lián)劑，模板 ∶單體 ∶交聯(lián)劑為1 ∶4 ∶20（物質(zhì)量之比），AIBN用量為反應(yīng)單體總量的2%聚合溫度為60 ℃的條件下，采用沉淀聚合方法制備的OA-MIPs形貌規(guī)則、粒徑均一，同時對OA具有高的吸附性能。

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