环境科技
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分子印迹技术在中药研究中的应用

  (甘肃中医学院,甘肃 兰州 730000)??


  摘 要:分子印迹技术(MIT)是一种使所得聚合物的作用点,对目标分子具有预定识别、选择性的聚合物制备技术。就分子印迹技术的原理、制备及其在中药活性成分的分离、有效成分的固相萃取、对手性异构体及结构类似物的分离等方面进行综述,并展望了分子印迹技术在中药学领域的发展趋势。?


  关键词:分子印迹技术;分子印迹聚合物;中药;提取分离?


  中图分类号:R284文献标识码:A文章编号:1673-2197(2009)03-0138-03??


  分子印迹技术(molecular imprinting technology,MIT)是将功能单体,在模板分子的存在下交联聚合,然后洗脱除去模板分子,制得的聚合物在立体空穴和功能基排布上与目标分子具有互补的结构。由于其具有高选择性和高强度的优点,与天然抗体相比制备简单,且模板分子可重复使用,现已广泛用于手性固定相、仿生传感器、固相萃取、模拟酶催化及药物控释等领域中。?


  1 分子印迹聚合物(molecule imprinting polymer,MIP)的制备?


  1.1 本体聚合法?


  把印迹分子、功能单体、交联剂和引发剂按一定比例溶于惰性溶剂,密封在真空环境中,经聚合制得棒状印迹聚合物。此法制备工艺简单,但处理过程费时费力,MIP利用率低,所得粒子的不规则性降低了其分离能力。?


  1.2 原位聚合?


  在色谱柱内直接聚合制得连续型棒状MIP。此法较简单,且制得的MIP具有连续性、均一性的特点,从而得到较好的分离效果。?


  1.3 悬浮聚合?


  采用全氟化碳液体作为悬浮介质,代替了传统的有机溶剂――水悬浮介质,从而根除了非共价印迹中存在的不稳定的预组织合成物。?


  1.4 溶胀聚合?


  溶胀聚合又称为多步溶胀悬浮聚合或种子溶胀悬浮聚合。采用乳液聚合法合成粒径较小的微球作为种子,再用一定的乳液进行多次溶胀种子,通过还原剂的加入经光引发或热引发聚合物制得符合要求的MIPs微球。?


  1.5 表面聚合?


  表面聚合是把印迹分子和功能单体在溶剂中形成的复合物,与表面活化过的硅胶/聚三羟甲基丙烷三丙烯酸酯粒子/玻璃等介质反应接枝聚合,从而制得MIPs的一种方法。这一方法解决了本体聚合中印迹分子包埋过深或过紧而难洗脱的问题。?


  2 在中药提取分离中的应用?


  中药是我国具有国际比较优势的产业之一,但其所含成分非常复杂,为了提高中药的疗效,减低毒副作用,提高中药制剂的内在质量,选用合理的提取分离技术是非常重要的。分子印迹技术与色谱分离技术相比,具有分子识别性强、固定相制备简便快速、操作简单、性质稳定(耐酸碱、耐高温、高压等)、溶剂消耗量小、模板和MIPs可以回收再利用等优点,在中药有效成分的提取分离中有很好的应用前景。?


  2.1 在固相萃取中的应用?


  分子印迹聚合物用于固相萃取的主要作用是分离、提纯和浓缩样品,能够克服生物或环境样品体系复杂、预处理手续繁杂等不利因素,对于痕量分析有重要作用和意义,是一种样品预处理技术。陈移姣等[1]以咖啡因为模板,采用水溶液悬浮聚合法制备了用于色谱分离(作HPLC的固定相)的微米级分子印迹填充膜,通过改变HPLC的流动相缓冲溶液的pH值,研究了咖啡因在MIPs柱上的容量因子(k)、分离因子(α)和印迹因子(β),说明该MIM在水溶液中对茶叶中的咖啡因进行了分离富集。颜流水等[2]制备的槲皮素MIP,将其作为吸附剂填充成固相萃取柱,结合毛细管电泳仪,对比槲皮素及其结构相似物芦丁的混合物电泳图,结果表明,芦丁分子由于羟基与葡萄糖和鼠李糖相连,空间体积比槲皮素大,较难进入由模板分子槲皮素形成的分子印迹孔穴,而槲皮素是通过特异性识别作用吸附在印迹孔穴内。向海艳等[3]以反式白藜芦醇为模板分子,采用溶液聚合方法,合成白藜芦醇的MIP,研究表明该印迹聚合物中形成了2类不同的结合位点。虎杖提取物经固相萃取,得到主要含白藜芦醇及少量结构与其相似的白藜芦醇甙组分。张春静等[4]用奎宁作为模板分子,以醋酸纤维膜为支撑体,制备对奎宁及其类似物有特异择性的分子印迹复合膜,膜结合性研究表明该膜对模板分子奎宁具有独特的结合能力,结合量可达到20.6μmol/g,分离因子为5.6。膜透过实验表明非模板分子辛可宁透过印迹膜速率较大,这将有利于奎宁和辛可宁的分离。?


  2.2 在对手性化合物分离方面的应用?


  由于分子印迹聚合物具有分子水平上的专一性识别,同时具有MIPs良好的操作稳定性及识别性质,不受酸、碱、热、有机溶剂等各种环境因素影响的特点,决定了分子印迹聚合物在手性分离方面的广泛应用。黄晓冬等[5]采用原位聚合法直接在毛细柱中管合成辛可宁印迹聚合物,用压力辅助毛细管电色谱模式拆分非对映异构体辛可宁和辛可尼丁,结果柱效远高于其在高效液相色谱分离中的柱效。Beach等[6]以(-)-伪麻黄碱和(-)-降麻黄碱为模板,制得MIPs作为薄层色谱的手性固定相,不仅实现了对相应模板分子的识别,而且还能分离出结构类似的手性化合物麻黄碱和副肾碱。董襄朝等[7]以(-)-ephedrine为模板分子,采用本体法合成了(-)-ephedrine分子印迹聚合物,将其用于分子印迹固相萃取,成功地测定了中药麻黄中的(-)-ephedrine,结合HPLC进行分析,表明该聚合物对(-)-ephedrine有良好的选择性和亲和力,有较高的回收率和精密度。邹汉法等[8]以中药延胡索中的L-四氢巴马丁为模板分子,用原位分子印迹技术,合成了L-四氢巴马丁分子印迹聚合物整体柱,通过与HPLC联用,表明模板分子具有特异的识别能力,在优化色谱条件下,使D-和L-四氢巴马丁手性对映体得到较好的分离。?


  2.3 在有机酸类、黄酮类和生物碱类的应用?


  由于MIP具有从复杂样品中选择性地吸附模板分子或与其结构相近的某一族化合物的能力,因此它非常适合用作活性成分的分离与提取。朱秀芳等[9]以氧化阿魏酸为假模板分子,通过自组装技术在乙腈中制备了对阿魏酸具有良好识别能力的MIPs,可对川芎水提液中阿魏酸进行提取分离。程绍玲等[10]以葛根素为模板分子,丙烯酰胺为单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)为交联剂,制备葛根素MIP用于分离葛根提取液中的葛根素,并用静态吸附实验研究了葛根素MIP的吸附行为,结果表明该MIP对模板分子葛根素印迹效果较强,得葛根素回收率为83%,远大于用大孔吸附树脂的提取效果。Kobayashi等[11-13]首次采用湿相转化技术制备了茶碱的MIP薄膜,这个薄膜是丙烯腈-丙烯酸的共聚物。通过吸附实验发现,该技术制备的分子印迹膜为不对称结构,包含一致密表层与一多孔支撑亚层,对茶碱的吸附量远大于咖啡因,这表明在相转化的过程中,MIP记录下了茶碱分子的形状。通过对薄膜的表征,发现了茶碱和共聚物间相互作用的证据。Lai JP等[14]以苦参碱为模板制作了分子印迹膜,从槐属植物苦参中提取分离苦参碱,结果分子印迹膜对苦参碱的回收率可达到71.4%,并提示其可用于大规模分离提取中药有效成分。?


  2.4 在其他领域的应用?


  分子印迹聚合物用作传感器的敏感材料是分子印迹技术的一个重要方面。分子印迹聚合物敏感材料与近年来研究较热的生物敏感材料相比,具有耐高温、高压、酸、碱和有机溶剂,不易被生物降解破坏,可多次重复使用,易于保存等优点,且较生物材料易得,可用标准化学方法合成出来。因此,其膜适合作为灵敏度较高的传感器,目前已被用作传感器的敏感部件,用于识别氨基酸、除草剂、有机溶剂、神经毒剂、金属离子等多种物质[15]。?


  分子印迹技术在中药新药开发中的研究主要是寻找已知药物的代替品。高活性的抑制剂因其自身的高毒副作用,或在体内不能被很好地吸收而无法最终成药。以一种高效高毒性的分子作为模板分子制备MIP,直接从天然组合化学库中筛选出其它有效且低毒的化合物作为代替品;或者利用那些高效无毒但是由于制备困难而非常昂贵的药物分子作为模板,寻找其它成本低廉且容易得到的代替品[16]。目前该研究还处于探索阶段,利用MIP对模板分子及其结构类似物的高选择性,使其成为一种新的分离材料应用于中药新药开发的研究。?


  3 结语?


  综上所述,MIT已经广泛地用于中药研究的各个方面,并以其广阔的应用前景受到众多研究者的重视。但作为一种新型的分离技术,其本身在理论和应用等方面还存在五大有待解决的问题:(1)大量的分子印迹聚合物局限在非极性环境中,应寻求一些实用于水溶液的功能单体;(2)目标分子与MIP结合位结合较慢,易引起峰展宽、拖尾而降低分离效率;(3)印迹聚合物具有非均一结合位和可接近性,这导致了分离在非线性等温吸附线下进行;(4)印迹聚合物的“印迹”容量低,因为一些结合位常被埋葬在聚合物的三维结构中而不能被利用;(5)目前大多数功能单体只适用于小分子物质,对于生物大分子的印迹技术尚需要进一步改进。?


  随着化学、生物学、材料学和分析技术的不断进步,以上困难可通过提高印迹分子回收率,使用新的交联剂,提高烙印技术等手段加以克服[17]。总之,MIP作为一种高选择性主体及其所独有的特异性分离特点,预示着该技术在中药活性组分的分离中将具有良好的应用前景。?


  参考文献:?


  [1] 陈移姣,周兴国,李桂玲。悬浮聚合法制备咖啡因分子印迹聚合物微球及基性能研究[J]。中草药,2005,36(5):692-695.?


  [2] 颜流水,井晶,黄智敏,等。槲皮素分子印迹聚合物的制备及固相萃取性能研究[J]。分析试验室,2006,25(5):97-100.?


  [3] 向海艳,周春山,钟世安,等。白藜芦醇分子印迹聚合物合成及其对中药虎杖提取液活性成分的分离[J]。应用化学,2005,22(7):739-743.?


  [4] 张春静,钟世安。醋酸纤维-奎宁分子印迹复合膜的制备及分离性能研究[J]。膜科学与技术,2008,28(4):59-62.?


  [5] 黄晓冬,孔亮,厉欣,等。原位分子印迹毛细管电色谱柱的制备及其对非对映异构体的分离[J]。色谱,2003,21(3):195-198.?


  [6] BEACH I V, SBEA K J. Designed catalysts. A synthetic net work polymer that catalyzes the dehydrofluorhration of 4-flu-oro-4-(p-nitrophenyl) butan-Z-one[J]。 I Am Chem Soc, 1994, 116: 379-380.?


  [7] DONG X C,WANG W,MA S J,et al.Molecularly imprinted solid-phase extraction of (-)-ephedrine from Chinese Ephedra[J]。J Chromatogr A,2005,10(7):125-130.?


  [8] 朱全红,冯建涌,罗佳波。分子印迹聚合物在中药研究中的应用[J]。 中草药,2008,39(2):294-297.?


  [9] 朱秀芳,曹秋娥,汪国松,等。以氢化阿魏酸为假模板制备的印迹聚合物对阿魏酸的识别[J]。分析化学,2006,34(9):118-122.?


  [10] 程绍玲,杨迎花。利用分子印迹技术分离葛根异黄酮[J]。中成药,2006,28(10):1484-1488.?


  [11] KOBAYASHI T, WANG H Y, FUJII N. Molecular imprint membranes of polyacrylonitrile copolymers with different acrylic acid segment[J]。 Analytica Chimica Acta, 1998,36(5):81-88.?


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  [13] WANG H Y,KOBAYASHI T,FUKAYA T,et al. Influenee of coagulation temperature in the phase inversion proeess on the eneoding in polymeric membranes[J]。 Langmuir,1997,13(20): 5396-5400.?


  [14] LAI JP,HE XW,JIANG Y,et al.Preparative separation and determination of matrine from the Chinese medicinal plant Sophora flavescens Ait by molecularly imprinted solidphase extraction[J]。 Anal Bioanal Chem,2003,375(2):264-269.?


  [15] 杨座国,许振良,邴乃慈。分子印迹膜的研究进展[J]。化工进展,2006,25(2):131-135.?


  [16] 杨佃志,张永萍。分子烙印技术在中药新药开发研究中的应用前景[J]。贵阳中医学院学报,2006,28(2):39-41.?


  [17] 应太林,高孟姣,张晓岚。一种具有高度选择性的技术――分子烙印[J]。分析化学研究报告,2001,29(1):99-102.?


  (责任编辑:姜付平)


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