左氧氟沙星分子印迹膜固相萃取选择性分离氧氟沙星_图文

1、Vol.33No.22007204华东理工大学学报(自然科学版Journal of East China University of Science and Technology (Natural Science Edition 收稿日期:2006207210基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划资助项目(2003CB615705作者简介:邴乃慈(19792,女,辽宁抚顺人,博士生,主要从事手性分离和膜分离技术的研究工作。通讯作者:许振良,E 2mail :chemxuzl 文章编号:100623080(2007022*左氧氟沙星分子印迹膜固相萃取选择性分离氧氟沙星邴乃慈,许振良,王学

2、军,杨座国(华东理工大学化学工程研究所,上海200237摘要:以聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜为支撑膜,左氧氟沙星(L V FX 为模板分子,采用热聚合方法制备了分子印迹聚合物膜,并应用于固相萃取选择性分离氧氟沙星外消旋体(O FL X 。通过紫外光谱法研究了模板分子与功能单体之间的相互作用,得到了单体2甲基丙烯酸和模板分子LV FX 缔合的化学计量数2和结合常数K =3.83×105L 2/mol 2;用扫描电镜表征膜的表面形貌;固相萃取实验结果表明:分子印迹聚合物膜中存在着空间结构和大小均与模板分子L V FX 互补的孔穴组成的通道,该通道可选择性地透过底物分子,得到的L V FX 和

3、OFL X 的最大分配系数K L 和K O 分别为2.7和2。该方法为分子印迹膜萃取技术用于手性药物拆分提供了理论和实验方法。关键词:分子印迹膜;固相萃取;手性药物;左氧氟沙星中图分类号:TQ028.8文献标识码:ALevofloxacin 2Imprinted Membranes for Selective Separation ofOfloxacin under Solid Phase Extraction ConditionsB I N G N ai 2ci ,X U Zhen 2li an g ,W A N G X ue 2j un ,YA N G Zuo 2g uo(Chemical

4、 En gi neeri ng Research Center ,East Chi na U ni versit y of S cience an d Technolog y ,S hang hai 200237,Chi na Abstract :U sing polyvinylidene foluoride hollow fiber ult rafilt ration membrane as t he supported mem 2branes and t he levofloxacin as t he template ,t he molecularly imprinted membran

5、es were prepared by t her 2mal copolymerization.The interaction between t he template and f unctional monomer is proved ,and t he binding co nstant is 3.83×105L 2/mol 2and chemical combination ratio is 2.The surface feat ures of mem 2branes were analyzed by scan elect ron micrograp hs.The solid

6、 p hase ext raction experiment s show t here are pat hs in t he molecularly imprinted membranes which formed by t he cavities wit h size and st ruct ure accom 2modated to levofloxacin and showed a better selectivity for it.Dist ributed coefficient K of t he membranes to L V FX and O FL X could reach

7、 2.7and 2.This work increases t he application of imprinted membrane extraction in chiral drug separation.K ey w ords :molecularly imprinted membrane ;solid p hase ext raction ;chiral drug ;levofloxacin手性在生物过程中起着非常重要的作用,与生命相关的许多分子都具有手性,手性药物与生命体的相互作用同手性药物的活性有着密切联系。由于手性药物对映体的药理活性差异很大,人们对单一对映体药物的需求逐渐增加

8、,目前单一对映体药物的销售持续增长,如何获得单一对映体药物已成为361当前国际药物研究的热门方向12。针对手性药物的拆分,已开发了结晶法3、化学法4、酶促拆分法5、色谱法6、膜法7和分子印迹法8等。相对这些拆分方法,分子印迹膜因具有分子水平上的识别特异性以及便于连续操作和易于放大等特点,已成为手性分离领域的一个重要发展方向,同时为分子印迹技术走向规模化开辟了道路9。膜萃取是膜分离与液液萃取相结合的一种新型分离技术,分子印迹膜萃取与传统意义上的膜萃取不同,无需添加萃取剂,同时具有较小的传质阻力,如Sergeyeva 等10通过光接枝法制备了甲氧去草净印迹复合膜并将其成功地用于固相萃取。本文基于中

9、空纤维膜单位传质面积大、传质效率高、膜萃取装置可线性放大等优点,采用热聚合方法制备了左氧氟沙星分子印迹中空纤维复合膜,用于固相萃取实现手性药物氧氟沙星的选择性分离。1实验部分1.1试剂和仪器聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜(PVDF,实验室自制,孔隙率为73%,截留分子量为67000,通量为120L/(m2hM Pa;左氧氟沙星(levofloxacin, L V FX、氧氟沙星(ofloxacin,O FL X,纯度99%,江苏昆山双鹤药业有限公司;乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA,纯度98%,上海珊瑚化工厂;偶氮二异丁腈(A IBN,化学纯,上海试四赫维化工有限公司;2甲基丙烯酸(MAA,分析纯,上

10、海凌锋化学试剂有限公司;乙酸,分析纯;三氯甲烷,分析纯;甲醇,色谱级。功能单体和交联剂中的阻聚剂均用活性炭吸附去除。UV2762紫外可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司,J SM26360L V扫描电子显微镜(日本J EOL。1.2L VFX和MAA结合常数的测定用紫外光谱法测定L V FX和MAA的结合常数。在0.05mmol/L L V FX的三氯甲烷溶液里分别加入1.53.5mmol/L的MAA,在25用UV2 762紫外可见分光光度计测定预聚合溶液中L V FX 的紫外光谱,检测波长范围为250400nm。1.3膜的表面形态和结构用扫描电镜测定了PVDF中空纤维超滤膜和L V FX

11、分子印迹聚合物膜的表面形态。1.4L VFX分子印迹膜的制备取0.3614g(1mmolL V FX,0.34mL(4mmolMAA溶于20mL C HCl3中,超声助溶后加入20mmol EDMA和0.2mmol A IBN,超声溶解30min后即得到所需涂膜液。将每根PVDF超滤膜放人涂膜液中浸泡30s,悬挂晾干后置于真空干燥箱中于60下加热48h。将热聚合后的膜用V (甲醇V(乙酸=91的溶液洗掉模板分子和未聚合的单体和交联剂,直至用紫外分光光度计在298nm处检测不到模板分子为止,再用甲醇洗去过量的乙酸,即可得到以PVDF中空纤维超滤膜为支撑膜的LV FX分子印迹聚合物膜M(L V F

12、X。制备非印迹膜N(L V FX除不加模板分子外,其余操作步骤同上。1.5膜萃取实验将一定膜面积的聚合物膜M(L V FX或N (LV FX做成组件连在固相萃取装置中(见图1,壳程为0.02mmol/L的L V FX的甲醇溶液或相同浓度的OFL X的甲醇溶液,膜内为纯甲醇,每隔一定时间取样,用紫外可见分光光度计在298nm下测定聚合物膜两侧分析物的浓度(所有实验值均平行测定3次,相对误差在5%以内 。图1分子印迹膜固相萃取装置Fig.1Extraction equipment of molecularly imprinted com2 posite membrane1Extraction ta

13、nk;2Pump;3Feed tank;4Valve;5Flow meter;6Pressure gauge;7Module由式(1计算所选定底物在料液和萃取液间的分配系数K:K=c E/c F(1其中c E为萃取池中底物的平衡浓度(mmol/L;c F 为原料池中剩余底物的浓度(mmol/L。2结果与讨论2.1L VFX和MAA之间的相互作用在0.05mmol/L L V FX的氯仿溶液中分别加461华东理工大学学报(自然科学版第33卷 入不同浓度的MAA ,预聚合溶液充分摇匀以保证模板分子和功能单体作用完全,依次通过紫外分光光度计扫描得到L V FX 的紫外光谱变化。从图2可以看出,在大量

14、MAA 存在的情况下,LV FX 的吸光度变化不是很明显,但是仍存在随着MAA 浓度的增大而逐渐变小的趋势,表明两者之间确实产生了分子间相互作用,形成了配合物。根据L V FX 和MAA 的分子结构可以推断是氢键作用和离子作用使得L V FX 分子的电子云分布发生了改变,从而使吸收强度发生变化 。图2MAA 存在下,L V FX 在氯仿溶液中的紫外吸收光谱图(25Fig.2UV spectrum of L V FX chloroform solution (25c MAA /(mmol L -1:11.5;22.0;32.5;43.0;53.5模板分子L V FX 和功能单体MAA 缔合形成的

15、复合物一般可以表示如下:LV FX +n MAA K(LV FX MAA n(2式中K 为结合常数,n 为化学配位比,n =1,2,3K =c (L V FX MAA nc (LV FX c (MAA n(3在客体浓度远远大于主体浓度时,由Lamber 2Beer 定律导出式:A/b n0=-K A +K a 0l(4式中a 0为主体L V FX 的浓度,mol/L ;b 0为客体MAA 的浓度(b 0µa 0,mol/L ;A 表示加入MAA 与未加入MAA 的L V FX 的吸光度之差。对n 试差,以A/b n0对A 作图,当n 为合理数值时,两者呈线性关系,即可以确定两者相互作

16、用的比例,并可以求出结合常数K 。本文选择n =1,2,3进行试差,结果如图3所示。当n =2时,A/b n0对A 呈线性关系(R =0.9956,说明在此条件下L V FX 和MAA 形成了12的配合物,与前面的推断吻合,计算得出结合常数K 为3.83×105L 2/mol 2 。图3L V FX 和MAA 在三氯甲烷中的结合常数图Fig.3Binding constant plot of L V FX and MAA in chloro 2form上述实验说明了模板分子L V FX 和功能单体MAA 之间确实能够形成缔合物,n =2表明一个L V FX 能与2个MAA 结合,即L

17、 V FX 分子结构中的羧基和氨基都能够和MAA 产生作用,相互作用示意图如图4所示 。图4L VFX 和MAA 相互作用示意图Fig.4Schematic illustration of the interaction between L V FX and MAA2.2分子印迹聚合物膜的表面形态研究用扫描电镜分别表征了基膜PVDF 中空纤维超滤膜和L V FX 分子印迹膜的表面形貌(图5。自制的PVDF 超滤膜表面凹凸不平(图5a ,当以其为支撑膜进行聚合,形成分子印迹聚合物膜后,膜的表面形貌发生了很大变化(图5c ,原有的孔结构消失,膜的表面出现了层叠交联状的形貌;比较断面图(图5b 和图

18、5d 可以看出聚合后皮层加厚,说明了在PVDF 中空纤维膜的表面热聚合确实形成了分子印迹聚合物层。2.3L VFX 分子印迹膜在固相萃取中的应用选择O FL X 和L V FX 作为底物进行固相萃取,561第2期邴乃慈,等:左氧氟沙星分子印迹膜固相萃取选择性分离氧氟沙星 图5不同膜表面的扫描电镜图Fig.5Scan electron micrographs of the differentmembrance surfacePVDF ultrafiltration membrane :a External surface ,b Cross section ;M (L V FX :c Extern

19、al surface ,d Cross section研究了LV FX 分子印迹膜对模板分子的印迹效应和分离效果。在底物浓度均为0.02mmol/L ,萃取温度25,压力0.1M Pa 条件下,底物透过印迹膜M (L V FX 和非印迹膜N (L V FX 的量随时间变化曲线如图6所示 。图6L V FX 和OFL X 透过(a M (L VFX 和(b N (L V FX 的时间2萃取量图Fig.6Extraction plot of L V FX and OFL X through (a M (L V FX and (b N (L V FX 从图6a 和图6b 可见,在相同的时间内,L V

20、 FX透过印迹膜的量远远高于非印迹膜,这是由于在支撑膜表面形成的印迹聚合物层经洗脱后产生了具有与模板分子L V FX 在空间结构相匹配的孔穴,并形成了一些孔道使得模板分子可以顺利地通过;而在非印迹膜中不存在具有识别作用的空间位点,只是有一些在致孔剂(溶剂作用下形成的不规则、杂乱无章的孔穴,这些孔穴不能形成通道或者堵塞通道,从而导致了模板分子透过非印迹膜的量相对比较少。比较图6a 中的两条曲线可以看出,L V FX 透过印迹膜的量高于OFL X ,这是因为O FL X 为左旋体和右旋体组成的外消旋体,两个异构体虽然分子大小相同,但是右旋体和L V FX 分子印迹聚合物层中的功能基结构不相匹配,虽

21、然有一定透过量但是透过量相对较少。在固相萃取条件下,中空纤维膜内的纯溶剂的流动使得底物的透过量随着时间的增加而增加,萃取时得到的最大分配系数K L 和K O 分别为2.7和2。3结论(1通过紫外光谱法确定了分子印迹膜制备中单体MAA 和模板分子LV FX 缔合的化学计量数为2和结合常数K 为3.83×105L 2/mol 2。(2扫描电镜结果表明:通过热聚合方法确实在PVDF 中空纤维超滤膜支撑膜表面产生了以L V FX 为模板分子的聚合物薄层。(3将其用于固相萃取实现了氧氟沙星的选择性分离,由于分子印迹聚合物膜中存在着由空间结构和大小均与模板分子左氧氟沙星互补的孔穴组成的通道,该通

22、道可选择性地透过底物分子,萃取时得到的最大分配系数K L 和K O 分别为2.7和2。参考文献:1黄蓓,杨立荣,吴坚平.手性拆分技术的工业应用J .化工进展,2002,21(6:375.2Norbert M Maier ,Pilar Franco ,Wolfgang Lindner.Separa 2tion of enantiomers :Needs ,challenges ,perspectives J .J Chromatogr A ,2001,906:3233.3Toda F ,Tanaka K ,Stein Z ,et al .Optical resolution ofbinapht

23、hyl and biphenant haryl diols by inclusion crystalliza 2tion wit h N 2alkylcin 2chonidium halides :Struct ural character 2ization of t he resolved materials J .J Org Chem ,1994,59:578425751.4邓金根.手性亚砜化合物的包结拆分J .化学研究与应用,1999,11:4652466.(下转第199页661华东理工大学学报(自然科学版第33卷chemistry,1991,2:1502155.21Seidel J C

24、,Nat h N,Harper A E.Diet and cholesterolemia:V.Effect s of sulfur2containing amino acids and proteinJ.Journal of Lipid Research,1960,1:4742481.22Morita T,Oh2hashi A,Takei K,et al.Cholesterol2loweringeffect s of soybean,potato and rice proteins depend on t heirlow met hionine content s in rat s fed a

25、 cholesterol2free purifieddietJ.J Nutr,1997,127:4702477.23Kurowska E M,Carroll K K.Studies on t he mechanism ofinduction of hypercholesterolemia in rabbit s by high dietarylevels of amino acidsJ.J Nutr Biochem,1991,2:6562662.24Tanaka K,Nozaki Y.Effect of partial hydrolysates of caseinand soy bean pr

26、otein on serum lipoproteins and fecal neutralsterolsJ.J Nutr Sci Vttaminol,1983,29:4392446. 25Samman S,Carroll K K.Effect of dietary casein and soy pro2tein on metabolism of radiolabelled low density apolipoproteinB in rabbit sJ.Lipids,1989,24(3:1692172.26Huff M W,Carroll K K.Effect s of dietary pro

27、tein on turn2over,oxidation,and absorption of cholesterol and on steroidexcretion in rabbit sJ.J Lipid Res,1980,21:5462558. 27Carroll K K.Soya protein and at herosclerosisJ.J Am OilChem Soc,1981,58:4162419.28Sklan D.Digestion and absorption of casein at different dieta2ry levels in t he click effect

28、 on fatty acid and bile acid absorp2tionJ.J Nutr,1980,10:9892994.29Roy D M,Schneeman B O.Effect of soy protein,casein andtrypsin inhibition on cholesterol,bile acids and pancreatic en2zymes in miceJ.J Nutr,1981,11:8782885.30Nishizawa N,Oikawa M,Nakamum M.Effect of lysine andt hreonine supplement on

29、biological value of proso millet pro2teinJ.Nutr Rep Int,1989,40:2392245.31Seiichi K,Akira O,Tat suya M,et al.Nutritional character2ization of millet protein concentrates produced by a heat2sta2ble2amylase digestionJ.Nutr Res,1999,19(6:8992910.32Dawber T R.The Framingham Study:The Epidemiology ofAt herosclerotic DiseaseM.Cambridge,MA:Haward Uni2versity Press,1980.(上接第166页5Subhash Bhatia,Wei Sing Lo