金属离子配位作用对槲皮素模板聚合物性能的影响

JournalofYunnanUniversity

CN53-1045/N　ISSN0258-7971

金属离子配位作用对槲皮素模板聚合物性能的影响

刘　鹏,邓书端,卢桂英,丁中涛,曹秋娥

(云南大学化学科学与工程学院教育部自然资源药物化学重点实验室,云南昆明　650091)

Ξ

)和Co(Ⅱ)的配合物为模板分子,丙烯酰胺(AM)为功能单体,在甲醇中摘要:采用槲皮素及槲皮素与Cu(Ⅱ

制备了一系列印迹聚合物和非印迹聚合物,并用平衡结合实验研究了聚合物的性能,探讨了金属离子的引入对

)和Co(Ⅱ),尤槲皮素印迹聚合物吸附性能的影响.结果表明,在印迹聚合物的聚合体系中引入金属离子Cu(Ⅱ

)后,印迹聚合物对槲皮素的吸附容量和印迹效果均有明显增加;同时如果在吸附溶液中再加入金属其是Co(Ⅱ

离子,印迹聚合物的吸附容量可以由未加金属离子时的35199mg/g增加到69110mg/g,印迹因子则由1168增加到了1194.

);钴Co(Ⅱ);金属配位作用关键词:印迹聚合物;槲皮素;铜(Ⅱ中图分类号:O657132　　文献标识码:A　　文章编号:0258-7971(2008)05-0503-06

　　自从1993年Mosbach等[1]在Nature上发表

了1篇关于茶碱印迹聚合物的论文后,分子印迹聚合物(MolecularImprintingPolymer,MIP)或称分子模板聚合物(MolecularTemplatePolymer,MTP)就因其制备简单、使用方便,尤其是对模板分子具有高度的亲和性与选择性等独特优势而受到了广泛关注[2].目前,分子印迹聚合物已经在药物、环境、食品、化学,特别是分离科学中如吸附分离、固相萃取、色谱、毛细管电泳和膜分离等领域展现了良好的应用前景[3～6].然而,现有的分子印迹聚合物多为非共价型印迹聚合物,而共价型印迹聚合物特别是以金属配位键为主的印迹聚合物报道较少[7,8].事实上,药物与金属离子的结合具有高度的专一性和温和的结合与断裂条件,在生物识别体系中一直发挥着重要的作用,这意味着在分子印迹聚合物的识别过程中引入金属离子配位作用必将改善印迹聚合物的识别性能.基于此,在一些研

)、)和Zn究报道中引入了金属离子如Cu(ⅡCo(Ⅱ(Ⅱ)等与目标分子形成配合物,再以此配合物为模

子的能力有明显提高[9,10].关于槲皮素分子印迹

聚合物的研究已有文献报道[11],但是只以槲皮素为模板分子合成的印迹聚合物无论是吸附容量还是识别选择性均不理想.为此,王志华等[12]曾以

)-槲皮素配合物为模板分子,制备了对槲Zn(Ⅱ

皮素有良好渗透选择性的印迹聚合物膜,证明了)的引入对印迹聚合物膜的识别性能有明显Zn(Ⅱ

)或Co(Ⅱ)形成的改善.但是,以槲皮素与Cu(Ⅱ

配合物为模板分子制备槲皮素印迹聚合物的研究还未见报道.为了改善槲皮素印迹聚合物的吸附性能,本文在印迹聚合物的合成过程中引入了Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ),采用槲皮素与Cu(Ⅱ)或Co(Ⅱ)形成的配合物为模板分子,制备了几个印迹聚合物,测定了这些聚合物对槲皮素的吸附参数,探讨金属离子的加入对印迹聚合物吸附性能的影响.结果表

)和Co(Ⅱ)尤其是Co明,在聚合过程中引入Cu(Ⅱ

(Ⅱ)后,印迹聚合物对槲皮素的吸附容量和印迹效果均有明显增加.

板,进行印迹聚合物的合成,结果证明了金属离子配位作用的引入对印迹聚合物选择性识别目标分

1　实验部分

111　主要仪器与试剂　UV-2401型紫外可见分

Ξ收稿日期:2008-04-01

基金项目:国家自然科学基金资助项目(30560178);云南省自然科学基金资助项目(2006D002Q).

),男,山东人,硕士生,主要从事分子识别分离材料的研究.作者简介:刘　鹏(1984-　

),女,湖南人,教授,硕士生导师,主要从事分子光谱与色谱分析研究1E-mail:qecao@ynu1edu1cn.通讯作者:曹秋娥(1967-　

504

云南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　第30卷

光光度计(日本岛津);THZ-C恒温振荡器(江苏

太仓市实验设备厂).

槲皮素(生化试剂)购自上海试剂二厂;丙烯酰胺(AM)为上海化学试剂公司产品,直接使用;乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为上海珊瑚化工厂产品,使用前经减压蒸馏纯化;偶氮二异丁腈(AIBN)购自上海试剂四厂,使用前用乙醇重结晶纯化.实验所用其它试剂均为分析纯.112　槲皮素与AM及金属离子结合的光谱研究在一系列浓度为215×10-5mol/L的槲皮素甲　

醇溶液中,分别加入215×10-5mol/L的AM,CuAc2,CoCl2,或同时加入215×10-5mol/L的AM和215×10-5mol/LCoCl2的甲醇溶液.混合均匀后,以甲醇或相应浓度的AM甲醇溶液为参比,扫描体系的紫外光谱,研究槲皮素与AM及金属离子的相互作用.113　印迹聚合物及非印迹聚合物的合成　以槲皮

素或槲皮素与金属离子Cu2+或Co2+的配合物为

模板分子,AM为功能单体,合成了6个分子印迹聚合物.合成步骤为:按表1中给出的量加入AM、槲皮素及Cu2+或Co2+于15mL甲醇中,室温下搅拌混合液3h,以使槲皮素与金属离子及AM充分作用形成稳定配合物.然后分别加入30mmol交联剂EGDMA和40mg引发剂AIBN.将混合液转入安瓿瓶中,通氮气5～10min后,真空下密封安瓿瓶.将密封好的安瓿瓶放入恒温振荡器,65℃振荡24h完成聚合反应,得块状聚合物.将聚合物磨碎、过筛后,用体积比为8∶2的甲醇-乙酸混合溶剂索氏提取至流出的溶液中检测不到模板分子槲皮素及Cu2+或Co2+,再用甲醇洗至中性,放入真空干燥器中干燥48h,得分子印迹聚合物(MIP).

非印迹聚合物(NMIP)的合成:除不加目标分子槲皮素及Cu2+或Co2+外,其余步骤与合成MIP完全相同.

表1　制备聚合物的聚合体系组成

Tab11　Thecompositionofthepolymerizationsystemsforthepreparationofpolymers

聚合物

NMIP10MIP11MIP12MIP13NMIP20MIP21MIP22MIP23

AM加入量/

mmol44441111

模板分子及其用量/

mmol

EGDMA加入量/

mmol3030303030303030

AIBN加入量/

mg3030303030303030

甲醇加入量/

mL1515151515151515

无槲皮素(1)

)(1)槲皮素(1)+Co(Ⅱ)(1)槲皮素(1)+Cu(Ⅱ

无槲皮素(1)

)(1)槲皮素(1)+Co(Ⅱ)(1)槲皮素(1)+Cu(Ⅱ

114　聚合物平衡吸附实验　准确称取印迹或非印

迹聚合物10mg于10mL锥形瓶中,加入不同浓度

)甲醇混的底物槲皮素甲醇溶液或槲皮素-Co(Ⅱ

合溶液5mL,在恒温振荡器中于室温下振动吸附5h后,用0145μm滤膜过滤.滤液经过恰当稀释后,以甲醇作参比,用紫外光谱质量(mg)法测定其浓度,并计算聚合物的吸附量Q(Q定义为每克干聚合物所吸附底物的毫克数)和印迹聚合物的印迹因子(定义为印迹聚合物的吸附量QMIP与非印迹聚合物的吸附量QNMIP之比).

2　结果与讨论

211　槲皮素与AM及金属离子的相互作用　图1

)、是槲皮素及槲皮素-AM、槲皮素-AM-Co(Ⅱ)的紫外光谱.可见,在250～槲皮素-AM-Cu(Ⅱ

500nm范围内,槲皮素的甲醇溶液在260nm和370nm附近有2个吸收峰,分别对应槲皮素分子中苯环上的π-π3和n-π3跃迁.当在槲皮素的甲醇溶液中单独加入功能单体AM时,这2个吸收峰

的峰位基本没有发生位移,但吸光度却有了明显增

)或AM与Cu(Ⅱ)加;当同时加入AM与Co(Ⅱ

第5期　　　　　　　　　刘　鹏等:金属离子配位作用对槲皮素模板聚合物性能的影响505

后,不仅峰的吸收值进一步增加,并产生了一定程度的红移.一般而言,吸收峰的增色效应和红移代表着强相互作用如氢键、静电相互作用或配位作用的存在.因此说明,槲皮素能够与AM发生相互作

)与Cu(Ⅱ)的存在则能促进这一相互用,而Co(Ⅱ

作用.这可能是因为在没有金属离子存在的情况

)或下,槲皮素只能与AM以氢键结合;当有Co(Ⅱ)存在时,槲皮素、)/Cu(Ⅱ)之Cu(ⅡAM及Co(Ⅱ

面上形成了过多的非特异性吸附位点,所以聚合物

的吸附量增加,印迹聚合物的选择性(以印迹因子表示)却下降[13].此外,表2中的数据还表明,相对于以槲皮素为模板分子制备的印迹聚合物,以槲皮

)或Co(Ⅱ)的络合物为模板分子制备素与Cu(Ⅱ

的印迹聚合物的吸附量与印迹因子均有所增加,这表明在印迹聚合物的合成过程中引入金属离子的配位作用后,有助于印迹聚合物与槲皮素的相互作

)或Co(Ⅱ)相用,这与槲皮素和功能单体及Cu(Ⅱ

互作用的紫外光谱研究结果是一致的.

表2　各聚合物的吸附量(Q)与印迹因子(QMIP/QNMIP)

Tab12　Thebindingactivity(Q)andimprintingefficiency

(QMTP/QNMTP)ofthepolymers间能够发生配合相互作用而形成稳定的三元配合

)/Cu(Ⅱ)的存在能促进槲皮素与物,因此,Co(Ⅱ

)引起的AM的相互作用.图1还表明,加入Co(Ⅱ

)引起的增色效应,表明增色效应大于加入Cu(Ⅱ

)比Cu(Ⅱ)更有利于促进槲皮素与AM的相Co(Ⅱ

互作用.

印迹聚合物MIP11MIP12MIP13MIP21MIP22MIP23

Q/非印迹聚合物

Q/

QMIP/QNMIP

b

(mg・g-1)a311563711835115291633519932104

(mg・g-1)

1113

NMIP10

27194

113311261134

NMIP20

21141

11681150

　　a1吸附条件:槲皮素浓度为015mg/mL,聚合物用量为

1:槲皮素/甲醇;2:(槲皮素+AM)/AM;3:(槲皮素+))/AM;4:(槲皮素+AM+Co(Ⅱ))/AM.各曲线AM+Cu(Ⅱ

)和Co(Ⅱ)的浓度均为215×中槲皮素、AM、Cu(Ⅱ10-5mol/L.

)图1　槲皮素及槲皮素-AM、槲皮素-AM-Co(Ⅱ

)的紫外光谱和槲皮素-AM-Cu(Ⅱ

Fig11　TheUV-spectraofquercetion,quercetion-)andquercetionAM,quercetion-AM-Co(Ⅱ)1-AM-Cu(Ⅱ

10mg,吸附溶剂为10mL甲醇,时间为5h,温度为室温.

b1MIP11～MIP13是以NMIP10为对照非模板聚合

物;MIP21～MIP23是以NMIP20为对照非模板聚合物.

)对聚合物吸附性能的影21212　吸附液中Co(Ⅱ

212　聚合物的吸附性能　

21211　聚合体系组成对聚合物吸附性能的影响　)或Co(Ⅱ)按照表1,由槲皮素及槲皮素与Cu(Ⅱ

的络合物为模板分子,以AM为功能单体,在甲醇

中合成了6个印迹聚合物(MIP)及其相应的2个非印迹聚合物(NMIP),并测定了各聚合物在甲醇溶剂中对槲皮素的吸附量(Q),结果见表2.

表2中的数据表明,随着功能单体用量的增加,聚合物的吸附量均有所增加,但是非印迹聚合物的吸附量增加更为明显,最终导致印迹聚合物的印迹因子(QMIP/QNMIP)随功能单体用量的增加而明显下降.这是因为过多的功能单体在聚合物的表

响　选择具有较高吸附量和最大印迹因子的印迹聚合物MIP22及其相应的非印迹聚合物NMIP20为吸附剂,以含有固定质量浓度槲皮素(015mg/

)的甲醇溶液为吸附溶mL)和不同质量浓度Co(Ⅱ

)的质量浓度对聚合物液,研究了吸附液中Co(Ⅱ

吸附槲皮素性能的影响,结果见图2和图3.可见,

)质量浓度的增加,NMIP20随着吸附液中Co(Ⅱ

和MIP22的吸附量(图2)和MIP22的印迹因子(图3)均先明显增加,随后基本稳定在吸附液中Co(Ⅱ)的质量浓度达到013mg/mL以上时.当吸附

)的质量浓度由010mg/mL增加到体系中Co(Ⅱ

013mg/mL时,印迹聚合物的吸附量由35199mg/g增加到了69110mg/g,印迹因子则由1168增加到

)后,对印迹了1194.可见,在吸附液中加入Co(Ⅱ

聚合物的吸附性能有进一步的改善作用.这可能是

)后,聚合物对槲皮因为在吸附溶液中加入Co(Ⅱ

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云南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　第30卷

　　吸附条件:吸附液为10mL含015mg/mL槲皮素与

)的甲醇溶液,聚合物用量为10mg,不同质量浓度Co(Ⅱ

时间为5h,温度为室温

图2　结合溶液中Co(Ⅱ)质量浓度对MIP22和

NMIP20吸附容量(Q)的影响

)concentrationinrebindingso2Fig12　EffectofCo(Ⅱ

lutionontheadsorptioncapacity(Q)ofMIP22andNMIP20图3　结合溶液中Co(Ⅱ)质量浓度对MIP22印迹因子

(QMIP/QNMIP)的影响(吸附条件同图2相同))concentrationinrebindingso2Fig13　EffectofCo(Ⅱ

lutionontheimprintingeffect(QMIP/QNMIP)ofMIP22

)时的以氢键相互作用素的吸附作用由未加Co(Ⅱ

为主,转变为以聚合物中的AM及槲皮素与Co(Ⅱ)的配位相互作用为主,因此吸附量大幅增加,

mol/L不变,用HAc和NaAc调节吸附液的pH,实

验进一步研究了吸附液pH对聚合物吸附动力学

的影响,结果见图5.可见,随着吸附溶液pH的增加,印迹聚合物和非印迹聚合物的吸附量和动力学吸附速度均有所增加,这可能是因为随着吸附液pH的增加,槲皮素的离解能力增加,从而导致聚合

)之间形成配合物的能力增物与槲皮素和Co(Ⅱ

加,因此聚合物的吸附量增加,吸附平衡速度加快.

)会沉淀,所以本实但是因为在pH较高时,Co(Ⅱ验的最高pH只试验了pH811.

印迹因子也有所改善.

21213　聚合物的吸附动力学　固定吸附溶液中

)的质量浓度为013mg/mL,槲皮素的质量Co(Ⅱ

浓度为015mg/mL,研究了印迹聚合物MIP22和其相应的非印迹聚合物NMIP20的吸附量随吸附时间的变化情况,绘制得到的吸附动力学曲线见图4.可见,在前30min内,印迹聚合物与非印迹聚合物的吸附量均迅速增加,此后吸附量增加渐缓.对于NMIP20而言,当吸附时间达到1h后,吸附基本达到平衡;对于MIP22来说,达到吸附平衡大约需要2h.这一结果与一般的印迹聚合物的吸附特征是类似的,是由印迹聚合物独特的孔穴结构所决定的.非印迹聚合物中由于没有有序排列的且与模板分子结构相对应的立体孔穴,因此其吸附作用主要为非印迹聚合物表面的非异性吸附,所以很快就能达到吸附平衡[13].21214　吸附溶液pH对聚合物吸附动力学的影响　固定吸附液中离子强度(以Na+表示)为015

3　结　论

)和槲皮通过研究以槲皮素、槲皮素-Cu(Ⅱ

)为模板分子制备的印迹聚合物的吸附素-Co(Ⅱ

特性,发现在印迹聚合体系中引入金属离子后,制备的印迹聚合物对槲皮素的吸附容量和印迹效果明显提高.同时,如果在吸附液中加入金属离子,印迹聚合物的吸附量和印迹效果还会进一步增加.可

见,在印迹聚合物的合成与识别过程中引入金属配位作用有助于印迹聚合物对槲皮素吸附性能的改善.

第5期　　　　　　　　　刘　鹏等:金属离子配位作用对槲皮素模板聚合物性能的影响507

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吸附条件:吸附液为10mL甲醇中含015mg/mL槲皮

),聚合物用量为10mg,温度为室温素和013mg/mLCo(Ⅱ

图4　聚合物MIP22和NMIP20的吸附动力学曲线

Fig14　CurveofadsorptiondynamicsofMIP22andNMTP20合物结合作用及选择性研究[J].云南大学学报:自然科学版,2005,27(4):3482351.

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吸附条件:吸附液为具有不同pH值的含015mg/mL

)和015mol/LNa+的甲醇溶液槲皮素、013mg/mLCo(Ⅱ(10mL),聚合物用量为10mg,吸附温度为室温.

曲线1～3依次为MIP22在pH为3118,6119和8110时的吸附动力学曲线;曲线1′～3′依次为NMIP20在pH为3118,6119和8110时的吸附动力学曲线.

图5　聚合物MIP22和NMIP20在不同pH下的吸附

动力学曲线

Fig15　CurveofadsorptiondynamicsofMIP22and

NMTP20atdifferentpH

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508

云南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　第30卷

Influenceofthemetal-chelatefunctionontheadsorptionproperties

ofthemolecularimprintedpolymerofquercetin

LIUPeng,DENGShu2duan,LUGui2ying,DINGZhong2tao,CAOQiu2e

(KeyLaboratoryofMedicinalChemistryforNatureResource,MinistryofEducation,SchoolofChemicalScienceandTech2nology,YunnanUniversity,Kunming650091,China)

Abstract:Inordertostudyontheinfluenceofthepresenceofmetalionsontheadsorptionpropertiesofthemolecularimprintedpolymer(MIP)ofquercetin,aseriesofmolecularimprintedpolymerswereprepared

)andCo(Ⅱ)astemplatemolecule,acry2inmethanolusingquercetinorthecomplexofquercetinwithCu(Ⅱ

lamide(AM)asfunctionalmonomer,respectively.Theadsorptionpropertiesofthesepolymerswerestudiedbyequilibriumadsorptionexperiment.Theresultsindicatedthatboththeadsorptioncapacity(Q)andim2

)andCo(Ⅱ)especiallyCo(Ⅱ)wasprintingeffect(QMTP/QNMTP)wereimprovedremarkablyafterCu(Ⅱ

addedinthepolymerizationsystem.Moreover,theadsorptioncapacitycouldbeincreasedfrom35199mg/gto69110mg/gtogetherwiththeimprintingeffectincreasedform1168to1194ifthemetalionwasaddedintheadsorptionsolutionatthesametime.);cobalt(Ⅱ);metal-chelatefunctionKeywords:molecularimprintedpolymer;quercetin;copper(Ⅱ

333333333333333333333333333333

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UsingenergyfluxdensitymethodtoresearchspatialtemporaldistributioncharactersofseismicactivityinKunmingregion

YUPei2qing1,LIUBen2yu1,CHENJian2tao1,ZHUDe2fu2

(11DepartmentofGeophysics,YunnanUniversity,Kunming650091,China;21TheSeismologicalBureauofTibetAutonomousRegion,Lasha850000,China)

Abstract:Byusingenergyfluxdensitymethod,seismicenergyreleaseinKunmingandthesurroundingregion(23.6°N～27.0°N,101.5°E～104.5°E)wascalculated,andthecontourmapsofenergyfluxdensitylogarithmvalueswereobtained.Thenthesituationoftheseismicenergyreleaseineachperiodwasobtainedbyanalyzingthecontourmap.ThespatialtemporaldistributioncharactersofseismicactivityinKunmingandthesurroundingregionwasobtainedbystudyingtheregionoftheenergyrelease,anditsstrengthcycleandthevariabletrend.Theresultsshowedthattheseismicactivityofthatregionbecomesstronger.Therefer2encevalueofenergyfluxdensitymapinthedivisionofpotentialsourcezoneandearthquakepredictionwasdiscussedatlast.

Keywords:energyfluxdensitymap;high-energycenter;seismicity;spatialtemporaldistributionchar2acters;seismicactivefaults;potentialsourcezone;Kunming