一种相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于分子印迹磁性纳米材料技术领域，具体涉及一种相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球及其制备方法和应用。

背景技术

绿原酸(Chlorogenic Acid，CGA)是一种多酚酸，广泛分布于杜仲，金银花等中草药中。其具有抗菌、止痛、抗氧化、抗糖尿病和抗癌等诸多优异的生化和药理特性。分离和纯化CGA的常用方法主要包括有机溶剂萃取、微波萃取、超声辅助萃取、选择性树脂萃取和液相色谱法等。这些方法存在选择性差、溶剂消耗量大、操作繁琐、难以实现规模化应用等缺点。因此，发展新型分离纯化CGA的技术，实现对中草药中CGA的高选择性和高效率地富集纯化，具有重要的研究意义。

分子印迹技术(molecular imprinting technique,MIT)，是基于天然识别现象而发展起来的一种根据目标分子量身制备对该分子(模板分子)具有特异选择性的高分子网络聚合物技术。分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymers,MIPs)通过具有与模板分子在形状，大小，功能基团上相匹配的孔穴产生识别模板分子的作用。表面分子印迹技术是以功能化材料为载体，在其表面制备分子印迹聚合物的方法。该方法形成的识别孔穴位于载体材料表面或附近，相较于传统分子印迹技术，极大增加了有效识别位点的数目，提高了目标分子的可接近性。表面MIPs的常见载体有石墨烯、碳纳米管、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、四氧化三铁等，其中磁性载体由于具有良好的磁分离性能，使得表面MIPs和溶剂能够在外部磁场作用下快速分离，得到了科研工作者的广泛关注。

目前，已有绿原酸分子印迹磁性纳米材料的报道，但该类材料所采用的磁性纳米载体通常需要一步或多步修饰，所采用的功能单体(例如：丙烯酸、丙烯酰胺、4-乙烯基吡啶、多巴胺、聚乙烯亚胺、明胶、多糖、酚醛树脂等)往往具有化学毒性、功能基团少、生物相容性差、印迹层不稳定等缺点。因此，开发一种稳定性高、生物相容性好、制备条件简单温和的绿原酸分子印迹磁性纳米材料，对于分离纯化中草药中的CGA具有重要意义。

溶菌酶(Lyz)是一种天然碱性蛋白质，对环境友好且几乎无污染，其含有丰富的功能基团和二硫键。溶菌酶结构中的二硫键可以被还原剂打开，导致构型发生转变，可在载体上形成稳定且均匀的相转变溶菌酶层。溶菌酶含有羧基，羟基，氨基和硫醇基等多种官能基团，可通过多重相互作用力，与模板分子CGA结合，从而增强印迹效果。此外，相转变溶菌酶在酸性条件下稳定，不仅可以保护内部磁性核，还可以在洗脱过程中保持印迹层形态，极大提高了所得材料的稳定性。此外，本工作采用一步溶剂热法合成了铜掺杂磁性纳米球用以提供金属配体，通过配位作用固定模板分子，提高印迹孔穴的有序性，进而提高所得MIPs的选择性。相较于非共价键固定模板法，金属配位键具有选择性、方向性以及较高的强度。该方法仅需一步修饰、操作简便且无需要多次孵育铜离子。

迄今为止，还没有关于以铜掺杂磁性纳米球作为载体，相转变溶菌酶为迹层制备高稳定性和高选择性绿原酸分子印迹磁性纳米材料的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球及其制备方法和应用，该方法以铜掺杂磁性纳米球为载体，相转变溶菌酶为印迹层，采用两步固定模板法，制得了相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球，该方法制得的绿原酸分子印迹磁性纳米球能快速高选择性地分离纯化中草药中的绿原酸。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球的制备方法，包括：以绿原酸作为模板分子，铜掺杂磁性纳米球为载体，相转变溶菌酶为印迹层，采用固定模版法制备得相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球。

优选地，具体的制备方法包括以下步骤：

步骤一：将铜掺杂磁性纳米球和绿原酸充分分散于水中，制得混合体系I；

步骤二：将溶菌酶和三(2-羧乙基)膦充分分散于水中，制得混合体系II(即相转变溶菌酶)；

步骤三：将混合体系II加入混合体系I中，室温下聚合反应10～12h，制得固态聚合物，在经过洗脱、干燥，制得相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球。

优选地，步骤一中，铜掺杂磁性纳米球、绿原酸和水的用量比为(180～200)mg：(45～50)mg：(90～100)mL；

充分分散是先将铜掺杂磁性纳米球和绿原酸超声分散于水中10～15min，然后机械搅拌1～2h，机械搅拌的转速为400～500r/min。

优选地，步骤二中，溶菌酶、三(2-羧乙基)膦和水的用量比为(280～300)mg：(100～120)mg：(40～50)mL。

优选地，步骤三中，使用的洗脱液是体积比为(90:95):(10:5)的无水乙醇和乙酸的混合溶液；干燥温度为40～60℃，干燥时间为4～6h。

优选地，所述铜掺杂磁性纳米球的制备方法如下：

将三氯化铁、无水乙酸钠、氯化铜和乙二醇在180～210℃下反应8～10h制得反应产物，将反应产物经洗涤、干燥，制得铜掺杂磁性纳米球；其中，三氯化铁、无水乙酸钠、氯化铜和乙二醇的用量比为：(1.30～1.40)g:(3.50～3.70)g:(0.08～0.09)g:(30～40)mL。

进一步优选地，洗涤是采用乙醇和超纯水将反应产物洗涤至中性，干燥是在40～60℃及0.06～0.09MPa的压力下真空干燥4～6h。

本发明还公开了采用上述的制备方法制得的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球，该相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球的粒径为220～230nm，且对绿原酸的吸附量为9.9～10.8mg/g。

本发明还公开了上述的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球作为绿原酸吸附剂的应用。

优选地，所述相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球用于分离纯化中草药中的绿原酸。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)采用一步溶剂热法合成的铜掺杂磁性纳米球为载体，制备简单，可实现在外加磁场下固液的快速分离；(2)铜掺杂磁性纳米球中的铜可通过配位作用将模版分子绿原酸固定在载体表面，随后以相转变溶菌酶为印迹层再次固定模板分子，二次固定模板法可提高印迹孔穴的有序性，从而提高所得材料的选择性。(3)采用相转变溶菌酶为印迹层，可通过溶菌酶丰富的官能团与模板分子形成多重非共价键，进一步提高所得材料的选择性；(4)相转变溶菌酶对环境友好且在酸性条件下稳定，不仅可以保护内部磁性载体，还可以在洗脱过程中保持印迹层形态，极大提高了所得材料的稳定性。；(5)本发明制得的材料成本低廉、制备简单、分离快速，更易规模化地实现对中草药中绿原酸的高选择性富集。

附图说明

图1为采用水热法合成的铜掺杂磁性纳米球的透射电镜图。

图2为采用金属配位固定模版法合成的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球的透射电镜图。

图3为采用金属配位固定模版法合成的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球的重复利用图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明下述实施例所用的溶菌酶购买自上海蓝季科技发展有限公司，批号：CAS：12650-88-3；Lot:20200515。

实施例1

一种相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球的制备方法，可按如下步骤制备：

步骤一、将1.32g三氯化铁、3.55g无水乙酸钠、0.083g氯化铜和33mL乙二醇置于反应釜中，在190℃下反应8h，反应结束后，用乙醇和超纯水将反应产物洗涤至中性，然后在45℃、0.06MPa的压力下真空干燥4h，即得到铜掺杂磁性纳米球。如图1所示，铜掺杂磁性纳米球的粒径约为200nm。

步骤二、将180mg步骤一制得的铜掺杂磁性纳米球、45mg绿原酸和90mL超纯水加入三口烧瓶中，超声分散10min，以500r/min的转速机械搅拌1h。

步骤三、将280mg溶菌酶、100mg三(2-羧乙基)膦(TCEP)和40mL超纯水，超声分散后快速加入步骤二的三口烧瓶中，室温下聚合10h，生成固态聚合物。

步骤四、待步骤三中的聚合反应结束后，通过外加磁场将反应液中生成的固态聚合物分离出来；用体积比为95:5的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱分离出的固态聚合物、再在40℃下干燥4h，即得到相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球。

如图2所示，制得的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球粒径约为220nm。

将本实施例制得的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球10mg加入到10mL浓度为40μg/mL的CGA的水溶液中，室温下震荡30min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用高效液相色谱测定(1)中所得上清液中CGA的浓度，再计算出相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量；

所测得的上清液中CGA的浓度为30.07μg/mL；

所述的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量的计算公式为：

式中C

通过计算，相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量为:9.93mg/g。

参见图3，经过十次吸附-解吸附循环，本发明制备的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对模版分子绿原酸的吸附容量只是略有降低，说明由于耐酸的相转变溶菌酶作为印迹层，使得该分子印迹纳米球具有良好的稳定性和可重复利用性。

实施例2

一种相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球的制备方法，可按如下步骤制备：

步骤一、将1.35g三氯化铁、3.60g无水乙酸钠、0.085g氯化铜和35mL乙二醇置于反应釜中，在200℃下反应8h，反应结束后，用乙醇和超纯水将反应产物洗涤至中性，然后在50℃、0.07MPa的压力下真空干燥4h，即得到铜掺杂磁性纳米球。

步骤二、将185mg步骤一制得的铜掺杂磁性纳米球、47mg绿原酸和95mL超纯水加入三口烧瓶中，超声分散10min，以500r/min的转速机械搅拌1h。

步骤三、将285mg溶菌酶、105mg三(2-羧乙基)膦(TCEP)和45mL超纯水，超声分散后快速加入步骤二的三口烧瓶中，室温下聚合10h，生成固态聚合物。

步骤四、待步骤三中的聚合反应结束后，通过外加磁场将反应液中生成的固态聚合物分离出来；用体积比为92:8的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱分离出的固态聚合物、再在50℃下干燥4h，即得到相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球。

将本实施例制得的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球10mg加入到10mL浓度为40μg/mL的CGA的水溶液中，室温下震荡30min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用高效液相色谱测定(1)中所得上清液中CGA的浓度，再计算出相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量；

所测得的上清液中CGA的浓度为29.87μg/mL；

所述的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量的计算公式为：

式中C

通过计算，相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量为:10.13mg/g。

实施例3

一种相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球的制备方法，可按如下步骤制备：

步骤一、将1.37g三氯化铁、3.65g无水乙酸钠、0.087g氯化铜和40mL乙二醇置于反应釜中，在180℃下反应9h，反应结束后，用乙醇和超纯水将反应产物洗涤至中性，然后在50℃、0.08MPa的压力下真空干燥5h，即得到铜掺杂磁性纳米球。

步骤二、将190mg步骤一制得的铜掺杂磁性纳米球、50mg绿原酸和95mL超纯水加入三口烧瓶中，超声分散10min，以500r/min的转速机械搅拌2h。

步骤三、将290mg溶菌酶、110mg三(2-羧乙基)膦(TCEP)和50mL超纯水，超声分散后快速加入步骤二的三口烧瓶中，室温下聚合12h，生成固态聚合物。

步骤四、待步骤三中的聚合反应结束后，通过外加磁场将反应液中生成的固态聚合物分离出来；用体积比为94:6的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱分离出的固态聚合物、再在50℃下干燥5h，即得到相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球。

将本实施例制得的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球10mg加入到10mL浓度为40μg/mL的CGA的水溶液中，室温下震荡30min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用高效液相色谱测定(1)中所得上清液中CGA的浓度，再计算出相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量；

所测得的上清液中CGA的浓度为29.71μg/mL；

所述的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量的计算公式为：

式中C

通过计算，相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量为:10.29mg/g。

实施例4

一种相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球的制备方法，可按如下步骤制备：

步骤一、将1.40g三氯化铁、3.65g无水乙酸钠、0.087g氯化铜和40mL乙二醇置于反应釜中，在190℃下反应9h，反应结束后，用乙醇和超纯水将反应产物洗涤至中性，然后在50℃、0.09MPa的压力下真空干燥5h，即得到铜掺杂磁性纳米球。

步骤二、将195mg步骤一制得的铜掺杂磁性纳米球、50mg绿原酸和100mL超纯水加入三口烧瓶中，超声分散10min，以500r/min的转速机械搅拌2h。

步骤三、将295mg溶菌酶、110mg三(2-羧乙基)膦(TCEP)和50mL超纯水，超声分散后快速加入步骤二的三口烧瓶中，室温下聚合12h，生成固态聚合物。

步骤四、待步骤三中的聚合反应结束后，通过外加磁场将反应液中生成的固态聚合物分离出来；用体积比为93:7的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱分离出的固态聚合物、再在50℃下干燥6h，即得到相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球。

将本实施例制得的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球10mg加入到10mL浓度为40μg/mL的CGA的水溶液中，室温下震荡30min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用高效液相色谱测定(1)中所得上清液中CGA的浓度，再计算出相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量；

所测得的上清液中CGA的浓度为29.51μg/mL；

所述的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量的计算公式为：

式中C

通过计算，相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量为:10.49mg/g。

实施例5

一种相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球的制备方法，可按如下步骤制备：

步骤一、将1.40g三氯化铁、3.70g无水乙酸钠、0.087g氯化铜和40mL乙二醇置于反应釜中，在200℃下反应9h，反应结束后，用乙醇和超纯水将反应产物洗涤至中性，然后在50℃、0.09MPa的压力下真空干燥5h，即得到铜掺杂磁性纳米球。

步骤二、将200mg步骤一制得的铜掺杂磁性纳米球、50mg绿原酸和100mL超纯水加入三口烧瓶中，超声分散10min，以500r/min的转速机械搅拌2h。

步骤三、将295mg溶菌酶、110mg三(2-羧乙基)膦(TCEP)和50mL超纯水，超声分散后快速加入步骤二的三口烧瓶中，室温下聚合12h，生成固态聚合物。

步骤四、待步骤三中的聚合反应结束后，通过外加磁场将反应液中生成的固态聚合物分离出来；用体积比为91:9的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱分离出的固态聚合物、再在50℃下干燥6h，即得到相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球。

将本实施例制得的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球10mg加入到10mL浓度为40μg/mL的CGA的水溶液中，室温下震荡30min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用高效液相色谱测定(1)中所得上清液中CGA的浓度，再计算出相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量；

所测得的上清液中CGA的浓度为29.43μg/mL；

所述的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量的计算公式为：

式中C

通过计算，相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量为:10.57mg/g。

实施例6

一种相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球的制备方法，可按如下步骤制备：

步骤一、将1.40g三氯化铁、3.70g无水乙酸钠、0.09g氯化铜和40mL乙二醇置于反应釜中，在200℃下反应9h，反应结束后，用乙醇和超纯水将反应产物洗涤至中性，然后在50℃、0.09MPa的压力下真空干燥5h，即得到铜掺杂磁性纳米球。

步骤二、将200mg步骤一制得的铜掺杂磁性纳米球、50mg绿原酸和100mL超纯水加入三口烧瓶中，超声分散15min，以500r/min的转速机械搅拌2h。

步骤三、将300mg溶菌酶、110mg三(2-羧乙基)膦(TCEP)和50mL超纯水，超声分散后快速加入步骤二的三口烧瓶中，室温下聚合12h，生成固态聚合物。

步骤四、待步骤三中的聚合反应结束后，通过外加磁场将反应液中生成的固态聚合物分离出来；用体积比为90:10的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱分离出的固态聚合物、再在50℃下干燥6h，即得到相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球。

将本实施例制得的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球10mg加入到10mL浓度为40μg/mL的CGA的水溶液中，室温下震荡30min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用高效液相色谱测定(1)中所得上清液中CGA的浓度，再计算出相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量；

所测得的上清液中CGA的浓度为29.22μg/mL；

所述的相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量的计算公式为：

式中C

通过计算，相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球对CGA的吸附量为:10.78mg/g。

综上所述，本发明以绿原酸作为模板分子，铜掺杂磁性纳米球为载体，相转变溶菌酶为印迹层，采用固定模版法制备得相转变溶菌酶调节的绿原酸分子印迹纳米球。本发明中的铜掺杂磁性纳米球采用一步溶剂热法合成，可以通过螯合作用将模版分子绿原酸固定在载体表面，随后以相转变溶菌酶为印迹层再次固定模板分子，二次固定模板法可提高印迹孔穴的有序性，从而提高所得材料的亲和性。同时，相转变溶菌酶具有丰富的官能团，可以与模版分子形成多重相互作用力，进一步增强印迹效果。本发明将分子印迹的专一识别性和铜掺杂磁性纳米球的易于分离性相结合，制备方法简单、条件温和，制得的聚合物粒径均一、稳定性强、生物相容性好、环境友好，可快速实现对中草药中绿原酸的高选择性富集。本发明将丰富分子印迹技术、材料表面修饰和磁性分离的内容，为一系列生物活性物质的特异性分离提供了一种快速有效的方法，具有良好的实际应用前景。