分子印跡膜的功能單體篩選方法及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及膜分離技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是分子印跡膜的功能單體篩選方法及制備方 法。尤指基于計(jì)算機(jī)分子模擬技術(shù)進(jìn)行功能單體篩選并用篩選出的功能單體制備分子印跡 膜的方法，是一種制備分子印跡膜的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 分子印跡技術(shù)是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高分子功能化的新方法，分子印跡過(guò)程主 要是使功能單體在模板分子周?chē)M(jìn)行聚合，形成一個(gè)主體結(jié)構(gòu)后，再將模板分子提取出去 得到聚合物（分子識(shí)別聚合物）。這樣，該聚合物中就形成了與模板分子的形狀和功能相對(duì) 應(yīng)的可進(jìn)行識(shí)別的空穴，當(dāng)該聚合物用于分離包含有模板分子的混合物（例如：由模板分 子與其他物質(zhì)組成的混合物）時(shí)，就能夠有效地識(shí)別并分離出這些模板分子。
[0003] 分子識(shí)別聚合物就是采用分子印跡技術(shù)制備的、能夠根據(jù)模板分子的形狀和特 征，對(duì)分子量接近、結(jié)構(gòu)類(lèi)似的化合物進(jìn)行有效分離的高分子聚合物。分子印跡聚合物膜 (分子印跡膜）是將制備分子識(shí)別聚合物的分子印跡技術(shù)應(yīng)用到膜制備過(guò)程中，使所制備 的膜具有在分子層次上對(duì)化合物進(jìn)行識(shí)別分離的功能。
[0004] 分子印跡聚合物膜為將特定目標(biāo)分子從其結(jié)構(gòu)類(lèi)似物的混合物中分離出來(lái)提供 了可行且有效的解決途徑，因其便于連續(xù)操作、易于放大、能耗低、能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)，被 看作一種"綠色化學(xué)"的典型，也是膜科學(xué)目前研究的熱點(diǎn)，但制備過(guò)程中針對(duì)特定模板分 子需進(jìn)行功能單體、溶劑等分子印跡體系的選擇，以及親和選擇性的預(yù)測(cè)，以往針對(duì)新的功 能單體的選擇，一般只依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，盲目性較大，需要通過(guò)大量試驗(yàn)獲得，在具體實(shí)驗(yàn)工 作中往往消耗大量的人力物力。
[0005] 分子模擬技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，是從原子水平上的相互作用出發(fā)，借助計(jì)算機(jī) 數(shù)值模擬的方法得到分子的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等方面的信息，以研究這些信息與功能之 間的關(guān)系。具體地說(shuō)，就是先在計(jì)算機(jī)屏幕上構(gòu)建分子模型，包括對(duì)所研究對(duì)象的原子位置 的詳細(xì)描述和建立分子間相互作用力方程，然后用恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)力學(xué)關(guān)系對(duì)分子的位置和運(yùn) 動(dòng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均以求算所需的宏觀性質(zhì)。它不僅可以對(duì)許多宏觀物理化學(xué)現(xiàn)象作出微 觀上的解釋?zhuān)铱梢詫?duì)目前真實(shí)試驗(yàn)中各種極端條件下無(wú)法獲得的許多信息給出可靠的 預(yù)測(cè)。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)能力的提升、分子模擬技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)提供了設(shè)計(jì)分子合成、 進(jìn)行機(jī)理解釋、預(yù)測(cè)分離行為等無(wú)試劑消耗的實(shí)驗(yàn)方法。計(jì)算模擬可以處理由成百上千個(gè) 原子組成的體系，只要算法、計(jì)算模型可靠，可用計(jì)算機(jī)模擬取代部分常規(guī)試驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn) 次數(shù)，節(jié)省不必要的物力和人力，大大提高研發(fā)效率。
[0006] GR0MACS是由Groningen University開(kāi)發(fā)的用于研究生物分子體系的分子動(dòng)力 學(xué)程序包。它可以用分子動(dòng)力學(xué)、隨機(jī)動(dòng)力學(xué)或者路徑積分方法模擬溶液或晶體中的任意 分子，進(jìn)行分子能量的最小化，分析構(gòu)象等。GR0MACS是一個(gè)功能強(qiáng)大的分子動(dòng)力學(xué)的模擬 軟件，其在模擬大量分子系統(tǒng)的牛頓運(yùn)動(dòng)方面具有極大的優(yōu)勢(shì)，GR0MACS支持幾乎所有當(dāng)前 流行的分子模擬軟件的算法。
[0007] 葛根素（葛根素的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示）是葛根中的主要成分，也是傳統(tǒng)中藥葛 根發(fā)揮藥效作用的主要活性成分，它具有擴(kuò)張外周血管、改善缺血區(qū)的血流、增加冠狀動(dòng)脈 的血流量、促進(jìn)冠狀動(dòng)脈側(cè)枝循環(huán)的開(kāi)放和形成、降低心肌耗氧量、對(duì)β -腎上腺素能受體 的阻滯作用以及抑制血小板聚集等藥理作用。目前葛根素的提取方法主要有溶劑法、酸水 解法，鹽析法、絡(luò)合萃取法、大孔吸附樹(shù)脂法等，基于分子模擬技術(shù)制備的分子印跡膜用于 分尚純化葛根素尚未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供分子印跡膜的功能單體篩選 方法及制備方法，本發(fā)明的制膜方法簡(jiǎn)單、不需特殊設(shè)備、生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化放大。
[0009] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0010] 分子印跡膜的功能單體篩選方法，運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)，通過(guò)分子模型的建 立和參數(shù)的計(jì)算，研究選定的模板分子與功能單體之間的相互作用能ΛΕ及空間構(gòu)象的關(guān) 系，確定用于分子印跡聚合物合成的功能單體，指導(dǎo)分子印跡膜的設(shè)計(jì)與制備。
[0011] 在上述方案的基礎(chǔ)上，具體包括如下步驟：對(duì)功能單體的計(jì)算、模擬、篩選，
[0012] 通過(guò)計(jì)算得到GR0MACS軟件的模擬輸入文件，
[0013] 使用GR0MACS軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，得到模板分子與功能單體的相互作用能，
[0014] 篩選與模板分子有最大相互作用能的功能單體作為分子印跡體系的功能單體。
[0015] 在上述方案的基礎(chǔ)上，采用PR0DRG軟件運(yùn)算生成功能單體及模板分子的坐標(biāo)和 拓?fù)湮募⑵渥鳛镚R0MACS軟件的模擬輸入文件。
[0016] 在上述方案的基礎(chǔ)上，使用GR0MACS軟件進(jìn)行模擬計(jì)算的條件為：
[0017] 模擬在水環(huán)境中進(jìn)行，
[0018] 對(duì)于所有的分子均采用GMX模型，
[0019] 采用ΝΡΤ系綜，
[0020] 所有的體系均在GR0MACS87力場(chǎng)中進(jìn)行模擬計(jì)算；
[0021] 首先生成形為八面體的模擬盒子，設(shè)定盒子后，將模板分子和功能單體分子放到 盒子中心，之后將盒子充滿水；
[0022] 當(dāng)獲得分子初始構(gòu)象后，進(jìn)行能量最小化，然后進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬以便選擇與 模板分子有最大相互作用能的功能單體，設(shè)定模擬步長(zhǎng)，系統(tǒng)記錄每一步的軌跡和能量，模 擬計(jì)算模板分子與功能單體的相互作用能。
[0023] 在上述方案的基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬計(jì)算得到的模板分子與功能單體的相互作用能， 篩選與模板分子有最大相互作用能的功能單體作為分子印跡體系的功能單體，此種篩選功 能單體的目的是為了使制備的分子印跡聚合物對(duì)選定的模板分子有良好的分子識(shí)別性。
[0024] 在上述方案的基礎(chǔ)上，所述GR0MAC軟件選用GR0MACS3. 2。
[0025] 在上述方案的基礎(chǔ)上，所述模板分子為葛根素，
[0026] 所述功能單體包括甲基丙烯酸羥乙酯HEMA、丙烯酸ACA、甲基丙烯酸縮水甘油酯 GMA、苯乙烯STY和乙烷基苯乙烯ESTY。
[0027] 在上述方案的基礎(chǔ)上，在GR0MAC軟件中設(shè)定盒子時(shí)，盒子的邊長(zhǎng)均為5. Onm。
[0028] 在上述方案的基礎(chǔ)上，設(shè)定模擬步長(zhǎng)為0. 002ps。
[0029] 分子印跡膜的制備方法，具體包括以下步驟：
[0030] 1基膜預(yù)處理：
[0031] 以聚合物微孔濾膜為基膜，將聚合物微孔濾膜浸入光引發(fā)劑的乙醇或甲醇溶液 中，一段時(shí)間后取出自然晾干，獲得膜表面覆蓋有光引發(fā)劑的聚合物微孔濾膜；
[0032] 2分子印跡膜的制備：
[0033] 以葛根素為模板分子，通過(guò)上述任意所述分子印跡膜的功能單體篩選方法得到與 葛根素有最大相互作用能的功能單體，
[0034] 將模板分子、功能單體以及交聯(lián)劑按摩爾比為1: (1~6) : (10~20)的比值分 別稱取，然后與光引發(fā)劑的乙醇或甲醇溶液混合均勻制成均相溶液體系，再將膜的表面覆 蓋有光引發(fā)劑的聚合物微孔濾膜浸入均相溶液體系中，置于波長(zhǎng)為365nm的紫外光下照射 6~10小時(shí)，得到分子印跡膜；
[0035] 3分子印跡膜的清洗：
[0036] 將分子印跡膜用甲醇-乙酸的混合溶劑反復(fù)洗滌，洗掉模板分子葛根素和未反應(yīng) 的功能單體及未反應(yīng)的交聯(lián)劑，直到檢測(cè)不到模板分子葛根素和雜質(zhì)為止，得到葛根素分 子印跡膜，晾干后保存?zhèn)溆谩?br>[0037] 在上述方案的基礎(chǔ)上，所述聚合物微孔濾膜為聚砜微孔濾膜、聚醚砜微孔濾膜、聚 偏氟乙烯微孔濾膜或聚丙烯腈微孔濾膜。
[0038] 在上述方案的基礎(chǔ)上，所述光引發(fā)劑均為引發(fā)劑二苯甲酮、引發(fā)劑127、引發(fā)劑 1173、引發(fā)劑184中的一種。
[0039] 在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟1中所述光引發(fā)劑的乙醇或甲醇溶液中，光引發(fā)劑的 濃度為〇· 1~1. 〇m〇l/L。
[0040] 在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟1中所述聚合物微孔濾膜在光引發(fā)劑的乙醇或甲醇溶 液中浸泡的時(shí)間為1~4小時(shí)。
[0041] 在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟2中所述交聯(lián)劑為三烯丙基異氰尿酸酯或二乙烯基 苯。
[0042] 在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟2中所述光引發(fā)劑的乙醇或甲醇溶液中光引發(fā)劑的濃 度為 0· 01 ~0· lmol/L。
[0043] 在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟2中光引發(fā)劑的乙醇或甲醇溶液的用量按所述模板分 子與光引發(fā)劑的乙醇或甲醇溶液的摩爾體積比為lmmol: (15~25)ml控制。
[0044] 在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟3中所述甲醇-乙酸混合溶劑中甲醇與乙酸的體積比 為5~9:1。
[0045] 本發(fā)明所述的分子印跡膜的功能單體篩選方法及制備方法，具有以下有益效果：
[0046] (1)本發(fā)明是基于分子模擬軟件對(duì)模板分子與幾種待選擇的功能單體的相互作用 能進(jìn)行計(jì)算，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算方法篩選出功能單體，具有預(yù)測(cè)效果好、節(jié)約時(shí)間和 資金的優(yōu)勢(shì)；
[0047] (2)本發(fā)明利用篩選出的功能單體所制備的分子印跡膜，膜中產(chǎn)生與模板分子相 匹配的孔穴，形成可以使模板分子連續(xù)、快速、順利通過(guò)的傳遞通道，從而在相同的分離條 件下，利用本發(fā)明所述方法制備的分子印跡膜的分離選擇性強(qiáng)，而且制膜方法簡(jiǎn)單、不需特 殊設(shè)備、生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化放大。
【附圖說(shuō)明】
[0048] 本發(fā)明有如下附圖：
[0049] 圖1是葛根素⑵的化學(xué)結(jié)構(gòu)；
[0050] 圖2是模板分子與功能單體STY-P(苯乙烯與模板分子葛根素）形成的穩(wěn)定構(gòu)象 圖。
【具體實(shí)施方