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中藥活性成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型多樣、含量低、不穩(wěn)定,因此分離純化較為困難,目前主要依賴于硅膠柱色譜、大孔吸附樹脂柱色譜、聚酞胺柱色譜、凝膠柱色譜、高效逆流色譜、制備型高效液相色譜等色譜技術(shù)。為了得到純度高的活性成分,需經(jīng)多種溶劑萃取和反復(fù)柱色譜,不僅溶劑消耗量大、環(huán)境污染嚴(yán)重,而且效率和收率也較低。
近年來(lái),一種以與目標(biāo)分子具有高度識(shí)別的分子印跡聚合物(MIPs)為固定相進(jìn)行的色譜分離技術(shù)——分子印跡技術(shù)(MIT)在中藥活性成分分離純化中的應(yīng)用研究廣泛展開,涉及黃酮、多元酚、生物堿、甾體、香豆素等多種結(jié)構(gòu)類型的化合物。這些研究均取得了較好的效果,為在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣該技術(shù)提供了依據(jù)。
現(xiàn)狀:MIT分離中藥研究逐步展開
目前,有關(guān)MIT在藥學(xué)領(lǐng)域的文獻(xiàn)半數(shù)以上涉及手性物的分離和分析,而其在中藥活性成分的分離純化中的應(yīng)用雖然還不是很多,但都收到了較好的效果。
黃酮:目前所報(bào)道的利用MIT分離純化的黃酮類化合物多以槲皮素為模板、丙烯酞胺為功能單體。例如,北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的謝建春等首先將槲皮素MIPs直接用于銀杏葉提取物水解液的分離,得到了槲皮素和與其結(jié)構(gòu)相似的山柰酚,其中槲皮素的回收率為89%,從而證明了利用MIPs直接從中藥中獲得具有相同藥效的化合物的可能性。Zhu等則以槲皮素為模板制備的MIPs作為固相萃取材料,篩選到了藏藥緣毛錦雞兒中兩個(gè)活性比槲皮素強(qiáng)的表皮生長(zhǎng)因子受體抑制劑:(E)-piceatannol和butein,兩者回收率分別為80%和76%。
此外,謝建春等還以2,2-羥甲基丁醇三甲基丙烯酯(TRIM)為交聯(lián)劑制備了槲皮素MIPs,將其用于分子印跡固相萃取(MIP-SPE),從服用了銀杏葉提取物水解液的大鼠血漿中分離并測(cè)定出槲皮素和異鼠李素,表明該MIP-SPE能有效潔凈水溶性生物樣品,并直接進(jìn)行定量測(cè)定。
多元酚:茶多酚中的兒茶素類成分結(jié)構(gòu)相似,尤其是表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)和其對(duì)映體沒食子兒茶素沒食子酸酯(GCG),常規(guī)方法難以分離。中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的雷啟福等嘗試以EGCG為模板,以α-甲基丙烯酸為功能單體,以乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑制備了MIPs,從茶多酚中分離富集EGCG獲得了滿意效果。該院的向海艷等以白藜蘆醇為模板,以丙烯酞胺為功能單體,以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑制備了MIPs,并對(duì)虎杖提取液進(jìn)行了分離,僅經(jīng)過兩步洗脫(甲醇淋洗后,5%醋酸甲醇溶液洗脫),就得到了白藜蘆醇及少量白藜蘆醇苷,且兩者達(dá)到了良好的分離效果。
生物堿:MIT在生物堿中的應(yīng)用較多,特別是手性異構(gòu)體的分離與測(cè)定。例如,Dong等以中藥麻黃中的成分(-)-ehedrine為模板,以甲基丙烯酸為功能單體,合成了(-)-ehedrine分子印跡聚合物,該聚合物對(duì)(-)-ehedrine有良好的選擇性和親和力。將其用于分子印跡固相萃取(MIP-SPE),直接從麻黃中提取出了(-)-ehedrine,經(jīng)高效液相分析,純度較高,回收率和精密度良好,表明MIP-SPE能直接用于麻黃中(-)-ehedrine的定量測(cè)定。
華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院的陳移嬌等以咖啡因?yàn)槟0?,采用水溶液懸浮聚合法制備了微米?jí)分子印跡聚合物微球(MIPMs),當(dāng)以茶葉堿為競(jìng)爭(zhēng)分子時(shí),該MIPMs對(duì)咖啡因有很強(qiáng)的吸附和特異性選擇識(shí)別能力,能對(duì)茶葉中的咖啡因進(jìn)行分離富集。Xie等用哈爾滿(harman)為模板制備了MIPs,并作為液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)的固定相,分離和在線鑒別了駱駝蓬種籽甲醇提取物中兩個(gè)和哈爾滿結(jié)構(gòu)類似的抗癌組分:哈爾明堿(harmine)和哈馬林(harmaline)。
甾體:甾體類化合物結(jié)構(gòu)相似,采用常規(guī)方法很難對(duì)某一組分進(jìn)行分離純化和定量測(cè)定。而甾體分子大多含有羥基取代基,可以利用其和功能單體形成氫鍵或酯鍵,制備出相應(yīng)的MIPs,使之得到高效分離。目前,應(yīng)用MIT選擇性分離、分析甾體分子已成為關(guān)注的熱點(diǎn),但多數(shù)涉及人體內(nèi)的一些活性物質(zhì),如膽固醇、皮質(zhì)醇等,用于植物中甾體成分的分離純化較少。
油菜素甾酮被認(rèn)為是一種可以刺激植物生長(zhǎng)的活性物質(zhì),但常規(guī)提取過程非常繁瑣。Kuglmiya等利用p-乙烯基苯硼酸和油菜素甾酮中的兩組順式羥基發(fā)生酯化作用,制備了共價(jià)MIPs。由于該法所得的MIPs對(duì)模板具有嚴(yán)謹(jǐn)、精確的吸附,能夠防止同樣具有順式羥基的雌激素三醇等成分的干擾。:Hu等用MIP-SPE從秦皮中提取得到了秦皮乙素,并通過選擇洗滌和洗脫溶劑,設(shè)計(jì)了一個(gè)分離秦皮乙素和其結(jié)構(gòu)類似物秦皮甲素、香豆素、7-氧基香豆素及瑞香素的方案。
挑戰(zhàn):技術(shù)難題仍需攻克
雖然MIT在中藥分離中的應(yīng)用研究已日益廣泛,而且與其他色譜分離技術(shù)相比,它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),包括分子識(shí)別性強(qiáng)、固定相制備簡(jiǎn)便快速、操作簡(jiǎn)單且溶劑消耗量小、模板和MIPs都可以回收再利用等。但是,作為一種新型的分離手段,MIT本身還存在許多有待解決的問題,如分子印跡和識(shí)別過程的機(jī)制和定量描述、功能單體和交聯(lián)劑的選擇局限性等。
首先,MIT應(yīng)用的有些模板往往十分昂貴或難于得到,且通常每合成1克干聚合物就需要50~100微摩爾/升的模板,模板需要量較大,回收率也有待進(jìn)一步提高。
其次,MIT在特殊的分離領(lǐng)域的應(yīng)用還需大力研究,由于結(jié)合位點(diǎn)的非均勻性和實(shí)際可利用官能團(tuán)的數(shù)量有限,MIPs作為高效液相色譜(HPLC)固定相時(shí)常常出現(xiàn)色譜峰過寬和拖尾的情況,從而使柱效降低,影響了分離效果。因此,為獲得較大批量的產(chǎn)物,達(dá)到較大規(guī)模的制備水平,需要進(jìn)一步增加聚合物中的實(shí)際有效結(jié)合位點(diǎn)以增加分離柱容量。
三是目前制備相對(duì)分子質(zhì)量較高的成分的MIPs有一定困難,所以現(xiàn)在使用的模板均為小分子的苷元,需要進(jìn)一步開發(fā)中藥活性成分的模板。MIPs的聚合方法多樣,包括溶液聚合(本體聚合)法、懸浮聚合法、原位聚合法、種子聚合法、表面印跡法等,而在上述文獻(xiàn)中,多用溶液聚合法。這種方法需研磨過篩,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,材料損失也較多。
盡管MIT具有上述種種局限性,還有待進(jìn)一步深入研究,但由于其具備很高的選擇性以及優(yōu)良的理化特性,必然會(huì)隨著技術(shù)本身的不斷發(fā)展和應(yīng)用的逐漸增多,而在中藥活性成分分離純化領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
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中藥活性成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型多樣、含量低、不穩(wěn)定,因此分離純化較為困難,目前主要依賴于硅膠柱色譜、大孔吸附樹脂柱色譜、聚酞胺柱色譜、凝膠柱色譜、高效逆流色譜、制備型高效液相色譜等色譜技術(shù)。為了得到純度高的活性成分,需經(jīng)多種溶劑萃取和反復(fù)柱色譜,不僅溶劑消耗量大、環(huán)境污染嚴(yán)重,而且效率和收率也較低。
近年來(lái),一種以與目標(biāo)分子具有高度識(shí)別的分子印跡聚合物(MIPs)為固定相進(jìn)行的色譜分離技術(shù)——分子印跡技術(shù)(MIT)在中藥活性成分分離純化中的應(yīng)用研究廣泛展開,涉及黃酮、多元酚、生物堿、甾體、香豆素等多種結(jié)構(gòu)類型的化合物。這些研究均取得了較好的效果,為在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣該技術(shù)提供了依據(jù)。
現(xiàn)狀:MIT分離中藥研究逐步展開
目前,有關(guān)MIT在藥學(xué)領(lǐng)域的文獻(xiàn)半數(shù)以上涉及手性物的分離和分析,而其在中藥活性成分的分離純化中的應(yīng)用雖然還不是很多,但都收到了較好的效果。
黃酮:目前所報(bào)道的利用MIT分離純化的黃酮類化合物多以槲皮素為模板、丙烯酞胺為功能單體。例如,北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的謝建春等首先將槲皮素MIPs直接用于銀杏葉提取物水解液的分離,得到了槲皮素和與其結(jié)構(gòu)相似的山柰酚,其中槲皮素的回收率為89%,從而證明了利用MIPs直接從中藥中獲得具有相同藥效的化合物的可能性。Zhu等則以槲皮素為模板制備的MIPs作為固相萃取材料,篩選到了藏藥緣毛錦雞兒中兩個(gè)活性比槲皮素強(qiáng)的表皮生長(zhǎng)因子受體抑制劑:(E)-piceatannol和butein,兩者回收率分別為80%和76%。
此外,謝建春等還以2,2-羥甲基丁醇三甲基丙烯酯(TRIM)為交聯(lián)劑制備了槲皮素MIPs,將其用于分子印跡固相萃取(MIP-SPE),從服用了銀杏葉提取物水解液的大鼠血漿中分離并測(cè)定出槲皮素和異鼠李素,表明該MIP-SPE能有效潔凈水溶性生物樣品,并直接進(jìn)行定量測(cè)定。
多元酚:茶多酚中的兒茶素類成分結(jié)構(gòu)相似,尤其是表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)和其對(duì)映體沒食子兒茶素沒食子酸酯(GCG),常規(guī)方法難以分離。中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的雷啟福等嘗試以EGCG為模板,以α-甲基丙烯酸為功能單體,以乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑制備了MIPs,從茶多酚中分離富集EGCG獲得了滿意效果。該院的向海艷等以白藜蘆醇為模板,以丙烯酞胺為功能單體,以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑制備了MIPs,并對(duì)虎杖提取液進(jìn)行了分離,僅經(jīng)過兩步洗脫(甲醇淋洗后,5%醋酸甲醇溶液洗脫),就得到了白藜蘆醇及少量白藜蘆醇苷,且兩者達(dá)到了良好的分離效果。
生物堿:MIT在生物堿中的應(yīng)用較多,特別是手性異構(gòu)體的分離與測(cè)定。例如,Dong等以中藥麻黃中的成分(-)-ehedrine為模板,以甲基丙烯酸為功能單體,合成了(-)-ehedrine分子印跡聚合物,該聚合物對(duì)(-)-ehedrine有良好的選擇性和親和力。將其用于分子印跡固相萃取(MIP-SPE),直接從麻黃中提取出了(-)-ehedrine,經(jīng)高效液相分析,純度較高,回收率和精密度良好,表明MIP-SPE能直接用于麻黃中(-)-ehedrine的定量測(cè)定。
華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院的陳移嬌等以咖啡因?yàn)槟0?,采用水溶液懸浮聚合法制備了微米?jí)分子印跡聚合物微球(MIPMs),當(dāng)以茶葉堿為競(jìng)爭(zhēng)分子時(shí),該MIPMs對(duì)咖啡因有很強(qiáng)的吸附和特異性選擇識(shí)別能力,能對(duì)茶葉中的咖啡因進(jìn)行分離富集。Xie等用哈爾滿(harman)為模板制備了MIPs,并作為液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)的固定相,分離和在線鑒別了駱駝蓬種籽甲醇提取物中兩個(gè)和哈爾滿結(jié)構(gòu)類似的抗癌組分:哈爾明堿(harmine)和哈馬林(harmaline)。
甾體:甾體類化合物結(jié)構(gòu)相似,采用常規(guī)方法很難對(duì)某一組分進(jìn)行分離純化和定量測(cè)定。而甾體分子大多含有羥基取代基,可以利用其和功能單體形成氫鍵或酯鍵,制備出相應(yīng)的MIPs,使之得到高效分離。目前,應(yīng)用MIT選擇性分離、分析甾體分子已成為關(guān)注的熱點(diǎn),但多數(shù)涉及人體內(nèi)的一些活性物質(zhì),如膽固醇、皮質(zhì)醇等,用于植物中甾體成分的分離純化較少。
油菜素甾酮被認(rèn)為是一種可以刺激植物生長(zhǎng)的活性物質(zhì),但常規(guī)提取過程非常繁瑣。Kuglmiya等利用p-乙烯基苯硼酸和油菜素甾酮中的兩組順式羥基發(fā)生酯化作用,制備了共價(jià)MIPs。由于該法所得的MIPs對(duì)模板具有嚴(yán)謹(jǐn)、精確的吸附,能夠防止同樣具有順式羥基的雌激素三醇等成分的干擾。:Hu等用MIP-SPE從秦皮中提取得到了秦皮乙素,并通過選擇洗滌和洗脫溶劑,設(shè)計(jì)了一個(gè)分離秦皮乙素和其結(jié)構(gòu)類似物秦皮甲素、香豆素、7-氧基香豆素及瑞香素的方案。
挑戰(zhàn):技術(shù)難題仍需攻克
雖然MIT在中藥分離中的應(yīng)用研究已日益廣泛,而且與其他色譜分離技術(shù)相比,它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),包括分子識(shí)別性強(qiáng)、固定相制備簡(jiǎn)便快速、操作簡(jiǎn)單且溶劑消耗量小、模板和MIPs都可以回收再利用等。但是,作為一種新型的分離手段,MIT本身還存在許多有待解決的問題,如分子印跡和識(shí)別過程的機(jī)制和定量描述、功能單體和交聯(lián)劑的選擇局限性等。
首先,MIT應(yīng)用的有些模板往往十分昂貴或難于得到,且通常每合成1克干聚合物就需要50~100微摩爾/升的模板,模板需要量較大,回收率也有待進(jìn)一步提高。
其次,MIT在特殊的分離領(lǐng)域的應(yīng)用還需大力研究,由于結(jié)合位點(diǎn)的非均勻性和實(shí)際可利用官能團(tuán)的數(shù)量有限,MIPs作為高效液相色譜(HPLC)固定相時(shí)常常出現(xiàn)色譜峰過寬和拖尾的情況,從而使柱效降低,影響了分離效果。因此,為獲得較大批量的產(chǎn)物,達(dá)到較大規(guī)模的制備水平,需要進(jìn)一步增加聚合物中的實(shí)際有效結(jié)合位點(diǎn)以增加分離柱容量。
三是目前制備相對(duì)分子質(zhì)量較高的成分的MIPs有一定困難,所以現(xiàn)在使用的模板均為小分子的苷元,需要進(jìn)一步開發(fā)中藥活性成分的模板。MIPs的聚合方法多樣,包括溶液聚合(本體聚合)法、懸浮聚合法、原位聚合法、種子聚合法、表面印跡法等,而在上述文獻(xiàn)中,多用溶液聚合法。這種方法需研磨過篩,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,材料損失也較多。
盡管MIT具有上述種種局限性,還有待進(jìn)一步深入研究,但由于其具備很高的選擇性以及優(yōu)良的理化特性,必然會(huì)隨著技術(shù)本身的不斷發(fā)展和應(yīng)用的逐漸增多,而在中藥活性成分分離純化領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。