表面分子印迹磁性聚合物微球浮选分离苯并菲啶类生物碱

Benzophenanthrene alkaloids are a kind of natural active component with lower content and obvious anti-cancer activity in medicinal plants. Due to the similarities in molecular structure of some of natural active compounds, the conventional separation process has some disadvantages such as high cost, low efficiency. Therefore, it is very necessary to develop an effective method for the production of alkaloids in commercial scale. Flotation, as a concentration and separation technology, can be used in industrial process for the rapid separation of target ingredients in large scale. Meanwhile, core-shell magnetic molecularly imprinted polymer microspheres (CMMIPMs), as a new separation material，have remarkable advantages in separating natural active compounds with similar molecular structure and chemical properties. Therefore, the magnetic separation technology based on CMMIPMs and flotation is particularly suited to the separation，concentration and purification of trace active components from chinese herbs. Until now, this technology is still at the initation stage. The project focuses on the theory and application of flotation based on CMMIPMs. Fristly, the interaction mechanism between CMMIPMs and template molecule will be investigated. Secondly, the mass transfer model for the process of magnetic separation based on CMMIPMs and flotation will be constructed, the dynamic adsorption mechanism and the characteristics of mass transfer process will be clarified. Thirdly, the influence of physical and chemical interactions to the flotation factors in separation system will be discussed, which will provide important scientific evidence for the design, amplifier and process intensification of magnetic separation equipment based on CMMIPMs and flotation.

苯并菲啶生物碱是一类具有显著抗癌活性的天然物质，但分子结构的相似性使得传统的分离方法成本高、效率低，因此开发新的规模化制备方法很有必要。由于浮选技术是一种兼具分离、富集特点，可快速、大量分离目标成分的工业方法；而表面分子印迹磁性聚合物微球（CMMIPMs）作为一种新型材料，在分离化学结构与性质相似的天然物质时具有明显的优势，因此结合二者优点的CMMIPMs浮选磁分离技术特别适合于中药材中微量活性成分的分离纯化，但该技术目前仍处于探索阶段。本项目致力于研究CMMIPMs浮选磁分离方法的理论与应用中的若干问题。首先探讨CMMIPMs与模板分子的作用机理，其次建构CMMIPMs浮选分离过程的传质模型，阐明CMMIPMs与模板分子间的动态吸附机理与传质过程特点。第三研究浮选磁分离体系中各种界面上的物理化学作用对浮选参数的影响机制，为CMMIPMs浮选磁分离设备的设计、放大和过程强化提供科学依据。

苯并菲啶生物碱（BA，包含血根碱和白屈菜红碱等）是一类具有显著杀菌、抗肿瘤活性的生物碱，研究其高效分离和纯化工艺具有重要意义。基于表面分子印迹磁性聚合物微球（CMMIPMs）纯化生物碱的方法，因其绿色、高效的特点得到了人们广泛的关注。但是微球材料的制备工艺及性能优化一直是制约CMMIPMs工业化应用的关键问题。本项目主要研究新型CMMIPMs材料的合成工艺及其在BA分离中的应用，并探讨了磁性聚合材料制备中的关键问题，还拓展了BA在药物研制中的新应用。项目首先研究了壳聚糖微球的制备工艺，通过改进交联方法，制备负载血根碱的壳聚糖微球。采用基于中心组合设计的响应面法优化了磁性微球的制备条件，表征了微球的形态与结构，获得了最佳工艺条件，本法对于血根碱的规模化生产具有一定的参考作用。采用Ca2+交联法改进了壳聚糖微球的交联方式，并将其应用范围拓展为药物缓释制剂方面的新应用。为了改进壳聚糖微球的外壳易破碎的问题，项目采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）、4-VP等单体通过原子转移自由基聚合（ATRP）构建了微球的聚合物外壳，得到了结构更稳定、适应性更好的BA分子印迹聚合物磁性微球。发现ATRP的引发剂一直是影响反应活性与可控性聚合的关键因素，因此进一步研究了各种光引发ATRP反应的动力学特征与光引发剂诱导ATRP的聚合机理。比较研究了叶绿A、黄酮、苯胺及TiO2/g-C3N4复合物作为光引发剂诱导的ATRP法聚合MAA的反应条件与过程，发现这类可控聚合能产生具有窄的分子量分布的PMAA（MWD <1.35），且分子量大小可控，还可通过周期性地开/关光源来启/停聚合反应。本项目还研究了苯乙烯和丙烯酸的可控自由基光聚合的动力学规律及二者的竞聚率变化，发现光引发共聚过程符合一级动力学方程。为了解决壳聚糖微球结构不适合规模化吸附应用的问题，又研发了一类稳定、高效的吸附剂（改性氧化石墨烯），并发现其对Cu2+、Pb2+等重金属及水中的酚类污染物具有良好的吸附作用，在生物碱的工业化分离方面也显示出良好的应用前景。