天然产物纯化用稀土磁性纳米材料研究

Natural products have been a high quality compound library for the development of new drugs due to their structural diversity and strong biological activity. However, the separation and purification of the components is a key problem in the research of natural medicine. The most important problem is the lack of the selective separation of the compounds. Magnetic nano materials have their unique advantages, and rare earth elements have a strong advantage in the structure recognition because of their special coordination ability. The rare earth based magnetic affinity materials have been used for the study of proteomics, which can achieve high selective capture, rapid magnetic separation and purification of peptide and mass spectrometric analysis..This study intends to study the coordination properties of rare earth ions and rare earth oxides on the of target natural products (structural selectivity, dynamics and solvent environment) using flavonoids, alkaloids, saponins as model compounds, and synthesis of rare earth magnetic nanoparticles with selective adsorption ability to natural products. Using Scutellaria baicalensis (rich in flavonoids), Coptis chinensis (rich in alkaloids), ginseng (rich in saponin) as model plants, the adsorption selectivity of nano materials will be investigated by tandem mass spectrometry. The research results will provide a novel highly selective pre-purification method for the separation and preparation of natural products.

天然产物因其结构多样性和强的生物活性，一直是新药研发的高质量化合物库。但成分的复杂性，其分离纯化一直是天然药物研究面临的关键难题，最关键的问题是缺乏化合物的结构选择性分离方法。磁性纳米吸附材料具有其独特优势，稀土元素因其特殊的配位能力，在结构识别上有着极强的优势。稀土基磁性亲和材料已在蛋白质组学研究中实现了质谱检测前对磷酸化肽的高选择性捕获、快速磁分离提纯和方便的磷酸化肽质谱标记。.本研究拟以黄酮、生物碱、皂苷等为模型化合物，研究、考察稀土离子和稀土氧化物对目标化合物的配位特性（结构选择性、动力学、溶剂环境）；合成基于稀土配位的磁性纳米粒子，研究粒子对天然产物的吸附选择性、容量、解吸附条件等，以不同模式植物：黄芩（富含黄酮）、黄连（富含生物碱）、人参（富含皂苷）研究选择性吸附情况，采用液相色谱-串联质谱法判别吸附的结构选择性。研究成果为天然产物的制备分离提供高选择性的预纯化方法。

通过控制稀土盐中结晶水数目、阴离子种类，发现结晶水和阴离子可有效调控稀土离子对天然产物吸附的选择性，在非质子化的正己烷溶剂中，对叶绿素、银杏酸、叶黄素产生高特异性吸附，进一步的机理研究为稀土的特异性吸附原理阐明提供支持。 .通过对黄酮不同结构域的分析，发现稀土磁性纳米材料对不同结构域有着特异性吸附行为。对黄酮分子中儿茶酚、麦芽酚、乙酰丙酮、糖醛酸结构域有着不同的鳌合方式及亲和强度，为总黄酮中不同结构类型黄酮的选择性吸附纯化提供了指导。 .对黄芩中的黄酮选择性分离纯化进行了深入研究，通过溶剂环境的调控，可有效控制吸附和解吸附的选择性，相比色谱分离，稀土掺杂的磁性纳米颗粒具有特殊的选择性，且分离纯化成本大幅度降低，纳米颗粒可反复使用。.以ROEs（CeO2、La2O3和Eu2O3）为吸附载体，对黄酮类、生物碱类、皂苷类化合物进行了配位吸附特性探究，研究了ROEs在不同溶剂环境中对化合物的选择性吸附情况。结果表明：三类结构的模型化合物共存时，ROEs对黄酮类化合物存在选择性吸附。确证了ROEs对具有γ-吡喃酮上羰基和邻位羟基结构的黄酮类化合物有选择性吸附，吸附动力学符合拟二级动力学模型，吸附等温线遵循Langmuir吸附模型，表明ROEs表面均匀，对黄酮类化合物的吸附过程快速，且为单层吸附，吸附剂之间不发生化学相互作用。 .共发表研究论文14篇，授权国家发明专利3项，出版学术专著2本。 .培养研究生共计10人，包括博士3人，硕士7人。自2019年开始，与荷兰Wageningen大学开始合作培养博士研究生2人。 .课题负责人在研究过程中分别获批：国家留学基金委“2020年创新型人才国际合作培养项目”- “高活性天然产物挖掘与应用国际人才培养（荷兰及德国）”（项目负责人）；第二届国家食品安全标准评审委员会委员（2019年）。“植化单体开发与利用”湖南省重点实验室验收通过（2018年）。 受邀在国际食品安全会议（布拉格）上做会议口头报告（2019年）。