季铵生物碱的氧化石墨烯基新型萃取材料及色谱分离材料研究

Quaternary ammonium alkaloids with excellent pharmacological activities, is class of active ingredients of alkaloids. The pharmacokinetic study of quaternary ammonium alkaloids is very important to elucidate mechanism of action, design and optimize dosage regimen, promote the development of new drugs and dosage improvement and control quality etc. The key to carry out the pharmacokinetics is must establishing a fast, accurate and effective analysis method for determination of trace quaternary ammonium alkaloids in complex biological samples. Graphene oxide with a large number of oxygenated active groups on the surface is a new two-dimensional carbon nanomaterial and excellent extraction and separation material for polar compounds. But due to its lamellar nanostructure, it is difficult to directly be used in extraction and chromatographic separation. Using the excellent properties of graphene oxide, this project aims to prepare graphene oxide doped SPE cartridges for high-efficiency extraction of trace quaternary ammonium alkaloids in biological samples, prepare polar chromatographic separation materials with graphene oxide coated silica gel as matrix for good separation of the extracted quaternary ammonium alkaloids, and then combine with mass spectrometry for quantitative detection. The ultimate aim is to establish a new analytic three-in-one method of extraction, separation, detection for determination of trace quaternary ammonium alkaloids in complex biological samples. The smooth implementation of the project will further broaden the application area of graphene oxide, and provide a powerful technical support for analysis and pharmacokinetics studies of quaternary ammonium alkaloids.

季铵生物碱是生物碱中的一大类活性组分，具有非常好的药理活性，对其代谢动力学研究对于阐明其作用机制，设计及优选给药方案，促进新药开发和剂型改进及质控等具有重要意义。而开展其代谢动力学研究的关键就是要建立复杂生物样品中微量季铵生物碱的快速、准确、有效的分析方法。氧化石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，表面含有大量含氧活性基团，是非常好的极性化合物的萃取和分离材料，但由于其片状纳米结构，很难直接应用到萃取和色谱分离中。本项目拟利用氧化石墨烯的优异特性，制备氧化石墨烯掺杂的整体SPE小柱对生物样品中微量季铵生物碱进行高效富集，制备氧化石墨烯包覆硅胶的极性色谱分离材料对所提取的季铵生物碱进行有效分离，并与质谱联用进行检测，进而建立复杂生物样品中微量季铵生物碱的萃取、分离、检测三位一体的分析新方法。该项目的顺利实施将进一步拓宽氧化石墨烯的应用领域，为季铵生物碱药代动力学研究提供有力的分析技术支撑。

为建立复杂样品中微量季铵生物碱的快速、准确、有效的分析方法，本项目利用氧化石墨烯的优异特性，首先以硅胶为基体，采用层层自组装法制备了GO@SiO2固相萃取材料，对其吸附性能进行了考察，发现其只对酚酸类化合物具有非常好的萃取效果；为了改善材料的吸附性能，实现对季铵生物碱的高效萃取，我们进一步对GO@SiO2表面进行了聚合离子液体的修饰，制备了一种聚合离子液体修饰的GO@SiO2固相萃取材料，研究表明，其表面的吸附性能得到了一定程度的改进，但只是对偏中性的黄酮类化合物具有高效的吸附效果，对碱性较强的季铵生物碱的吸附效果仍然不佳。为此，我们又进一步对GO@SiO2表面进行了酸性改性，制备了一种新颖的双羧酸修饰GO@SiO2萃取材料，研究发现，该材料和季铵生物碱之间存在静电、氢键、偶极-偶极等多重相互作用，对季铵生物碱具有非常好的萃取效果。在最优条件下，该材料成功应用于人体尿样中季铵生物碱的SPE-HPLC检测，表现出了很好的萃取能力、选择性、和重复性。为了避免填充SPE小柱在萃取时的弊端，我们又开展了GO修饰整体SPE小柱的研究工作。首先在玻璃注射器内制备了表面含有氨基的整体材料，通过将GO溶液流过该整体小柱，就可以将GO修饰到整体材料的表面，制备出GO修饰整体SPE小柱。该材料主要通过静电作用对季铵生物碱表现出非常好的萃取效果。此外，该整体SPE小柱具有非常好的通透性，季铵生物碱的回收率不受上样速度的影响，当分析大体积样品时，可以很大程度上减少上样时间。在最优条件下，该材料成功应用于中成药黄连上清片中季铵生物碱的SPE-HPLC检测。上述工作创新性地提出了一种制备整体SPE小柱的方法，该方法可以用来制备多种多样的整体SPE小柱，实现快速、灵敏和选择性的萃取。通过上述研究工作，进一步拓宽了氧化石墨烯的应用领域，为季铵生物碱药代动力学研究提供了有力的分析技术支撑。