Sep. Purif. Technol. 石河子大学李雪琴 具有双印迹网络的分子印迹分子印迹复合膜用于高选择性分离毛蕊花糖酐

石河子大学李雪琴教授团队在Separation and Purification Technology期刊（中科院1区，IF=8.1，TOP期刊）发表论文，标题为“Molecularly imprinted composite membranes with the dual imprinted network for highly selective separation of acteoside”。

Pub Date：2024-10-22

DOI：org/10.1016/j.seppur.2024.130203.

Acteoside （ACT） 是苯乙醇苷 （PhGs） 的主要活性成分，它具有抗炎、保肝和增强记忆功能。开发一种具有高选择性的印迹膜以从 PhG 中分离 ACT 仍然是一个挑战。在本文中，以 ACT 为模板分子设计双印迹分子印迹复合膜 （DIMICMs）。构建了双印记网络结构，并在 DIMICMs 中发挥了至关重要的作用。一方面，ACT-KH570/PDA/CMK-3@PVDF表面形成ACT印迹网络，可以识别和吸附ACT。另一方面，将印迹填料 ACT-KH570/PDA/CMK-3 与 PVDF 粉末混合，在膜中构建 ACT 印迹网络，印迹网络可以进一步识别和容纳 ACT。双重印记网络协同作用于 ACT 的双重识别。结果表明，DIMICMs 具有高选择性 （β=14.61）、选择性 （α=4.64） 和再结合量 （105.58 mg/g）。具有双印记网络的 DIMICMs 设计方法为天然产物的分离提供了一种策略。

样品的合成

PDA@CMK-3 的制备：首先，用 Tris-HCl （pH = 8.5） 预处理 0.3 g CMK-3 粉末 10 分钟。然后加入 200 mg DA，并将超声处理分散 10 分钟。然后在室温下搅拌 3h。最后，用乙醇和超纯水洗涤数次，并在 45°C 下真空干燥后，得到 PDA@CMK-3。

KH570 对 PDA@CMK-3 的表面改性：通常，将 0.5 g PDA@CMK-3 添加到含有 80 mL 乙醇和 20 mL 超纯水的混合溶液中。然后，将 3.0 mL KH570 添加到上述混合溶液中。充分搅拌混合物，并在 80°C 下反应 24 h。将其洗涤干净，并在 50°C 的真空烘箱中干燥 12 小时，以获得 KH570@ PDA@CMK-3。

在 KH570@PDA@CMK-3 上制备 ACT 印迹层：首先将 0.2 mmol ACT 和 6 mmol/4-VP 分散在 60 mL 乙腈中，冷藏 6 h。之后，在混合物中加入 0.1 g KH570@PDA@CMK-3， 6 mmol EGDMA，超声 30 分钟。然后将 0.16 mmol AIBN 溶解到混合物中，并在 60°C 下在油浴中用氮气吹扫混合物 30 分钟 24 小时。聚合后，用甲醇/乙酸混合物 （9：1， v/v） 洗涤数次以去除 ACT。最终产品在真空下干燥 12 小时以供使用。

ACT-KH570/PDA/CMK-3膜的合成：简而言之，将 3.5 g PVDF、0.3 g ACT-KH570/PDA/CMK-3 和 0.1 g PVP 添加到 23 g NMP 中，并在 50°C 下搅拌 24 h，制备流延膜溶液。停止搅拌并在 50°C 下静置 12 小时以消除气泡。最后，采用相变法制备 ACT-KH570/PDA/CMK-3@PVDF 膜。将制备的 ACT-KH570/PDA/CMK-3@PVDF 膜保存在去离子水中。        

DIMICMs 膜的合成：采用溶胶-凝胶法制备 DIMICMs 膜。将 0.2 mmol ACT、0.3 mL APTES 和 1.2 mL TEOS 加入 60 mL 乙醇中，搅拌 30 分钟 （300 rpm）。向溶液中加入四片 ACT-KH570/PDA/CMK-3@PVDF 并搅拌 30 分钟。然后，加入 0.3 mL NH3-H2O 作为引发剂，并在 25°C 下搅拌 8 h。用甲醇/乙酸 （9：1， v/v） 充分洗涤制备的膜以去除 ACT，然后用超纯水冲洗数次。将 DIMICMs 膜浸入超纯水中。使用相同的条件制备 NIM，而不添加 ACT。

肉苁蓉被收录在 2015 年版的中国药典中，是一种非常有价值的滋补草本植物。据报道，苯乙醇苷 （PhGs）、环烯醚萜及其糖苷被认为是肉苁蓉的主要活性成分。PhGs 具有多种药用功能，如抗氧化、抗衰老和保肝。松果菊苷 （ECH） 和毛蕊花糖苷 （ACT） 是 PhGs 的主要生物活性成分。由于这两种物质在结构上相似且难以分离，因此设计一种有效的分离 ACT 方法具有重要意义。 目前，传统的分离方法主要有吸附法、溶剂萃取法和高速逆流色谱法[。然而，这些方法存在操作复杂、能耗高、连续性差等问题。相比之下，结合分子印迹分离技术和膜分离技术的分子印迹膜在天然产物分离领域受到了广泛关注。 分子印迹聚合物 （MIPs） 是一种通过仿生方法制备特定分子的人工识别材料的技术。它基于分子选择性识别的原理，可用于制备具有特定空间结构和功能的高选择性材料。MIPs常用于膜分离、传感器检测和药物递送。然而，MIPs 在工业化中存在质量损失和聚集的缺点。分子印迹纳米复合膜（MINM）属于膜分离技术（MST）的一种，具有MST和MIPs的优点。由于纳米填料的引入，分子印迹膜的渗透性和选择性得到了改善。研究成果在天然产物分离、水处理、资源回收等领域显示出广阔的前景。        

MINMs 因其构建独特识别位点的能力而被广泛研究例如，Song 等人通过在 MINMs 两侧自组装制备了带有羧基的功能化介孔二氧化硅，用于选择性分离溶菌酶。MINMs 的通透选择性为 4.05。Wu 等制备了pDA@GO制备了由树突状银微球组装的 MINMs，用于布洛芬的高选择性吸附和分离。MINMs 的通透选择性为 6.63。Bai 等人使用磁导相转化法制备了分子印迹膜用于分离青蒿素。MINMs 的选择性为 3.12。研究发现，通过在 MINMs 表面构建特异性识别位点，显著提高了膜的通透选择性。同时，纳米填料的引入能够增强膜的吸附能力和机械性能。然而，表面印迹和纳米填料的引入并不能很好地增强 MINMs 的选择性。因此，需要设计一种能够在膜内和膜表面构建印记位点的结构，以提高 MINMs 的选择性。

为了更好地解决 MINMs 选择性低的问题，在膜内和膜表面设计了双印迹网络结构。CMK-3 比表面积大，孔结构丰富，易于修饰，在催化、吸附和电化学方面具有广泛的应用]。因此，CMK-3 被用作印迹填料，在膜中构建印迹网络。溶胶-凝胶法用于压印膜表面。在膜中和膜表面构建具有大量印记位点的印记网络，能够精确截获 ACT。因此，设计的具有双印迹网络结构的 MINMs 膜为提高 MINMs 的选择性提供了策略。

在本文中，使用 ACT 作为模板分子制备了用于分离 ACT 的 DIMICMs 膜。具有双重印迹网络结构的 DIMICMs 的制备主要分为两个方面。第一步，通过原位聚合印迹 KH570/PDA/CMK-3，得到印迹填料 ACT-ACT-KH570/PDA/CMK-3。将印迹的 ACT-KH570/PDA/CMK-3 与 PVDF 膜粉末混合，制备 ACT-KH570/PDA/CMK-3@PVDF 膜。第二步，通过溶胶-凝胶法在 ACT-KH570/PDA/CMK-3@PVDF 表面获得 DIMICMs。通过表征研究了 ACT-KH570/PDA/CMK-3 和 DIMICMs 的理化性质。优化了 ACT-KH570/PDA/CMK-3 的用量、溶胶-凝胶印迹时间和洗涤时间等合成条件。此外，本文探讨了 DIMICMs 膜对 ACT 的吸附机制、选择性和再生性能。        

► 1. 制备了具有双重印迹网络结构的印迹膜。

► 2. 构建印迹网络以增强 Acteoside 的吸附。

► 3. 双印记网络协同增强了 Acteoside 的选择性。

► 4. 印迹膜具有优异的选择性和可持续的可重用性。

在本研究中，成功制备了具有双印迹网络的 DIMICMs 膜，该膜对 ACT 具有较高的再结合载量和优异的选择性。结果表明，DIMICMs 具有高再结合载量 （105.58 mg/g）、再结合选择性 （α = 4.64） 和优异的通透选择性 （β=14.61）。因为在 DIMICMs 中构建的双印记网络的结构。双印迹网络可以双重识别 ACT。膜表面印迹网络识别和吸附 ACT。印迹填料在膜中构建印迹网络可以吸收和容纳 ACT。此外，DIMICMs 表现出良好的再生性能。经过 10 次吸附-脱附循环后，DIMICMs 的再生率保持在 94.29% 以上。具有双重印迹网络的 DIMICMs 的开发和设计在天然草药中成分的高度选择性分离方面具有巨大潜力。