丝瓜络/丝素纳米纤维复合多孔基高通量/结合容量分子印迹膜的构建及其选择性分离纯化青蒿素的行为和机理研究

Artemisinin (Ars), which is extracted from artemisia annua, is a highly effective preferred medicine against ague. The establishment of highly effective separation and purification technology of Ars and the production of high-quality Ars is of great scientific, social, and economic value. In this work, we intend to use the molecular imprinted membrane technology to construct a novel composite porous molecular imprinting membrane (MIM) with highly selective recognition of Ars and high flux, by introduction of molecular imprinting polymers (MIPs) with multi-generation dendrimer as functional monomer into the loofah and fibroin nanofiber composite porous framework, which is then used for selective separation and purification of Ars. The structure and property of MIM can be controlled by changing the pore size and porosity of MIM, and the location and loading of MIPs. The separation and purification conditions will be optimized by study the batch and dynamic separation of Ars. The mechanism of the separation and purification of Ars over MIM will be clarified by studying the thermodynamics, kinetics, and mass transfer models. A novel highly effective method for separation and purification of Ars from its crude extract will be established. This work will establish a novel and highly effective method for separation and purification of Ars from its crude extract, which is significant to the development of high-quality Chinese herbal medicine and the resource utilization in our country.

青蒿素是从植物黄花蒿中分离得到的一种能用于治疗脑型疟疾和恶性疟疾的首选药物，其高效分离纯化方法的建立以及高品质产品的制备具有重要的科学、社会和经济价值。本项目拟采用分子印迹膜技术，以多代聚酰胺胺作为功能单体制备高密度识别位点的分子印迹聚合物，并将其引入到丝瓜络/丝素纳米纤维复合多孔框架中，构建高选择性、大通量丝瓜络/丝素纳米纤维复合多孔分子体系并应用于选择性分离纯化青蒿素。通过调控复合多孔印迹膜的孔径、孔隙率、印迹聚合物分布以及固载量来实现其性能调控；通过研究静动态分离过程的各关键参数，优化分离纯化条件；借助热力学、动力学以及渗透分离传质模型，揭示复合多孔分子印迹膜分离纯化青蒿素的机理；建立适用于高效、选择性分离纯化青蒿素粗提物中青蒿素的新方法。进一步为我国中草药开发和资源化利用提高国际化竞争力。

本项目在执行过程中主要以青蒿素为研究对象（模板分子）预先合成出性能优越的分子印迹聚合物，并在此基础上构建了丝瓜络基三维多孔印迹膜，与此同时我们也探索了其他新型的分子印迹膜，例如借助磁场力构建了磁性表面印迹膜以及纳米线基印迹涂层膜，分别研究了他们的静态、动态吸附性能以及选择性能。通过横向和纵向比较，我们对今后进一步构建高吸附容量和高选择性能的同时易于工业放大和应用的分子印迹膜提供了更多的实验基础和理论依据。具体研究内容如下所示：.（1）我们首先合成了磁性四氧化三铁的青蒿素分子印迹聚合物（MMIPs），并筛选出最佳磁性印迹聚合物首次构建了磁力诱导型分子印迹膜，将分子印迹聚合物在磁场下诱导至膜表面，将印迹位点最大程度地牵引至表面，极大地减少了因为成膜过程的印迹聚合物包埋。和传统相转化共混制膜法制备的磁性分子印迹共混膜相比，选择性分离能力提高了2倍。表明磁场诱导牵引分子印迹聚合物分布在膜的上表面克服了传统相转化制膜包埋的缺陷，有利于提高整个分子印迹膜的渗透选择性分离能力。.（2）我们首先通过沉淀聚合技术，成功制备了高吸附性能的MnO2@MIPs和MnO2@NIPs。其后，将 MnO2@MIPs或MnO2@NIPs与极微量的氧化石墨烯均匀分散在蒸馏水中，通过抽滤法，将其抽滤到商售PVDF基膜上，分别得到了PDVF基的涂层印迹膜MnO2@MIMs和MnO2@NIMs。动态吸附实验结果显示成膜以后MnO2@MIM具有超高的青蒿素吸附容量（398.9 mg g-1 ）。动态选择性实验中，MnO2@MIM 表现出对目标分子很好的特异性吸附能力。综上表明我们制备的MnO2@MIMs 具有超高的青蒿素吸附容量和特异性识别性能，为高性能分子印迹膜的制备提供了一种新思路。.（3）我们利用生物质丝瓜络作为三维膜基质载体，采用延迟相转化法构建了大吸附容量的青蒿素分子印迹膜。且该分子印迹膜对青蒿素具有超高的选择性吸附能力，机械强度高，远优于通过普通相转化法制备的共混分子印迹膜。它还表现出更高的选择性静态吸附和更好的动态分离能力。此外，在动态错流分离条件下，在大流量下可以获得更好的吸附能力，有利于工业实际应用。