大學(xué)生創(chuàng)新項目.doc

國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目申報書項目名稱：一種基于平面疏水域相互作用的新型分離材料制備、表征及應(yīng)用學(xué)院： 化學(xué)化工學(xué)院 指導(dǎo)教師： 周小華，羅自萍 項目組成員： 劉雄 蔡汶伶 江國輝 馮冠男 項目名稱一種基于平面疏水域相互作用的新型分離材料制備、表征及應(yīng)用項目所屬學(xué)科一級學(xué)科代碼及名稱二級學(xué)科代碼及名稱三級學(xué)科代碼及名稱530 530.21 530.214項目開展支撐平臺學(xué)院化工系分離工程研究室、藥學(xué)系微分析研究室，院分析測試中心項目組人數(shù)4人項目實施時間2010.1-2010.12項目所需經(jīng)費3.23萬項目組成員（含項目申請學(xué)生）姓 名學(xué) 號年級專業(yè)班聯(lián)系電話簽名劉雄20076935化工03蔡汶伶20076933化工01國輝20076959化工01冠男20076887化工03要指 導(dǎo) 教 師姓 名職 稱學(xué) 院聯(lián)系電話簽名周小華教授化學(xué)化工學(xué)志萍講師化學(xué)化工學(xué)*：指支撐本項目開展的校、院級教學(xué)實驗中心、科研實驗室等，表中填寫有關(guān)實驗室名稱，可以多個。 主要研究內(nèi)容(限200字內(nèi))本項目擬以戊二醛交聯(lián)的殼聚糖多孔微球為載體，研究首先以雙環(huán)氧化合物將1，5-二羥基奈酚交聯(lián)，制備1，5-二羥基奈酚修飾的交聯(lián)殼聚糖微球的工藝條件及影響因素；獲得新型親和分離材料-1，5-二羥基奈酚修飾的交聯(lián)殼聚糖微球，對其進行結(jié)構(gòu)、理化及功能性質(zhì)的表征研究；利用1，5-二羥基奈酚修飾的交聯(lián)殼聚糖微球的疏水域奈環(huán)，作為親和分離天然植物藥物-奈醌類的官能團，研究其親和分離奈醌的分配系數(shù)、分離效率及最適工藝條件，開發(fā)出一種親和分離奈醌類化合物的新方法。項目研究難點及創(chuàng)新點難點：實現(xiàn)雙環(huán)氧化合物交聯(lián)殼聚糖微球與1，5-二羥基奈酚的反應(yīng)；創(chuàng)新點：一種基于平面疏水域相互作用實現(xiàn)親和分離的新型材料；基于平面疏水域相互作用進行奈醌親和分離的方法。一、項目組成員分工姓名主要項目研究內(nèi)容劉雄主持及協(xié)調(diào)，參加制備交聯(lián)殼聚糖微球及1，5-二羥基奈酚修飾的交聯(lián)殼聚糖微球?qū)嶒灢蹄肓鎱⒓硬糠謱嶒?，負?zé)制備交聯(lián)殼聚糖微球及1，5-二羥基奈酚修飾的交聯(lián)殼聚糖微球?qū)嶒灲瓏x參加部分實驗，負責(zé)制備1，5-二羥基奈酚修飾的交聯(lián)殼聚糖微球?qū)嶒灱靶揎椢⑶虮碚黢T冠男參加部分實驗，負責(zé)親和分離奈醌工藝條件實驗二、立項背景和依據(jù)（包括研究目的、意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析及評價）研究目的、意義擬研制一種基于平面疏水域相互作用實現(xiàn)親和分離的新型材料-茅膏菜醌修飾的交聯(lián)殼聚糖微球，對其進行理化及功能性質(zhì)表征，實現(xiàn)對奈醌類天然藥物的親和分離。提出基于平面疏水域相互作用實現(xiàn)親和分離的新觀點，以豐富親和分離的應(yīng)用基礎(chǔ)理論和實踐；提供一種有明顯應(yīng)用潛力的親和分離新型材料及相應(yīng)分離工藝。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析及評價醌類化合物基本上具有-/不飽和酮結(jié)構(gòu)的一大類中藥活性物，廣泛存在于許多重要中藥，如決明子、何首烏、蘆薈等中，其平面型的醌核上多具有OH、OCH3、CH3等基團或更長的烴類側(cè)鏈，有止血、擴張冠狀動脈、抗菌或抗癌活性，近年來受到重點關(guān)注，其分離純化是中藥現(xiàn)代化研究中的一個重點及熱點領(lǐng)域。 目前，提取分離醌類化合物的主要方法是有機溶劑提取法，堿提取-酸沉淀法和水蒸氣蒸餾法，而分離純化分離醌類化合物則主要采用硅膠或氧化鋁等層析、制備型高效液相色譜法及大孔吸附樹脂法。硅膠或氧化鋁等層析是常用的經(jīng)典分離純化方法，該法及液相色譜法均利用硅膠或氧化鋁等原子表面作用力（范德華力、色散力等）的差異與吸附質(zhì)結(jié)合，從理論上講，吸附質(zhì)種類不同，與層析材料形成的作用力強弱不同，選擇適宜的洗脫劑即可解吸附，獲得純化物。由于上述層析材料主要通過其表面的O、S、Al等單原子與吸附質(zhì)結(jié)合，選擇性差，要獲得高純度分離物要么需要對提取液進行多級預(yù)處理，要么進行多次層析，若經(jīng)過多級預(yù)處理再層析，需使用多種化學(xué)試劑及分離工藝或設(shè)備，導(dǎo)致目標(biāo)物收得率低，污染可能性較大；而多次層析則迅速導(dǎo)致層析材料的污染，降低其柱效及使用壽命，除產(chǎn)生大量廢棄層析材料外，還可能產(chǎn)生大量洗脫雜質(zhì)的廢液，因此，兩類方法的效率均低下且不利于節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展；使用制備型高效液相色譜雖可一次性或的高純分離物，但該法投資大，生產(chǎn)量卻不大，也需要經(jīng)過多級預(yù)處理的提取液，因此主要用于需求量小的中藥；吸附樹脂是目前廣泛采用的用于工業(yè)化分離純化中藥的分離材料，以吸附樹脂進行分離純化的優(yōu)點是，樹脂有一定的分離效率，由于合成的高分子機械強度、耐酸、耐堿、耐高溫等性質(zhì)良好，使用范圍大，重復(fù)使用率高，因而成本明顯低于硅膠或氧化鋁等層析法及色譜法，目前已經(jīng)逐步取代硅膠或氧化鋁等層析法。雖然大孔吸附樹脂的官能團較硅膠或氧化鋁等層析法及色譜法有所改善，即由的O、S、Al等單原子與吸附質(zhì)結(jié)合逐步改進為羥基、羰基、氨基、氰基等基團，近期也開始出現(xiàn)以吡啶基、苯基等為官能團的吸附樹脂并顯著改善了選擇性，但是，在分離分子量較大且有特定結(jié)構(gòu)的生物活性分子方面，效果仍不理想。其關(guān)鍵的問題是較小的樹脂官能團只能與分子量較大的吸附質(zhì)形成非特異結(jié)合，導(dǎo)致吸附選擇性不高；且人工合成大分子疏水性太強，導(dǎo)致鄰近的生物分子變性。因此，研發(fā)有較大吸附官能團，可能與吸附質(zhì)形成特異結(jié)合、有適宜親水性的親和吸附分離材料可豐富親和分離的應(yīng)用基礎(chǔ)理論和實踐，提高對生物物質(zhì)的分離效率及產(chǎn)品質(zhì)量，降低環(huán)境污染及生產(chǎn)成本，具有一定的理論價值和明顯的應(yīng)用潛力。三、主要研究內(nèi)容和目標(biāo)（包括研究方案和技術(shù)路線）醌類化合物大都具有-/不飽和酮結(jié)構(gòu)，其廣泛存在于許多重要中藥，如決明子、何首烏、蘆薈等中，其平面型的醌核上多具有OH、OCH3、CH3等基團或更長的烴類側(cè)鏈，具有 苯、萘、蒽或菲的結(jié)構(gòu)奈醌類化合物大都具有疏水平面核心結(jié)構(gòu)-奈環(huán)，當(dāng)與吸附質(zhì)鄰近時，根據(jù)相似相容原理，結(jié)構(gòu)相似度越大，與該類疏水平面核心結(jié)構(gòu)形成的疏水域相互作用越大，因而可與其它吸附質(zhì)實現(xiàn)親和分離。奈酚類化合物如1，5-二羥基奈酚等側(cè)鏈含有羥基，可進行醚化反應(yīng)而實現(xiàn)與載體的接枝或交聯(lián)，然后氧化成奈醌。由親水天然高分子殼聚糖通過戊二醛交聯(lián)氨基制備的新型載體交聯(lián)殼聚糖多孔微球具有適宜的機械強度和穩(wěn)定性、適宜的孔徑和較大的比表面積，是一種性能優(yōu)良的惰性支持材料，已經(jīng)逐漸應(yīng)用于制備固定化酶、親和吸附樹脂等。交聯(lián)殼聚糖微球有大量游離羥基，與1，5-二羥基奈酚等側(cè)鏈羥基一樣，可進行醚化反應(yīng)，因而，用雙環(huán)氧化合物可實現(xiàn)對兩者的交聯(lián)，制備出1，5-二羥基奈酚修飾的交聯(lián)殼聚糖微球吸附性高分子。該微球表面及內(nèi)部分布大量孔徑，比表面積大，液體傳遞阻力??；用二環(huán)氧基團連接的1，5-二羥基奈酚，離吡喃糖環(huán)的距離為氨基的8-10倍，可完全消除糖環(huán)上其它基團的干擾；由于是單鍵連接，吸附官能團1，5-二羥基奈酚能以此半徑轉(zhuǎn)動，交換溶質(zhì)的空間領(lǐng)域顯著擴大；當(dāng)醌類吸附質(zhì)鄰近時，根據(jù)相似相容原理，兩者可形成最大區(qū)域結(jié)合，而與1，5-二羥基奈酚結(jié)構(gòu)有顯著差異的物質(zhì)，與樹脂結(jié)合位點區(qū)域小，即使先行吸附也會被結(jié)構(gòu)更相似的醌類化合物代替，從而實現(xiàn)專一性的親和分離純化。研究內(nèi)容1、以交聯(lián)殼聚糖微球、1，5-二羥基萘酚為原料，縮水甘油醚為交聯(lián)劑，1，5-二羥基萘酚接枝率為考核指標(biāo)，研究合成1，5-二羥基萘酚修飾交聯(lián)殼聚糖微球的工藝條件，包括反應(yīng)溫度、pH、時間、交聯(lián)劑及原料的摩爾比，在單因素實驗的基礎(chǔ)上進行正交優(yōu)化實驗，獲得最佳合成工藝。合成1，5-二羥基萘酚修飾交聯(lián)殼聚糖微球的化學(xué)反應(yīng)式如下：2、1，5-二羥基萘酚修飾交聯(lián)殼聚糖微球的理化表征主要以紅外光譜定性表征交聯(lián)形成的芳基醚鍵以1H-核磁共振和13C-核磁共振表征合成物的分子結(jié)構(gòu)以X-衍射表征合成物的規(guī)整度以比表面積測定儀表征微球的吸附面積以掃描電鏡表征其形貌、微孔平均直徑以原子力顯微鏡表征萘醌與1，5-二羥基萘酚修飾交聯(lián)殼聚糖微球的相互作用以1%稀酸和稀堿表征其溶解性及溶脹性3、1，5-二羥基萘酚修飾交聯(lián)殼聚糖微球親和分離萘醌的研究包括分配系數(shù)（選擇性），吸附容量，主要影響因素（包括pH、離子強度，結(jié)構(gòu)類似物的影響等），洗脫液及洗脫條件等。應(yīng)用研究，從紫草或胡桃中親和分離萘醌的應(yīng)用研究研究方案和技術(shù)路線 原料交聯(lián)殼聚糖交聯(lián)殼聚糖吸附樹脂（研究工藝條件） | | 以核磁共振技術(shù)檢測該樹脂的骨架結(jié)構(gòu)，；以XRD-6000型衍射儀分析該樹脂的規(guī)整度；以ASAP2010型比表面及孔隙度分析儀分析其比表面積。 (4)考察交聯(lián)殼聚糖微球接枝胡桃醌吸附樹脂分離醌類化合物的工藝條件(如分配系數(shù)、交換容量、吸附平衡時間、洗脫劑及其濃度等)。研究目標(biāo)(1)開發(fā)出一種基于分子構(gòu)象特征的新型分離材料；(2)實現(xiàn)醌類化合物專一分離純化。四、研究計劃和進度研究進度第一年，（1）相關(guān)實驗裝置的建立，研究液滴在具有溫度梯度的振動表面上的運動，理解其影響機理。 （2）結(jié)合實驗和CFD方法，分析在各種振動表面，液滴的動態(tài)接觸角隨振動頻率、振動方式的變化，理解振動對液滴在表面運動的影響。第二年，設(shè)計間歇式微流控芯片，結(jié)合振動和溫度、化學(xué)能梯度驅(qū)動液滴執(zhí)行各種單元操作。五、預(yù)期提供的成果及形式預(yù)期提供的成果1、1，5-二羥基萘酚修飾交聯(lián)殼聚糖微球樣品及最佳制備工藝參數(shù)，微球的理化表征結(jié)果等；2、1，5-二羥基萘酚修飾交聯(lián)殼聚糖微球親和分離的紫草或胡桃萘醌樣品及最佳制備工藝參數(shù)；3、發(fā)表SCI文章1篇，CSCD文章1篇； 4、申請發(fā)明專利1項；5、將制備的該吸附樹脂裝柱成連續(xù)分離反應(yīng)器，并與分步收集器、紫外分析儀、計算機等集成，裝配成連續(xù)分萘醌類化合物的固液分離系統(tǒng)。 六、項目研究支撐條件化工系分離工程研究室擁有進行1，5-二羥基萘酚修飾交聯(lián)殼聚糖微球合成的實驗裝置，擁有合成苯丙氨酸修飾交聯(lián)殼聚糖微球、羥基脯氨酸修飾交聯(lián)殼聚糖微球并親和分離苯丙氨酸及羥基脯氨酸的成功經(jīng)驗，該研究室正在進行的接枝槲皮素交聯(lián)殼聚糖微球親和分離黃酮化合物課題進展順利，也能提供必要經(jīng)費保證本項目完成；藥學(xué)系微分析實驗室擁有進行中藥有效成分進行分析測試的裝備和成功經(jīng)驗；學(xué)院分析測試中心、數(shù)理學(xué)院及材料學(xué)院擁有進行微球理化表征的裝備。七、項目經(jīng)費概算資料費 1000；實驗研究費用：包括藥品費5000元；測試分析費（100元/次，100次）10000元；實驗器材費：購買高壓蠕動泵1臺3600元；中壓保溫層析柱2只1200元；玻璃器皿及易損器件2000元；調(diào)研差旅費2000元；論文版面費，SCI 1篇2000元；CSCD 1篇10