CN102757092B - 一种L-色氨酸分子印迹TiO2粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种L-色氨酸分子印迹TiO2粉体及其制备方法，首先以钛的烷氧化合物为溶胶前躯体，醇类为溶剂，采用溶胶凝胶法制备了印迹L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶，然后将该溶胶进行水解，抽滤，烘干后得到印迹L-色氨酸模板分子的TiO2粉体，最后加入氨水对该粉体进行洗涤，脱除L-色氨酸模板分子即得到本发明所述的粉体，该粉体能够直接在水相中分离色氨酸光学异构体，可使外消旋的色氨酸有效分离。
Description
技术领域
本发明涉及分子印迹溶胶凝胶材料领域，特别涉及一种L-色氨酸分子印迹TiO2粉体及其制备方法。
背景技术
色氨酸是一种构成蛋白质分子的必需氨基酸，它具有两种光学异构体。L-色氨酸是人体的必需氨基酸，参与人体蛋白质合成和代谢网络调节，D-色氨酸则主要存在于微生物和绿色植物中，动物中含量较少，且在人体内几乎不发生代谢作用。L-色氨酸作为治疗癞皮病、精神分裂症、营养药剂、必需氨基酸片的用途已经得到了广泛的承认，而D-色氨酸则具有不同的药用价值。因此，拆分色氨酸的光学异构体在医药、食品、卫生等领域都具有重要的意义。
分子印迹技术（Molecular Imprinting Technique）是基于人工模拟的抗体-抗原及酶-底物之间的专一性识别而发展起来的一项分离和分析技术，在这种技术中当模板分子（印迹分子）与聚合物单体接触时会形成与模板分子空间结构相匹配的、具有多重作用点的空穴，当模板分子被去除后留下的空穴将对模板分子及其类似物具有选择性识别特性。近年来，分子印迹技术因其亲和性和选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长等特点在分离光学异构体的应用上得到了广泛的关注。
分子印迹技术被应用于分离氨基酸光学异构体已有报道。如Glad等（Glad M,Reinholdsson P，Mosbach K.Molecularly imprinted composite polymers based on trimethylolpropane trimethacrylate(TRIM)Particles for efficient enantiomeric separations[J]React,Polym.1995(25),47~54.）通过三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯 （TRIM）与MAA共聚交联，制备了以叔丁氧羰基-L-苯丙氨酸（N-Boc-L-Phe）为模板的分子印迹聚合物微球。所制备的MIPs仅需除去模板分子就能直接应用，有效保留了识别位点和空穴结构，萃取分离效率相应提高。Yoshika等（Yoshikawa M,Izumi J,Kitao J.Enantioselective electrodialysis of amino acids with charged polar side chains through molecularly imprinted polymeric membranes containing DIDE derivatives[J]Polymer,1997(29),205~210.）利用四肽衍生物结合膜技术制备了以叔丁氧羰基-L-色氨酸为模板的分子印迹聚合物薄膜。但由于氨基酸大部分不溶于有机溶剂中，而大部分分子印迹聚合物都是在有机体系下合成的，所以都是对氨基酸的衍生物进行印迹，且印迹聚合物合成方法较为复杂。
分子印迹溶胶凝胶材料兼顾了溶胶凝胶和分子印迹二者的优点，克服了分子印迹有机聚合物的刚性与惰性较差的缺点，并对一些水溶性的生物大分子有良好的印迹效果，采用溶胶凝胶分子印迹技术，Lee等（Seung-Woo Lee,Do-Hyeon Yang,Toyoki Kunitake.Regioselective imprinting of anthracene carboxylic acids onto TiO2 gel ultrathin films:an approach to thin film sensor[J].Sensors and Actuators B,2005(104),35~42.）在TiO2薄膜表面印迹了几种羧酸，其选择性分离系数达到了1.7。实验表明无机纳米材料TiO2是一种很好的分子印迹材料，具有比表面积大和良好的机械稳定性和热稳定性等优点，适用于对氨基酸等生物分子进行印迹材料。但由于是薄膜材料所以也有吸附量小，薄膜易脱落等缺点。为克服这一缺点，有必要寻求一种快速有效的直接印迹氨基酸的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够直接在水相中分离色氨酸光学异构体的TiO2粉体及其制备方法，利用该粉体可使外消旋的色氨酸有效分离。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
一种L-色氨酸分子印迹TiO2粉体，该TiO2粉体具有与L-色氨酸在空间结构上近乎匹配并能与L-色氨酸选择性结合的三维空间结构。该粉体的制备方法是按照以下步骤进行的：
（1）印迹L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶的制备
采用溶胶-凝胶法，将质量比为1:0.015~0.18的钛的烷氧化合物和L-色氨酸模板分子加入到500mL醇类溶剂中，搅拌使固体全部溶解，继续搅拌24h，制得印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶；
（2）印迹L-色氨酸模板分子的TiO2粉体的制备
将步骤（1）得到的印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶按照钛的烷氧化合物与水的质量比为1:5.88的比例混合搅拌24h，将得到的白色沉淀抽滤、烘干后即得到印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2粉体；
（3）L-色氨酸模板分子的脱除
将步骤（2）得到的印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2粉体用体积比为1%的氨水溶液洗脱至其上层清液的荧光光谱在350nm处没有吸收，收集该粉体，用去离子水洗涤至中性后，60℃烘干即得到具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体。
作为对本发明的限定，步骤（1）中所述的钛的烷氧化合物为钛酸四正丁酯，所述的醇类溶剂为无水乙醇。
为了有效地构筑具有L-色氨酸分子铸型的TiO2粉体，钛的烷氧化合物与L-色氨酸的质量比为1：0.015~0.18，两者的质量比高于1：0.015时，在TiO2的粉体上不能有效地构筑L-色氨酸分子的铸型，两者的质量比小于1：0.18时，不仅浪费过多的L-色氨酸，同样影响TiO2粉体上L-色氨酸分子的铸型，钛的烷氧化合物与L-色氨酸的最佳质量比:1：0.05~0.15。
本发明的原理如说明书附图图1所示，钛酸四正丁酯与色氨酸上的羧酸基 和氨基氢键结合，将模板分子色氨酸包裹在溶胶的网络结构中，加水使钛酸四正丁酯水解生成TiO2粉体后，TiO2中的Ti-O键的极性较大，表面吸附的水因极化发生离解，形成羟基，与色氨酸上的羧基和氨基形成氢键，将色氨酸包裹在Ti-O-Ti的结构中，模板分子被去除后会留下与模板分子相匹配的空穴形成特异性的识别位点，从而达到选择性识别的目的。
本发明以无机材料TiO2为印迹单体合成分子印迹化合物，实现了在水体系下对色氨酸两种光学异构体的拆分，粉体材料大大提高了吸附量，使其在手性分离填充柱，传感器等方面有着良好的应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是L-色氨酸分子印迹TiO2粉体的制备流程图，其中a是L-色氨酸的结构，b是钛酸正四丁酯的结构，c是印迹L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶的结构，d是印迹L-色氨酸模板分子的TiO2粉体的结构，e是具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体的结构，T是模板分子L-色氨酸。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
（1）印迹L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶的制备
称取1.28g L-色氨酸、85.0g钛酸四正丁酯加入500mL无水乙醇中，搅拌使固体全部溶解，继续搅拌24h，使氨基酸与钛酸四正丁酯充分结合，得到印迹L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶；
（2）印迹L-色氨酸模板分子的TiO2粉体的制备
将步骤（1）得到的印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶按照钛的烷氧化 合物与水的质量比为1:5.88的比例混合搅拌24h，将得到的白色沉淀抽滤、烘干后即得到印迹有L-色氨酸分子的TiO2粉体；
（3）L-色氨酸模板分子的脱除
将步骤（2）得到的印迹有L-色氨酸分子的TiO2粉体用体积比为1%的氨水溶液洗脱，为了保证有效地去除色氨酸，可将洗涤液用0.5mol·L-1的HCl调节pH至6~7，至其上层清液的荧光光谱在350nm处没有吸收，收集该粉体，用去离子水洗涤至中性后，60℃烘干即得到具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体。
为了评价具有L-色氨酸铸型的TiO2粉体对L-色氨酸和D-色氨酸的分离效果，本发明使用具有L-色氨酸铸型的TiO2粉体分别对L-色氨酸和D-色氨酸溶液吸附前后色氨酸溶液荧光强度的变化来衡量，具体的测定方法为，称取两份质量为0.10g的具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体，分别置于30mL pH=6的浓度均为0.1mmol·L-1的L-色氨酸和D-色氨酸的水溶液中，搅拌吸附4h后，用荧光分光光度计测定吸附量（色氨酸测定的激发波长为282nm，发射波长为350nm），同时计算出选择性分离系数（α）。
选择性分离系数的定义为α=(m1-m2)/(m3-m4)，其中m1、m2表示L-色氨酸吸附前和吸附后的质量，m3、m4表示D-色氨酸吸附前和吸附后的质量，以选择性分离系数为指标对印迹粉体的选择性进行评价。具体结果如表1所示：测定本实例具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体对L-色氨酸的吸附量为3.19mg/g，D-色氨酸的吸附量为2.29mg/g，选择性分离系数α为1.39。
实施例2
将实施例1中L-色氨酸加入量改变为2.55g，其余条件均与实施例1相同。测定本实施例制得的具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体对L-色氨酸的吸附量为3.06mg/g，对D-色氨酸的吸附量为1.89mg/g，选择性分离系数α为1.62，如表 1所示。
实施例3
将实施例1中L-色氨酸加入量变成5.10g，其余条件均与实施例1相同。测定本实施例制得的具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体对L-色氨酸的吸附量为2.90mg/g，对D-色氨酸的吸附量为1.60mg/g，选择性分离系数α为1.82，如表1所示。
实施例4
将实施例1中L-色氨酸加入量变成10.2g，其余条件均与实施例1相同。测定本实施例制得的具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体对L-色氨酸的吸附量为2.73mg/g，对D-色氨酸的吸附量为1.13mg/g，选择性分离系数α为2.42，如表1所示。
实施例5
将实施例1中L-色氨酸加入量变成12.8g，其余条件均与实施例1相同。测定本实施例制得的具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体对L-色氨酸的吸附量为2.64mg/g，对D-色氨酸的吸附量为1.32mg/g，选择性分离系数α为2.00，如表1所示。
实施例6
将实施例1中L-色氨酸加入量变成15.3g，其余条件均与实施例1相同。测定本实施例制得的具有L-色氨酸分子铸型的TiO2粉体对L-色氨酸的吸附量为2.52mg/g，对D-色氨酸的吸附量为1.42mg/g，选择性分离系数α为1.77，如表1所示。
比较例1
将实施例1中L-色氨酸加入量变成0g，其余条件均与实施例1相同。测定 本实施例制得的非印迹粉体对L-色氨酸的吸附量为1.14mg/g，D-色氨酸的吸附量为1.05mg/g，选择性系数α为1.09，如表1所示。
表1制备L-色氨酸分子印迹TiO2粉体的原料量及对L-色氨酸的选择性分离系数
Claims (4)
1.一种L-色氨酸分子印迹TiO2粉体，其特征在于该TiO2粉体具有与L-色氨酸在空间结构上近乎匹配并能与L-色氨酸选择性结合的三维空间结构；该TiO2粉体的制备方法是按照以下步骤进行的：
（1）印迹L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶的制备
采用溶胶-凝胶法，将质量比为1:0.015～0.18的钛的烷氧化合物和L-色氨酸模板分子加入到500mL醇类溶剂中，搅拌使固体全部溶解，继续搅拌24h，得到印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶；
（2）印迹L-色氨酸模板分子的TiO2粉体的制备
将步骤（1）得到的印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶按照钛的烷氧化合物与水的质量比为1:5.88的比例混合搅拌24h，将得到的白色沉淀抽滤、烘干后即得到印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2粉体；
（3）L-色氨酸模板分子的脱除
将步骤（2）得到的印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2粉体用体积比为1%的氨水溶液洗脱至其上层清液的荧光光谱在350nm处没有吸收，收集该粉体，用去离子水洗涤至中性后，60℃烘干即得到具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体。
2.如权利要求1所述的一种L-色氨酸分子印迹TiO2粉体的制备方法，其特征在于该方法是按照以下步骤进行的：
（1）印迹L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶的制备
采用溶胶-凝胶法，将质量比为1:0.015～0.18的钛的烷氧化合物和L-色氨酸模板分子加入到500mL醇类溶剂中，搅拌使固体全部溶解，继续搅拌24h，得到印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶；
（2）印迹L-色氨酸模板分子的TiO2粉体的制备
将步骤（1）得到的印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2溶胶按照钛的烷氧化合物与水的质量比为1:5.88的比例混合搅拌24h，将得到的白色沉淀抽滤、烘干后即得到印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2粉体；
（3）L-色氨酸模板分子的脱除
将步骤（2）得到的印迹有L-色氨酸模板分子的TiO2粉体用体积比为1%的氨水溶液洗脱至其上层清液的荧光光谱在350nm处没有吸收，收集该粉体，用去离子水洗涤至中性后，60℃烘干即得到具有L-色氨酸分子印迹的TiO2粉体。
3.如权利要求2所述的一种L-色氨酸分子印迹TiO2粉体的制备方法，其特征在于所述的钛的烷氧化合物为钛酸四正丁酯，所述的醇类溶剂为无水乙醇。
4.如权利要求2所述的一种L-色氨酸分子印迹TiO2粉体的制备方法，其特征在于钛的烷氧化合物与L-色氨酸的最佳质量比为1：0.05～0.15。
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