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新疆理化所在洛克沙砷分子印迹聚合物研究中取

2019-07-04 22:15

我国是产棉大国,棉花产量居世界前列,新疆是产棉大省,产量占全国的三分之一多。丰富的棉花资源意味着丰富的棉籽资源,棉籽是一种优质的饲用蛋白来源,但是棉粕中含有游离棉酚,使其利用价值和使用量受到限制。棉酚是一种多酚类色素类有毒物质,可造成动物生长受阻,繁殖能力下降甚至不育,严重时可造成死。因此,研究开发棉籽蛋白的脱酚工艺具有十分重要的意义。国内外对棉粕脱酚做了大量研究工作,主要有化学法、生物发酵法、混合溶剂萃取法、吸附法等方法。存在的问题主要是溶剂挥发损失、溶耗高、能耗高、吸附容量低、选择性差等。

砷作为动物体必需的一种微量元素,具有多种重要的生理功能,以及抗菌、抗寄生虫等多种药理作用,近年来砷制剂的使用越来越广泛。洛克沙砷,化学名为3-硝基-4-羟基-苯砷酸,与对氨基苯砷酸一起成为近年来在世界各国广泛使用的两种含砷饲料添加药物。美国食品和药物管理局 最早于1964年允许洛克沙砷用于鸡的饲料,我国农业部1996年批准了该药的使用,之后我国逐渐开始大量生产,并广泛用于畜禽养殖业。含砷饲料添加剂的使用,促进了畜牧业的发展,取得了较好的社会经济效益。但同时大量含砷的畜禽排泄物进入环境,逐渐对环境造成了越来越严重的污染。

截至2018年底,新疆的棉花产量已占我国棉花产量的90%,棉花是新疆最具特色、最丰富的资源之一。棉酚作为棉花中的主要有毒物质,存在于棉花植株的各个部位,尤其以成熟的棉籽中最多,限制了棉籽的利用。一直以来,开发新的棉籽蛋白脱酚工艺是研究者们关注的重要课题。目前,分离或脱除棉籽中棉酚的方法主要有水热处理法、旋液分离法、膨化脱毒法、吸附法、化学钝化法、溶剂浸出法、微生物发酵法等,常用的溶剂浸出法存在的问题主要是溶剂挥发损失、溶耗高、能耗高。因此,研究开发棉酚识别和吸附能力的新型功能材料具有重要意义。同时,近年来有研究表明棉酚具有一定的抗肿瘤活性、抗病毒和抗寄生虫活性、抗氧化活性和抗炎活性,因此开发基于棉酚的新型药物设计也是十分有意义的工作。

目前,中国科学院新疆理化技术研究所资源化学研究室研究员张亚刚团队设计开发了一种对棉酚具有高吸附容量和选择性的分子印迹聚合物,采用本体聚合的方法,利用自由基聚合机理和热引发聚合方式合成了棉酚分子印迹聚合物。设计合成了系列棉酚印迹聚合物体系和非印迹聚合物对照体系,筛选出了对棉酚分子吸附容量较高、印迹效果较好的MIP体系。通过正交实验设计,考察了官能团、单体分子用量、交联剂种类、交联度、溶剂选择等因素对分子印迹制备的有机功能材料对棉酚的识别和吸附性能的影响,最终确定了最佳的合成条件,并对所合成棉酚印迹聚合物进行了结构表征和吸附性能测试实验、吸附容量和吸附选择性实验。结果显示,所合成的分子印迹聚合物稳定性好,可多次重复利用,对游离棉酚的吸附容量最大达632 mg/g,并显示了较好的识别选择性。

最近,中国科学院新疆理化技术研究所研究员张亚刚团队设计开发了一种对洛克沙砷具有高吸附容量和选择性的分子印迹聚合物。该方法采用分子识别的原理,通过表面印迹的策略,设计开发了具有高密度氨基的功能材料,以实现对洛克沙砷的大容量吸附。选择了硅胶与3-氨基丙基三乙氧基硅烷反应体系,APTES-SiO2作为洛克沙砷吸附材料时吸附容量高,但是却很难实现对目标分子的高选择性吸附,因此开发出一种对洛克沙砷兼具选择性和高吸附容量的新型功能材料,具有十分重要的意义。

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相关研究成果已申报中国发明专利:一种棉酚分子印迹聚合物的制备方法(发明专利申请号:CN201610281786.8),并于近期发表在国际刊物Journal of Molecular Recognition上,这种高吸附容量和选择性的分子印迹聚合物,为棉籽蛋白的脱酚工艺提供了一种新的思路和途径。该研究工作得到新疆自然科学基金项目支持。

在洛克沙砷分子印迹聚合物的合成中,第一步先将模板分子固定在MPTES-APTES-SiO2表面;第二步再将固定有模板分子的MPTES-APTES-SiO2与溶剂、交联剂、引发剂混合均匀后一起热引发聚合,得到洛克沙砷分子印迹聚合物。同时对所合成的洛克沙砷分子印迹聚合物进行了元素分析、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和热重分析等测试表征。采用紫外分光光度计建立了洛克沙砷以及与洛克沙砷结构极其相似的两种化合物(对氨基苯砷酸和对羟基苯砷酸)的紫外吸收光谱曲线和标准曲线。研究结果表明:达到吸附平衡时洛克沙砷分子印迹聚合物对ROX、OSA、ASA的吸附百分比分别为:60.34%、4.35%和1.13%。吸附容量分别为;49.53mg/g、2.86mg/g和0.7mg/g,显示出非常好的吸附容量和吸附选择性。

论文链接

相关研究成果已申报中国发明专利:一种苯砷酸类分子印迹聚合物的制备方法(发明专利申请号: CN201610125968.6),并于近期发表在Journal of Molecular Recognition上, 这种高吸附容量和选择性的分子印迹聚合物,为苯砷酸类污染物的检测和去除提供了一种新的思路和途径。该研究工作得到新疆自然科学基金项目支持。

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论文链接

一种对棉酚具有高吸附容量和选择性的分子印迹聚合物的设计与制备

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一种对洛克沙砷具有高吸附容量和选择性的分子印迹聚合物的设计与制备

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