大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目.doc

國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目申報(bào)書項(xiàng)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(xiàng)目組成員： 劉雄 蔡汶伶 江國輝 馮冠男 項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目組人數(shù)4人項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間2010.1-2010.12項(xiàng)目所需經(jīng)費(fèi)3.23萬項(xiàng)目組成員（含項(xiàng)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(xiàng)目開展的校、院級教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心、科研實(shí)驗(yàn)室等，表中填寫有關(guān)實(shí)驗(yàn)室名稱，可以多個(gè)。 主要研究內(nèi)容(限200字內(nèi))本項(xiàng)目擬以戊二醛交聯(lián)的殼聚糖多孔微球?yàn)檩d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(jìn)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(tuán)，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(xiàng)目研究難點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)難點(diǎn)：實(shí)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(diǎn)：一種基于平面疏水域相互作用實(shí)現(xiàn)親和分離的新型材料；基于平面疏水域相互作用進(jìn)行奈醌親和分離的方法。一、項(xiàng)目組成員分工姓名主要項(xiàng)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?yàn)蔡汶伶參加部分實(shí)驗(yàn)，負(fù)責(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?yàn)江國輝參加部分實(shí)驗(yàn)，負(fù)責(zé)制備1，5-二羥基奈酚修飾的交聯(lián)殼聚糖微球?qū)嶒?yàn)及修飾微球表征馮冠男參加部分實(shí)驗(yàn)，負(fù)責(zé)親和分離奈醌工藝條件實(shí)驗(yàn)二、立項(xiàng)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(jià)）研究目的、意義擬研制一種基于平面疏水域相互作用實(shí)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(jìn)行理化及功能性質(zhì)表征，實(shí)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(shí)現(xiàn)親和分離的新觀點(diǎn)，以豐富親和分離的應(yīng)用基礎(chǔ)理論和實(shí)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(jià)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(tuán)或更長的烴類側(cè)鏈，有止血、擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈、抗菌或抗癌活性，近年來受到重點(diǎn)關(guān)注，其分離純化是中藥現(xiàn)代化研究中的一個(gè)重點(diǎn)及熱點(diǎn)領(lǐng)域。 目前，提取分離醌類化合物的主要方法是有機(jī)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(qiáng)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(jìn)行多級預(yù)處理，要么進(jìn)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(jìn)行分離純化的優(yōu)點(diǎn)是，樹脂有一定的分離效率，由于合成的高分子機(jī)械強(qiáng)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(tuán)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(jìn)為羥基、羰基、氨基、氰基等基團(tuán)，近期也開始出現(xiàn)以吡啶基、苯基等為官能團(tuán)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(tuán)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(qiáng)，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(tuán)，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(shí)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(jià)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(tuán)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(shí)，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(shí)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(jìn)行醚化反應(yīng)而實(shí)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(jī)械強(qiáng)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(jìn)行醚化反應(yīng)，因而，用雙環(huán)氧化合物可實(shí)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(tuán)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(tuán)的干擾；由于是單鍵連接，吸附官能團(tuán)1，5-二羥基奈酚能以此半徑轉(zhuǎn)動(dòng)，交換溶質(zhì)的空間領(lǐng)域顯著擴(kuò)大；當(dāng)醌類吸附質(zhì)鄰近時(shí)，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(diǎn)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(shí)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(shí)間、交聯(lián)劑及原料的摩爾比，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，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(qiáng)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(shí)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(shí)現(xiàn)醌類化合物專一分離純化。四、研究計(jì)劃和進(jìn)度研究進(jìn)度第一年，（1）相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置的建立，研究液滴在具有溫度梯度的振動(dòng)表面上的運(yùn)動(dòng)，理解其影響機(jī)理。 （2）結(jié)合實(shí)驗(yàn)和CFD方法，分析在各種振動(dòng)表面，液滴的動(dòng)態(tài)接觸角隨振動(dòng)頻率、振動(dòng)方式的變化，理解振動(dòng)對液滴在表面運(yùn)動(dòng)的影響。第二年，設(shè)計(jì)間歇式微流控芯片，結(jié)合振動(dòng)和溫度、化學(xué)能梯度驅(qū)動(dòng)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(xiàng)；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(jì)算機(jī)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(xiàng)目研究支撐條件化工系分離工程研究室擁有進(jìn)行1，5-二羥基萘酚修飾交聯(lián)殼聚糖微球合成的實(shí)驗(yàn)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(yàn)，該研究室正在進(jìn)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(jìn)展順利，也能提供必要經(jīng)費(fèi)保證本項(xiàng)目完成；藥學(xué)系微分析實(shí)驗(yàn)室擁有進(jìn)行中藥有效成分進(jìn)行分析測試的裝備和成功經(jīng)驗(yàn)；學(xué)院分析測試中心、數(shù)理學(xué)院及材料學(xué)院擁有進(jìn)行微球理化表征的裝備。七、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)概算資料費(fèi) 1000；實(shí)驗(yàn)研究費(fèi)用：包括藥品費(fèi)5000元；測試分析費(fèi)（100元/次，100次）10000元；實(shí)驗(yàn)器材費(fèi)：購買高壓蠕動(dòng)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(fèi)2000元；論文版面費(fèi)，SCI 1篇2000元；CSCD 1篇10