СОРБЦИОННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ФЛАВОНОЛОВ ПОВЕРХНОСТНО МОЛЕКУЛЯРНО ИМПРИНТИРОВАННЫМИ СМОЛАМИ

SORPTION CONCENTRATION OF FLAVONOLS BY SURFACE-MOLECULAR IMPRINTED RESINS

Maria Slepchenko

4th year student of Surgut State University, direction 04.03.01. “Chemistry”

Russia, Surgut

АННОТАЦИЯ

В этой работе мы изучаем процесс сорбционного концентрирования флавонолов с использованием поверхностно-молекулярно импринтированных смол (МИП). Флавонолы — это важный класс биологически активных соединений, которые обладают антиоксидантными, противовоспалительными и другими полезными свойствами. Однако их извлечение из природных источников часто осложняется из-за их низких концентраций и присутствия сопутствующих веществ. В этом контексте МИП-смолы, которые обладают высокой избирательностью и специфичностью, представляются как перспективный инструмент для эффективного концентрирования флавонолов.

ABSTRACT

In this paper, we study the process of sorption concentration of flavonoids using surface-molecular imprinted resins (MIPS). Flavonols are an important class of biologically active compounds that have antioxidant, anti-inflammatory, and other beneficial properties. However, their extraction from natural sources is often complicated due to their low concentrations and the presence of related substances. In this context, MIP resins, which have high selectivity and specificity, are presented as a promising tool for the effective concentration of flavonols.

Ключевые слова: поверхностный молекулярный импринтинг, магнитные носители, наночастицы, сорбционная емкость.

Keywords: surface molecular imprinting, magnetic carriers, nanoparticles, sorption capacity.

Магнитные носители для поверхностного молекулярного импринтинга флавоноидов.

Магнитные носители на основе оксидов железа могут быть использованы для поверхностного молекулярного импринтинга флавоноидов. Флавоноиды представляют собой класс фенольных соединений, обладающих антиоксидантными свойствами. Импринтинг флавоноидов на магнитных частицах позволит получить магнитные молекулярно-импринтированные сорбенты для эффективного выделения и разделения флавоноидов [1,2].

Молекулярный импринтинг позволяет создать на поверхности носителя отпечаток молекулы флавоноида с ее трехмерной структурой и хромофорной системой. Такие отпечатки обладают высокой селективностью к аналогичным молекулам флавоноидов. Созданные магнитные импринтированные носители демонстрируют более высокую сорбционную емкость по отношению к целевым флавоноидам по сравнению с неимпринтированным магнетитом. Это позволяет эффективно разделять, концентрировать и изолировать флавоноиды из сложных растительных экстрактов [3]. Магнитные свойства носителей позволяют легко отделять их от раствора после сорбции флавоноидов с помощью внешнего магнитного поля. Это дает возможность проводить многократную реэкстракцию сорбированных веществ, повышая их выход. [4,5]. Полученные результаты демонстрируют перспективность использования магнитных импринтированных носителей для разработки высокоэффективных способов выделения и определения биологически активных соединений, в том числе флавоноидов, из различных растительных объектов.

Таким образом, магнитный молекулярный импринтинг - перспективный подход для создания селективных сорбентов, применимых в технологиях выделения, концентрирования и разделения биологически активных соединений фенольной природы.

Экспериментальная часть

2.1. Исходные вещества, посуда и оборудование

Две навески по 50 мг МИС/НИС из Fe3O4, деионизованная вода, раствор кверцетина с концентрацией 10-4 М, мерная колба на 50 мл, центрифужные пробирки, 18 шт, наконечник для дозатора на 1 мл, 2 шт, наконечник для дозатора на 3 мл, химические стеклянные стаканы на 100 мл, 2 шт, пипетка, кювета, центрифужный аппарат, аналитические весы, спектрофотометр, дозатор, магнит.

В данной работе были использованы следующие реагенты: флороглюцин (≥99.0%, «Sigma-Aldrich», Китай), меламин (99%, «Acros Organics», Великобритания), формалин (37.6%, «Merck KGaA», Германия), этиловый спирт (95%, «РФК», Россия), ацетонитрил (ACN, ос.ч., «Криохром», Россия), кверцетин (Qu, 99.3%, «Диаэм», Россия), гидроксид аммония (NH3∙H2O, ос.ч., 23-5, «Сигма Тек», Россия), тетраэтоксисилан (ТЭОС, ос.ч., «ЭКОС-1», Россия).

2.2. Методики эксперимента

Методика (1) синтеза силанизированных наночастиц Fe₃O₄@mSiO₂

Навеску 0.250 г магнитных наночастиц Fe3O4 диспергировали в смеси этанола и деионизированной воды (80:20 по об.). Затем полученный раствор обрабатывали ультразвуком в течение 30 мин. К полученной смеси добавляли по каплям 4 мл ТЭОС и 5 мл раствора аммиака (25 %). Полученную суспензию перемешивали и оставляли для реакции при комнатной температуре в течение 24 ч. Полученный продукт собирали с помощью магнитной декантации. Затем тщательно промывали деионизированной водой для удаления непрореагировавших реагентов. Далее образцы высушили в воздушном термостате при 60°C.

Методика (2) синтеза флороглюцин-меламин-формальдегидных смол с молекулярными отпечатками кверцетина:

1. Приготовление раствора флороглюцина (раствор А): раствор флороглюцина готовили смешением 0.3783 г флороглюцина (3 ммоль) и формалина 0.44 мл (6 ммоль) в 30 мл деионизированной воды в круглодонной колбе. Полученную смесь перемешивали с помощью магнитной мешалкой при 40 ºC в течение 1 ч.

2. Приготовление раствора меламина (раствор Б): раствор меламина готовили смешением 0.1261 г меламина (1 ммоль) и 0.22 мл формалина (3 ммоль) в 10 мл деионизированной воды в круглодонной колбе. Полученную смесь нагревали на водяной бане (80°C) при постоянном перемешивании до прозрачности раствора, после чего остудили его до комнатной температуры.

3. Сополимеризация: смешали растворы флороглюцина и меламина, растворили 0.0484 г (0.16 ммоль) кверцетина (МИП). На данной стадии добавляли носитель – силанизированные наночастицы Fe3O4@mSiO2 (0.250 г). В контрольный образец (НИП) кверцетин не добавляли. Раствор перемешивали при нагревании (40°C) в течение 40 мин. Затем выдержали в воздушном термостате при 60°C в течение 2 ч, далее при 80°C в течение 24 ч. Перед отмывкой образцы измельчили в ступке.

Отмывку навески образцов проводили растворами ACN:H2O (1:1) и EtOH:H2O (4:1) по следующей схеме: навески образцов (200 мг) диспергировали в 50 мл раствора ACN:H2O (1:1) или EtOH:H2O (4:1). Затем при перемешивании с помощью верхнеприводной мешалки выдерживали в растворе в течение 30 мин, 210 мин и 24 часов. Центрифугировали в течение 5 мин при 14000 об/мин. Содержание кверцетина в промывочных растворах контролировали методом градуировочного графика (λ=373 нм). Для снятия спектров отбирали аликвоту 3 мл. Образцы высушивали в воздушном термостате при 60°C.

В ходе проделанной работы были синтезированы образцы флороглюцин-меламин-формальдегидных смол с молекулярными отпечатками кверцетина. В качестве мономеров, для получения флороглюцин-меламин-формальдегидной смолы использовали флороглюцин и меламин, которые вводили в смолу гидрофильные группы (такие как гидроксильные группы, аминогруппы и эфирные связи), делая его совместимым с водными растворителями. Сшивающим агентом является формальдегид, а темплатом - наиболее распространённый природный антиоксидант, представитель ряда флавонолов - кверцетин. Носителями для поверхностного молекулярного импринтинга являются силанизированные наночастицы Fe3O4@mSiO2.

Методика (3) повторного связывания кверцетина:

Навески образцов МИС или НИС массой 50 мг помещали в стеклянную колбу с 50 мл раствора 10-5 М кверцетина. Через каждые 5-15 мин отбирали аликвоту этого раствора объемом 3 мл и помещали на 5 минут в центрифужный аппарат. После этого раствор пятью порциями по 1 мл помещали в кювету для определения концентрации кверцетина спектрофотометрическим методом при l=373 нм. Концентрацию кверцетина контролировали в течение 120 мин и рассчитывали методом градуировочного графика. За концентрацию в начальный момент времени (0 мин) принимали концентрацию исходного раствора до добавления МИС или НИС образцов.

2.3. Обработка результатов эксперимента

Изучение кинетики повторного связывания кверцетина проводили по следующей схеме:

После синтеза часть полученных образцов МСМ МИС и МСМ НИС отмыли раствором ACN: H2O (1:1) согласно методике 2. Затем на данных образцах провели повторное связывание. Для определения концентрации кверцетина в растворе спектрофотометрическим методом построили градуировочные зависимости оптической плотности от концентрации кверцетина (табл. 1, рис. 2). После отмывки образцов были изучены их сорбционные свойства по отношению к темплату и эффективность импринтинга. Повторное связывание проводили согласно методике 3.

а)

б)

Рисунок 1. Зависимости оптической плотности от длины волны повторного связывания кверцетина образцов МСМ НИС (а) и МСМ МИС (б).

Таблица 1.

Зависимость оптической плотности (A367.6) от концентрации c(Qu), М в воде

Рисунок 2.  Градуировочный график (зависимость оптической плотности c(Qu), М в воде при λ=367.6 нм) в диапазоне 2^.10^-6 - 1^.10^-5 М

Результаты повторного связывания на образцах, раннее отмытых раствором ACH : H2O (1:1 по об./об.), представлены в табл.3. В табл. 4 показано, что максимальное значение импринтинг фактора повторного связывания составило 0,93 (сутки).

Таблица 3.

Зависимость оптической плотности (А), концентрации Qu, степени извлечения (R) от времени сорбции на образцах МСМ МИС и МСМ НИС. Условия сорбции: образцы МСМ МИС и МСМ НИС, отмытые смесью ACH : H2O  (1:1 по об./об.), m(МСМ МИС) = 0.05г, m(МСМ НИС) = 0.05г , С₀(Qu) = 1.0.10-5 М, V = 47 мл

Таблица 4.

Зависимость сорбционной емкости q (мкмоль Qu/г) МСМ МИС и МСМ НИС образцов от времени и импринтинг-фактор. Условия сорбции: образцы МСМ МИС и МСМ НИС, отмытые смесью ACH : H2O (1:1 по об./об.), С₀(Qu) = 1.0.10-5 М. V = 47 мл

Изучение кинетики повторного связывания кверцетина проводили по той же схеме, что и ACN: H2O (1:1).

а)

б)

Рисунок 3. Зависимости оптической плотности от длины волны повторного связывания кверцетина образцов МСМ НИС (а) и МСМ МИС (б)

Результаты повторного связывания на образцах, раннее отмытых раствором EtOH : H2O (4:1 по об./об.), представлены в табл.5. В табл. 6 показано, что максимальное значение импринтинг фактора повторного связывания составило 1,15 (25 мин).

Таблица 5.

Зависимость оптической плотности (А), концентрации Qu, степени извлечения (R) от времени сорбции на образцах МСМ МИС и МСМ НИС. Условия сорбции: образцы МСМ МИС и МСМ НИС, отмытые смесью EtOH : H2O (4:1 по об./об.),  m(МСМ МИС) = 0.05г, m(МСМ НИС) = 0.05г , С₀(Qu) = 1.0.10-5 М, V = 47 мл

Таблица 6.

Зависимость сорбционной емкости q (мкмоль Qu/г) МСМ МИС и МСМ НИС образцов от времени и импринтинг-фактор. Условия сорбции: образцы МСМ МИС и МСМ НИС, отмытые смесью EtOH : H2O (4:1 по об./об.), С₀(Qu) = 1.0.10-5 М. V = 47 мл

Заключение

С помощью технологии поверхностного молекулярного импритинга смол с использованием магнитных наночастиц Fe₃O₄@mSiO₂ в качестве носителя, в качестве мономеров использовали флороглюцин и меламин, сшивающим агентом является формальдегид, а темплатом – кверцетин, были получены данные, по которым можно сделать вывод, что в повторном связывании на образцах МСМ МИС и МСМ НИС отмытых раствором ACN: H2O (1:1) максимальное значение импринтинг фактора, представляющий собой отношение сорбции целевого соединения на импринтированном сорбенте к сорбции на неимпринтированном сорбенте, составило 0,93, а в повторном связывании на образцах МСМ МИС и МСМ НИС отмытых раствором EtOH : H2O (4 : 1) максимальное значение импринтинг фактора составило 1,15. Чем выше импринтинг фактор, тем эффективнее был произведен импринтинг. Таким образом, при сравнении полученных значений (1,15>0,93) можно утверждать, что образцы МСМ МИС и МСМ НИС отмытые раствором EtOH : H2O (4 : 1)  были намного лучше импринтированы, так как импринтинг фактор больше единицы (1,15>1), что означает увеличение селективности и избирательности сорбента к целевому соединению.

Список литературы:

1. Preparation and Properties of Hollow Magnetic Liquid Crystal Molecularly Imprinted Polymers as Silybin Sustained-release Carriers\ Dr. Ni Tan, Can Chen, Kang Ji, Sen Liao, Yaqing Liu, Lin Hu, Leqing He, Zui Ding\\ Chemistry Select Volume 6, Issue 34 p. 9024-9031 - 09 September 2021
2. Extraction and detection of morin from Sanghuangporus lonicericola by magnetic molecularly imprinted polymers coupled with HPLC analysis\ Wei Zhang, Yunjing Luo, Ziqi Xie, Chenchen Kong, Zhen Na\\ Journal of Food Science Volume 87, Issue 4 p. 1575-1585 - 15 March 2022
3. Synthesis of a magnetic micelle molecularly imprinted polymers to selective adsorption of rutin from Sophora japonica\ Hua Zhang, QianYu Zhao, Jun Qiang Qiu, ZhanHua Wang, Xin Yang\\ Journal of Chromatography B - 1 January 2023, 123492
4. Preparation of hollow magnetic molecularly imprinted polymer and its application in silybin recognition and controlled release\ Kang Ji, Xiaomei Luo, Leqing He, Sen Liao, Lin Hu, Jingwen Han, Can Chen, Yaqing Liu, Ni Tan\\ Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis - 17 September 2019
5. Preparation and Characterization of Nonylphenol Magnetic Molecularly Imprinted Polymer\ Fang-yan Chen, Shu-ping Ba, Yu-bin Tang, Xin-gang Wang\\ School of Environmental and Chemical Engineering, Jiangsu University of Science and Technology - 16 March 2015