胃蛋白酶亲和有机整体柱电色谱应用于手性拆分的研究文献综述

 2023-01-11 16:46:10

一、国内外发展概况及立题依据

毛细管电色谱(CapillaryElectrochromatography,CEC)是近年来发展十分迅速的一种新型分离技术。它以电渗流(ElectroosmoticFlow,EOF)作为流动相的推动力,根据样品中各组分在固定相和流动相间分配系数的差异和在电场中迁移速率的不同而实现分离的一种高效微分离技术。CEC可以看作是高效液相色谱(HighPerformanceLiquidChromatography,HPLC)和毛细管电泳(CapillaryElectrophoresis,CE)相结合的产物,具有三高一快的特点(即高柱效、高选择性、高分辨率、快速分离)。它一方面克服了CE分离中性物质选择性差,另一方面大大提高了液相色谱的分离效率,而且具有样品和试剂消耗量少等优点。因此,自从二十世纪九十年代以来,随着CEC分离机理、柱制备技术、仪器设备的快速发展,CEC受到越来越广泛的关注,在此方面发表的文章每年呈指数增长,并在生物分析、环境分析、药物分析、食品分析和法医鉴定等多个领域得到了广泛应用。

毛细管电色谱可分为填充柱、开管柱和整体柱三类。1982年Tsuda等首次提出了开管柱电色谱的概念,并对稠环芳烃进行了分离。随后,Martin等从理论上研究了开管柱毛细管电色谱中的轴向扩散和峰展宽,证实电渗流作为推动力的优越性。毛细管电色谱填充柱是将色谱固定相填充到毛细管柱中。通常采用的填柱方法有拉伸法、电动填充法和匀浆法,其中匀浆法最为常用。

毛细管整体柱,又称毛细管连续床或毛细管原位柱。它是通过在毛细管内原位聚合或固化的方法,制成具有均一、多孔结构的整体式固定相。同毛细管电色谱填充柱的制备过程相比较,毛细管电色谱整体柱的制备采用了原位聚合技术,所以柱子的制备过程简单,而且该法还避免了填充电色谱柱中装柱和塞子制备等步骤,同时聚合单体的选择范围广,可得到不同性质的聚合物固定相,从而能够满足不同样品的分离和分析要求。毛细管电色谱整体柱按制备方法及原料的不同可以分为:有机聚合物整体柱、硅胶整体柱、颗粒固定化型整体柱、有机-无机杂化整体柱。其中有机聚合毛细管整体柱选材范围广,适用的pH范围宽,在近几年得到了迅速地发展。聚合物整体柱的制备通常是将单体混合物及致孔剂注入到空管柱中,经过热引发、紫外光引发或gamma;-射线引发在柱体内聚合,然后再用合适的溶剂由手动泵、机械泵或电渗流驱动除去柱体致孔剂和残余的单体。

聚合物整体柱根据材料和功能分类,主要包括聚丙烯酰胺整体柱、聚苯乙烯类整体柱、聚丙烯酸酯类整体柱和分子印迹整体柱等。其中聚丙烯酸酯类整体柱可采用多种功能材料作为单体以增加色谱固定相的选择性,常用的功能单体有甲基丙烯酸丁酯(BMA)、甲基丙烯酸十二酯(LMA)、甲基丙烯酸十八酯(SMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA),致孔剂常选择环己醇、十二醇、正丙醇、1,4-丁二醇、甲醇、乙腈等有机试剂。该类柱在pH2~12范围内机械强度高、稳定性好,耐有机溶剂。此外,通过改变单体或表面改性可以获得具有不同性能的整体柱。因此,目前对该类整体柱的研究最多,且应用较为广泛。

手性化合物的识别和拆分是手性分析的重要内容之一。结晶法是最早被使用的拆分方法,化学拆分法简单易行,是最常被采用的重要拆分方法,随着酶技术的发展,利用酶的高度立体选择性进行对映体的拆分,已经成为制备手性药物的重要途径,也被称为生物拆分法,是一种近年来逐渐受到重视的拆分方法,这主要是酶法具有拆分效率高、立体选择性高、反应条件温和、专一性强、操作简单和利于环保等特点,常用的手性选择剂有环糊精及其衍生物、冠醚类、大环抗生素类、多糖类化合物、蛋白质类。其中蛋白质类手性选择剂因其独特的空间结构,在手性药物拆分中应用广泛。

蛋白作为手性选择剂的种类主要集中在白蛋白、糖蛋白和酶上,而其中又以人血清白蛋白(HSA),牛血清白蛋白(BSA),alpha;-酸性糖蛋白(AGP)最为常用。蛋白作为固定相通常是利用蛋白质中的-NH2或-COOH等将蛋白质键合到载体上。-NH或-COOH与载体上反应基团的不同,结合的方式也有所不同,但是理论上任何一种蛋白都可以成为潜在的蛋白键合功能单体。然而,键合在载体上的蛋白质可能因官能团阻碍或构象发生变化,载体的物理特性、键合反应基团的空间长度、与载体的结合方法等,影响蛋白的手性选择性。人血清蛋白在性质上与牛血清白蛋白性质类似,分子量为665000,等电点4.8,是人血中主要的载体蛋白,具有与多种药物可逆结合的能力。alpha;-酸性糖蛋白是由181个氨基酸和5个杂多糖组成的单链多肽,包含14个唾液酸残基,平均分子量为33000,糖含量约34%。由于其等电点(pI=2.7)较低,AGP成为分离碱性药物的良好手性拆分试剂维拉帕米(Verapamil)、华法令(Warfarin)等对映体均可得到分离。胃蛋白酶(pepsin)被证实能拆分碱性和不带电荷的对映体,如异丙基肾上腺素、羟甲异丁肾上腺素、阿替洛尔、塞洛西汀等。

亲和色谱(Affinitychromatography)是一种基于生物活性物质与其它分子之间可逆的特异性相互作用的色谱分离技术。亲和色谱分离中目标物由于与固定相上配基发生亲和力作用被吸附,而其他物质由于不具有亲和能力而直接流出柱外,改变或破坏目标物与配基之间的作用力使目标物得以洗脱,从而达到分离或纯化的目的。亲和配基的性质决定了亲和色谱的选择性,对于手性拆分来说,一般要选取亲和能力适中的配基,这样可以满足在同一条件下能同时吸附和洗脱对映体的要求。除了配基的选择至关重要外,另外一个关键因素就是亲和基质(matrix)的选择。根据化学组成可将基质材料分为无机、有机、和复合材料三类。整体柱整体柱由于无须制备柱塞、具有制备简单、重现性好、多孔性优越、分离快速高效等优点成为近几年学者们研究的热点,其中一类应用就是在生物样品以及亲和色谱的研究上。

基于蛋白作为手性选择剂的手性拆分优势和GMA/EDMA基质的优势,以及毛细管亲和有机整体柱的色谱优越性,本课题选取胃蛋白酶作为手性选择剂,以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)作为单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)作为交联剂,拟制备新型蛋白亲和手性毛细管有机整体柱,并应用于手性药物的拆分。

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