首页 > 论文范文 > 医药卫生论文 > 药学论文 > 药物分析论文 > 锆基金属有机框架捕获黄连中的生物碱类药物活性成分

锆基金属有机框架捕获黄连中的生物碱类药物活性成分

2025-01-08 101 上传者：管理员

摘要：采用溶剂热法制备了锆基MOF-808，利用其结构优势实现了中药黄连中生物碱类药物活性成分的富集与捕获，并结合其结构特点探讨了其协同低共熔溶剂捕获生物碱类活性成分过程中的相互作用。通过优化孵育捕获等条件，对黄连粗提液中药根碱的回收率达到85.78%，结合高效液相色谱技术建立了检测黄连粗提液中5种生物碱类活性成分的方法。方法的线性范围为0.1～300μg•L-1，检出限为0.02～0.05μg•L-1，相对标准偏差为0.40%～4.7%，加标回收率达到69.7%～128%。该研究实现了中药黄连中生物碱类活性成分的高效、快速富集与捕获，为MOFs材料在选择性捕获与富集中药有效成分等领域的研究提供了新思路。

关键词：
生物碱活性成分
色谱分离
选择性富集
金属有机框架
黄连
加入收藏

黄连作为我国传统的中药，其主要有效成分为生物碱类，包括药根碱、表小檗碱、黄连碱、巴马汀以及小檗碱等。它们具有抗肿瘤、抗菌消炎、抗病毒、抗血小板凝集、抗心律失常以及调节新陈代谢等显著的生物学活性[1-3]，在卫生、医药等方面有着巨大的应用潜力[4-5]。然而，目前生物碱的提取方法，如稀酸提取法、醇类溶剂提取法、亲脂性有机溶剂提取法等，主要依赖于生物碱的碱性和溶解度差异、特殊功能基团以及色谱技术进行分离。上述方法存在局限性，主要表现为生物碱类活性成分含量较低，且基质复杂，难以实现选择性富集[6-7]。另外传统提取方法的效率低，溶剂用量较大，通常需多次反复提取，耗费时间长，限制了其在现代分析和医学等领域中的应用。因此，开发一种高效、简单的富集生物碱类活性成分的方法具有重要意义[8-10]。

目前前处理技术领域发展了石墨烯材料、金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）等材料，可用于选择性富集萃取多种微量或痕量化合物[11-14]。MOFs材料是一种由金属离子或团簇与有机配体通过配位键合形成的晶体材料，具有高比表面积、可调孔径和良好的化学稳定性等特点，可以用于目标分析物的选择性吸附和富集、负载、控释和靶向输送，在样品前处理等领域具有广泛的应用前景[15-20]。

锆基MOFs因在热稳定性和化学稳定性方面具有突出的优势，可以实现多次重复利用，常被用于样品前处理领域[21]。MOF-808是由氧氯化锆提供具有强大亲和力的Zr4+活性位点与均苯三甲酸（BTC）有机配位连接形成的三维多面体结构，具有热稳定性高、表面积大和孔隙率丰富等特点。本文选择锆基MOF-808作为选择性吸附和富集黄连中生物碱类活性成分的分散萃取载体介质（如图1），结合高效液相色谱（HPLC）分析，对萃取条件进行了优化，得到最佳条件为材料用量为80 mg，解吸液为20 m L的3%甲酸-乙腈，富集和解吸时间分别为15、50 min。在该条件下实现了对黄连中生物碱类活性成分的高效富集与捕获，并结合其生物碱的结构特点进一步探讨了其协同低共熔溶剂（DES）捕获生物碱过程中的相互作用，为MOFs等纳米材料选择性捕获与富集中药有效成分等领域的研究提供了新思路与新方法。

图1 MOF-808富集捕获黄连中生物碱类活性成分的示意图

1、实验部分

1.1仪器与试剂

采用扫描电镜（SEM，日立SU8010）测试材料的形貌，粉末X射线衍射仪（PXRD,Smartlab-SE，日本）测试其晶体结构，傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR,Bruker TENSORⅡ）测试其官能团信息，全自动比表面及孔隙度分析仪（BET,TASAP 2010）用于材料的表面积和孔径分布测试。高效液相色谱仪（Agilent LC 1260，安捷伦科技公司），真空干燥箱（DZF-6050，上海一恒科学仪器有限公司），超声波清洗器（KQ-500DE，江苏昆山市超声仪器有限公司），电子天平（MC，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司），低温循环真空泵（DLSB-ZC，郑州长城科工贸有限公司），水浴锅（SB-1300，上海爱朗仪器有限公司）。

氧氯化锆（Zr OCl2·8H2O,Z109459）和均苯三甲酸（BTC,99%）购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，N,N-二甲基甲酰胺（DMF,B2308121）购于佛山西陇化工有限公司，盐酸小檗碱（PS020505）、盐酸药根碱（PS010629）、盐酸黄连碱（PS012329）、盐酸巴马汀（PS012545）和盐酸表小檗碱（PS020529）标准品均来自成都普思生物科技股份有限公司，盐酸（37%HCl）和三氟乙酸（TFA）购于麦克林试剂有限公司，十二烷基硫酸钠和磷酸二氢钾分别购于山东科源生化有限公司和国药集团化学试剂有限公司，色谱级的甲醇和乙醇购于天津市富宇精细化工有限公司，黄连饮片（230501）来自山东百味堂中药饮片有限公司。

1.2色谱条件

Eclipse XDB-C18柱（250 mm×4.6 mm i.d.,5μm），流动相为乙腈-0.05 mol·L-1磷酸二氢钾溶液（50∶50）（混合液中加入0.015 mol·L-1的十二烷基硫酸钠，以磷酸调节p H为4.0）；流速：0.6 m L·min-1；柱温：30℃；检测波长：345 nm；进样量：10μL。

1.3样品制备

1.3.1对照品溶液的制备

称定盐酸小檗碱、盐酸黄连碱、盐酸表小檗碱、盐酸巴马汀及盐酸药根碱对照品分别置于容量瓶中，加入甲醇制成每1 m L含0.394 mg盐酸小檗碱、0.412 mg盐酸黄连碱、0.422 mg盐酸表小檗碱、0.413 mg盐酸巴马汀及0.401 mg盐酸药根碱的对照品溶液。

1.3.2供试品溶液的制备

称取黄连饮片（经山东中医药大学冯帅副教授鉴定为毛茛科植物黄连Coptis chinensis Franch的干燥根茎）10 g，粉碎后置于500 m L烧杯中，加入含有0.5%HCl的80%乙醇和水800 m L，于超声波清洗仪中超声提取30 min，滤纸过滤，滤渣中加入含有0.5%HCl的80%乙醇和水800 m L，重复提取2次，过滤。合并两次所得的滤液，55℃旋转蒸发仪浓缩至干，经冷冻干燥后待用，得冻干粉3.7 g。

萃取方法为：取黄连冻干粉10 mg溶于1 000 m L乙醇和水混合溶液（80∶20，体积比）中，超声使其溶解，每次取10 m L粗提液装于50 m L离心管中，加入30～100 mg干燥后的MOF-808，超声5 min使其均匀分散于溶液中，置于37℃摇床进行孵育5～20 min。摇床后进行离心，去掉上清液，沉淀中分别加入5～30 m L甲酸和乙腈（3∶97，体积比）解吸液，40℃超声10～60 min进行解吸，离心后取上清液，用旋转蒸发仪分别旋蒸至干，然后复溶至1 m L，经0.45μm微孔滤膜过滤后进行高效液相色谱分析。

1.3.3 MOF-808的制备

制备方案参考文献[16]，取1.08 g Zr OCl2·8H2O、0.41 g BTC，将其溶于DMF(75 m L）和甲酸（75 m L）的混合液中，超声溶解15 min，加入HCl (0.75 m L）和TFA(1.5 m L），将其加入到反应釜中在130℃下反应72 h。冷却至室温后，用离心机以10 000 r·min-1离心分离，用DMF和乙醇分别洗涤3次，80℃干燥即得。

2、结果与讨论

2.1 MOF-808的表征

采用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和氮气吸附法（BET）对MOF-808进行表征，证实了其合成成功。由SEM图（图2A）可以观察到其八面体的形貌，尺寸大小约700nm。合成的MOF-808存在一定的团聚现象，可能是因为材料合成后未及时更换溶剂洗涤和超声分散所致。在红外图谱（图2B）中，1 628 cm-1处的强振动峰归属为去质子化的—COOH与金属活性中心Zr4+相连形成的Zr—O键。另外，—COOH的不对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰之间相差了250 cm-1左右，说明—COOH与Zr4+发生了配位。由XRD结果（图2C）可以看出，所合成MOF-808的结果与文献报道的MOF-808(Zr）及模拟的晶体结构的粉末衍射峰出峰位置基本一致[16]。由图2D可知，合成的MOF-808的平均比表面积和孔径分别为910 m2/g和2.5 nm，高的比表面积得益于其有序的纳米孔径框架结构。

2.2实验条件的优化

2.2.1材料用量的优化

材料用量对目标分析物的富集效果有直接影响，因此首先考察了MOF-808用量（30、50、80、100 mg）对黄连生物碱回收率的影响。萃取程序如“1.3.2”，在黄连粗提液基质（10μg·L-1）中完成。如图3A所示，当材料用量为80 mg时，其回收率达到最大，材料用量逐渐增至100 mg时，回收率反而下降。利用HPLC检测了80 mg和100 mg吸附完成后的上清液，峰面积略有增长，但在相同解吸条件下，材料用量为100 mg时不能解吸完全，导致其回收率略有下降，推测可能是因为材料用量过大导致分散度降低和不完全吸附。因此选择最佳材料用量为80 mg。

2.2.2解吸液种类、甲酸体积分数和解吸液总体积的优化

为提高解吸效率，进一步考察了解吸液的种类（甲酸和乙腈、甲酸和甲醇、磷酸和乙腈、磷酸和甲醇、乙酸和甲醇、氨水和甲醇，体积比3∶97）对回收率的影响。萃取程序如“1.3.2”，在黄连粗提液基质（10μg·L-1）中完成。如图3B所示，3%甲酸-乙腈的解吸效果明显优于其他解吸液，说明生物碱类成分在该洗脱溶剂中的溶解度增大，且减弱了其配位作用。考察了解吸液中甲酸的体积分数（1%、3%、5%、10%和15%）对目标化合物回收率的影响，如图3C所示，3%甲酸的解吸效果最好。确定以3%甲酸-乙腈为解吸液，对解吸液体积（10、20、30、40、50 m L）优化的结果表明，解吸液体积为20 m L时的解吸效果最好（图3D）。

图2 MOF-808的SEM(A）、FT-IR(B）、XRD(C）和BET(D）表征结果

Fig.2 Results of SEM(A),FT-IR(B),XRD(C) and BET(D) characterization results of MOF-808

2.2.3富集时间与解吸时间的优化

如图3E所示，考察了材料与富集时间（10、15、20、30、50、100、120 min）对目标化合物回收率的影响。萃取程序如“1.3.2”，在黄连粗提液基质（10μg·L-1）中完成。结果表明，当富集时间为15 min时，目标化合物回收率达到最大，当超过15 min后反而会有下降，可能是因为存在吸附-解吸的动态过程，因此选取15 min为最佳富集时间。解吸时间同样是影响目标化合物回收率的重要因素，对解吸时间（20、30、40、50、60 min）进行了优化，如图3F所示，解吸时间为50 min时目标化合物的回收率达到最佳。

图3萃取条件的优化结果

2.3方法性能及应用

综上，在材料用量为80 mg，富集和解吸时间分别为15 min和50 min，解吸液为3%的甲酸-乙腈，解吸液用量为20 m L的条件下，回收率效果达到最佳。如表1所示，基于上述条件建立的检测黄连粗提液中5种生物碱类活性成分的HPLC方法，其线性范围为0.1～300μg·L-1，检出限（S/N=3）为0.02～0.05μg·L-1，定量下限（S/N=10）为0.06～0.17μg·L-1。在上述粗提液基质中分别加入50、100、400μg·L-1的混标溶液进行加标实验，5种生物碱的加标回收率为69.7%～128%，相对标准偏差（RSD）为0.40%～4.7%（表2）。加标回收色谱图如图4所示。

表1 5种生物碱类活性成分的线性关系、检出限和定量下限

2.3.1重复性考察

在相同条件下，将不同批次的MOF-808分别间隔一段时间后在粗提液基质中萃取富集，通过其回收率的RSD考察MOF-808的重复性。3批MOF-808对生物碱的RSD为3.1%～6.3%，且对黄连中药根碱的回收率达到85.78%，证明了MOF-808具有良好的批间重复性。

2.3.2作用机理的探讨

所富集的5种生物碱均属于苄基异喹啉衍生物，对比了不同DES溶剂的提取富集性能。如图5所示，分别采用水、甲醇、丙烯酸-甜菜碱与乳酸-甜菜碱作为DES溶剂时，小檗碱的提取效率明显增强，巴马汀略有增高。这可能是因为乳酸-甜菜碱DES溶剂的特定化学性质和溶剂化能力，使得这两种生物碱分子在溶剂中的溶解度较高，从而提高了提取效率。

另外，甜菜碱和乳酸的协同作用可能增强了溶剂的极性和对目标分子的亲和力。且小檗碱是季铵型生物碱，具有一定的阳离子特性，可能通过离子交换或静电作用促进其溶解。乳酸的羧基基团提供了额外的氢键作用点，有助于与生物碱分子中的羟基、氨基等官能团形成氢键，进一步提高提取效率。如表3所示，与其他相关研究对比，本文所建立的方法针对生物碱类成分具有宽的线性范围和高的回收率。这得益于MOF-808的高比表面积和丰富孔隙率，一方面可通过物理吸附将其富集，另外开放金属位点Zr4+具有路易斯酸性，能够作为电子受体与具有路易斯碱性质的分子（如生物碱中的氮杂环）发生配位作用，增强MOF-808对生物碱的亲和力。除了物理吸附和化学配位外，MOF-808与生物碱之间还可能存在氢键、疏水作用或电荷相互作用等非共价相互作用。这些相互作用共同促进了生物碱分子在MOF-808中的富集。

图4 MOF-808在黄连基质（10μg·L-1）中的加标回收色谱图

表2 5种生物碱活性成分的加标回收率

图5不同溶剂提取黄连粗提物中生物碱成分

表3所建立的方法与其他报道方法的比较

3、结论

MOFs作为一种新型的纳米材料，在样品前处理及高效富集目标分析物方面展现出巨大的潜力和优势。本研究将优化后的MOF-808前处理技术与HPLC技术相结合，对黄连粗提液中生物碱类活性成分进行了分析。所建立方法的线性范围为0.1～300μg·L-1，检出限为0.02～0.05μg·L-1，相对标准偏差为0.40%～4.7%，加标回收率达到69.7%～128%，实现了中药黄连中生物碱类活性成分的高效、快速富集与捕获。另外，结合DES的协同作用初步探讨了其与MOF-808在提取过程中的协同效应。基于MOFs等纳米材料的样品前处理技术有望为中药活性成分的富集和检测提供更高效、快速的分析方法，结合质谱、光谱等先进分析技术，构建多维度、多层次的分析平台，提升对中药复杂体系的理解深度，为MOFs等纳米材料在活性成分的药效物质基础领域中的应用提供新思路，为中药现代化研究提供技术支持。

基金资助:国家自然科学基金(82304886);山东省自然科学基金(ZR2023QH210);

文章来源:司甜甜,赵薇,王慧,等.锆基金属有机框架捕获黄连中的生物碱类药物活性成分[J].分析测试学报,2025,44(01):188-194.