基于微流控-紫外聚合策略精准构筑青蒿素分子印迹微球-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

近期，山东理工大学左村村副教授团队提出一种将微通道辅助流动合成与紫外引发聚合相结合的创新策略，用于制备高性能的青蒿素（Ars）分子印迹聚合物（MIP）微球，旨在解决青蒿素在天然产物提取中效率低、杂质多以及传统印迹材料制备复杂等挑战。相关研究以“Precision-engineered artemisinin-imprinted microspheres via microfluidic-UV polymerization for enhanced separation through hydrogen-bonding and structural synergy”为题目，发表于期刊《Separation and Purification Technology》。

本文要点：

1. 研究背景与核心痛点

青蒿素提取难题：青蒿素是治疗疟疾的关键药物，但在天然黄花蒿中的含量仅约7%，且其过氧桥结构热稳定性差。传统的色谱法、重结晶或溶剂萃取法过程冗长、污染重且效率有限。
传统 MIP 的局限：本体聚合（Bulk polymerization）制备的材料需经过破碎筛选，会导致印迹位点破坏及形状不规则；而乳液聚合等方法则存在溶剂极性干扰和粒径分布广等问题。

2. 创新制备工艺：微流控-UV 聚合

研究采用了一种同轴共流（Coaxial co-flow）微流控装置结合快速 UV 聚合：

液滴控制：通过精确调节连续相（二甲基硅油）的流速和粘度，将预聚合液剪切成高度均一的微液滴。
原位固化：微液滴流动过程中经 UV 照射，在极短时间内完成交联固化，避免了长时间热聚合可能导致的组分失活或粒径不均。
粒径微调：成功将微球直径从 650 μm 精确控制缩小至 320 μm。

3. 多维度性能优化

研究通过调整化学组成实现了对微球性能的“定制化”：

粒径效应：研究发现，当微球直径减小约一半时，其吸附容量提升了 65%，这是因为更小的粒径提供了更大的比表面积，使更多的印迹位点暴露在表面。
孔径调节：使用甲醇作为致孔剂。增加致孔剂比例可显著提升微球内部的介孔容积和孔径，使吸附能力提升约 62%。
交联度权衡：

高交联度（如 20:1）：微球结构刚性强，虽然吸附容量略有下降，但选择性因子显著提升至46，能更精准地识别青蒿素并排除类似物。
低交联度（如 8:1）：虽然吸附量大，但由于溶胀率高（达 33%），印迹腔体易变形，导致特异性识别能力下降。

4. 吸附性能与稳定性

高效吸附：优化后的 MIP 微球最大平衡吸附容量达到 8 mg/g。
快速平衡：得益于微球的介孔结构，吸附在 40 分钟内即可达到平衡，符合准二级动力学模型。
高选择性：对青蒿素的敏感度远高于其结构类似物（如蒿甲醚、双氢青蒿素），选择性因子是无印迹材料的 73 倍。
重复利用：经过 8 次洗脱-再吸附循环后，材料仍能保持 94%的吸附效率，显示出极佳的稳定性。

5. 机制阐明与分子模拟

分子间作用：通过红外光谱（FT-IR）和 X 射线光子能谱（XPS）等表征，证实了青蒿素与功能单体（丙烯酰胺）之间形成了强烈的分子间氢键。
理论验证：利用 Materials Studio 进行分子模拟，计算得出吸附能约为 -47.42 kJ/mol，证明该吸附过程是自发的。模拟结果与实验数据高度吻合，明确了青蒿素的过氧桥及羰基与聚合物中的酰胺基团是主要的氢键结合位点。

总结

该研究不仅成功制备出了一种高性能的青蒿素分离材料，更重要的是建立了一个可扩展的流动化学平台。这种结合微流控尺寸控制与分子印迹技术的方法，为天然产物中生物活性成分的高效、精准提取提供了一种简单且环保的新途径。

这种青蒿素分子印迹聚合物（MIP）微球的制备过程主要分为分散相配制、微流控液滴生成、紫外聚合固化以及模板洗脱四个关键步骤。具体制备流程如下：

1. 分散相（预聚合液）的配制

组分混合：将17 g 青蒿素（模板分子）和 0.17 g 丙烯酰胺（功能单体）溶解在 1.25 g 甲醇中。甲醇在此既是溶剂，也是调节微球孔结构的致孔剂。
添加助剂：加入05 g 光引发剂（2-羟基-2-甲基苯丙酮）和 2.5 g 交联剂（乙二醇二甲基丙烯酸酯），充分混合。
预聚合处理：混合物经超声处理（120 W，30分钟）后，在 4 °C 下避光冷藏预聚合 6 小时以上，形成稳定的分散相。
除氧：在使用前，用高纯氮气通气 1 小时，以去除溶解氧，防止其干扰聚合反应。

2. 微流控液滴生成

装置使用：采用同轴共流（Coaxial co-flow）型微流控装置。
相流操作：

分散相：上述配制好的预聚合液。
连续相：粘度为 10 cst 的二甲基硅油。

液滴剪切：通过注射泵调节两相流速。连续相在流经微通道时对分散相施加剪切应力，将其破碎成高度均匀、稳定的单分散微液滴。研究人员通过调节流速比和粘度，将液滴（即未来的微球）直径精确控制在 320 μm 至 650 μm 之间。

3. 紫外（UV）聚合固化

在线聚合：生成的微液滴随硅油进入一段延伸管线，期间接受 UV 灯照射。
固化成球：在光引发剂的作用下，液滴在流动过程中迅速发生自由基聚合反应，交联固化成为固体微球。

4. 后处理与模板洗脱

清洗：收集到的微球先用乙醇和破乳剂反复冲洗以去除残留硅油，最后用去离子水冲洗干净。
模板分子洗脱：使用体积比为 9:1 的甲醇-乙酸混合液作为洗脱剂，在索氏提取器中进行洗脱，直到检测不到青蒿素为止。这一步会移除微球中嵌入的模板，从而留下与青蒿素在形状、结构和功能基团上完全匹配的定制化识别位点（印迹腔体）。
干燥：最后用纯甲醇除去残余乙酸，并在 50 °C 下真空干燥 12 小时，获得最终的 MIP 微球。

此外，为了进行对比，研究人员还会采用完全相同的方法（但不添加青蒿素模板）制备无印迹聚合物（NIP）微球。