整理第六届大学生研究性学习和创新性实验计划项目.docx
- 文档编号:6791185
- 上传时间:2023-01-10
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:196.20KB
整理第六届大学生研究性学习和创新性实验计划项目.docx
《整理第六届大学生研究性学习和创新性实验计划项目.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《整理第六届大学生研究性学习和创新性实验计划项目.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
整理第六届大学生研究性学习和创新性实验计划项目
附件7:
第六届大学生研究性学习和创新性实验计划项目
申报表
项目名称
表面可控分子印迹纳米膜高通量分离几种心血管手性药物
项目类别
创新训练项目√创业训练项目□
项目主持人
陈洋
学生所在学院
化学学院
专业班级
11级高分子材料与工程
指导老师
蔡昌群陈小明
填表日期
2013年3月20日
湘潭大学教务处制
填 写 说 明
一、申报书要按要求逐项认真填写,填写内容必须实事求是,表达明确严谨。
空缺项要填“无”。
二、创新训练项目是本科生个人或团队,在导师指导下,自主完成创新性研究项目设计、研究条件准备和项目实施、研究报告撰写、成果(学术)交流等工作。
创业训练项目是本科生团队,在导师指导下,团队中每个学生在项目实施过程中扮演一个或多个具体的角色,通过编制商业计划书、开展可行性研究、模拟企业运行、参加企业实践、撰写创业报告等工作。
三、格式要求:
表格中的字体用小四号仿宋体,1.5倍行距;需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。
均用A4纸双面打印,于左侧装订成册。
四、申报省部级项目如未获批立项,将参与校级项目的遴选。
五、本页不装订。
项目名称:
表面可控分子印迹纳米膜高通量分离几种心血管手性药物
学生姓名
专业名称
性别
学号
陈洋
11高材2
女
2011600408
刘灿
10材化2
女
2010600607
刘正芳
10材化1
女
2010600507
向腾
10材化2
男
2010600627
李娇
11材化2
女
2011601012
指导教师
蔡昌群
陈小明
职称
副教授
教授
学科专业
分析化学
学生曾经参与科研或创业的情况
申报人曾到指导老师课题组参与科学研究实验
指导教师承担科研课题情况
1)核酸与抗代谢类抗癌药物的反应研究及机理探讨(湖南省自然科学基金项目,11JJ6010),2011.1-2013.12,项目负责人,进展良好;
2)基于Fe系纳米探针高灵敏度抗代谢类抗癌药物的体外筛选(湖南省教育厅项目,11C1203),2011.9-2013.12,项目负责人,进展良好;
3)Fe系纳米探针在抗癌药物的体外筛选中的研究与应用(湘潭大学博士启动基金项目,11QDZ38),2011.11-2014.12,项目负责人,进展良好;
4)基于D-A结构的新型低带隙共轭聚合物太阳能电池材料的合成及光伏性能研究(国家自科基金,21004050),2010.1-2013.12,项目骨干,进展良好;
5)酰胺合成反应新方法研究(国家自科基金,20902076),2009.1-2012.12,项目骨干,进展良好;
项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题
研究目的
1)制备表面活性可控的高容量分子印迹纳米膜材料
2)将分子印迹纳米膜材料负载到中空纤维膜上,研究改性后的纳米印迹复合膜的一系列性能,包括复合膜的厚度,稳定性,机械强度,使用寿命等
3)高通量分离心血管类手性药物,实现几种心血管类手性药物分离的规模化。
研究内容
本课题拟采用表面活性可控自由基聚合反应,可控自组装合成具有高容量的心血管类手性药物为模板的分子印迹纳米膜材料。
将分子印迹纳米膜材料负载到中空纤维膜上并组装到自已研制的中空纤维膜的组件上,进行高通量分离心血管类手性药物。
具体内容如下:
(1)以心血管类手性药物单一对映体为模板的高通量分子印迹纳米膜材料的表面可控自组装合成及性能探索。
涉及到高通量分子印迹可控纳米膜的制备和性能规律探索两个方面,通过探索合成条件(主要包括功能单体种类的选择以考察共价型和非共价型分子印迹聚合方式的影响,模板分子和功能单体、交联剂等试剂的用量与配比,反应时间和温度,活性可控自由基聚合相关的试剂选择等)来调控高通量的自组装分子印迹可控纳米膜材料的性能,通过可控分子印迹纳米膜的厚度控制以解决模板分子包埋过深以及难以洗脱等问题,优化实验条件,确定合适的制备方法。
并系统分析制备的高通量纳米膜材料的结构与性能之间的内在联系,总结规律,为制备和设计性能更优的高通量分子印迹纳米膜材料提供理论指导。
(2)负载了高通量的表面可控自组装纳米膜的中空纤维膜性能研究。
将可控自组装合成的具有高容量的心血管类手性药物为模板的分子印迹纳米膜材料负载到中空纤维膜上,结合了分子印迹技术的构效预定性、特异识别性、可控膜的高通量性以及中空纤维膜传质面积大、传质效率高和易于放大的优势等特点。
选择合适的中空纤维膜与合成的高通量纳米膜结合反应,对改性后的中空纤维膜的性能进行研究,具体包括改性前后耐受的压强与温度变化,亲水性能测试,耐试剂的侵蚀性以及使用寿命等,对比几种不同材质中空纤维膜和合成的可控自组装印迹纳米膜材料的结合情况,选择综合条件最佳的中空纤维膜进行试验。
并自主研制中空纤维膜组件,综合考虑中空纤维膜丝与膜组件的密封性以及循环使用的问题。
为心血管类手性药物的分离提供设备支持。
(3)构建心血管类手性药物的规模化拆分技术。
在外消旋体心血管手性药物进入中空纤维膜组件进行规模化拆分之前先进行了液液萃取实验。
筛选出合适的手性配体进行研究。
手性配体凭借与心血管类手性药物不同对映体的作用力的差异性将外消旋体心血管类药物进行了预分离。
当进行了预分离后的手性药物进入中空纤维膜组件后,手性药物其中一种对映体特异性结合于改性的高通量中空纤维膜上的“印迹门”,通过错流过滤实验对外消旋体心血管药物进行渗透性能以及手性拆分性能的研究,实现心血管类手性药物的规模化分离。
拟解决的关键科学问题
1)可控自组装合成具有高容量的心血管类手性药物为模板的表面分子印迹纳米膜材料。
2)建立一个规模化分离心血管类手性药物的新方法,高通量分离心血管手性药物,为几种心血管类手性药物的工业化生产提供技术依据。
国内外研究现状和发展动态
手性药物拆分是当今社会一个重要的热门研究课题[1]。
大量研究和临床实践表明,大部分手性药物对映体在人体内的药理活性、代谢过程及毒性存在显著差异[2]。
通常只有一种药物对映体具有较强的药理活性,另外一种对映体的药效较差或没有药效,甚至具有毒副作用,发生在20世纪60年代的“反应停”事件就充分证实了这点[3]。
最近几年,由于生活环境等的变化,我国心血管疾病的发病率和死亡率持续上升,社会对心血管类药物的需求量越来越大,许多心血管药物都具有一个或多个手性原子,以外消旋体形式给药已给人体健康疾病的治疗带来较大的毒副作用和相应的并发症状[4-6]。
随着对药物手性的进一步研究以及手性分离技术的发展,以单一对映体形式给药已经引起了各方面的高度重视。
美国食品和药品管理局(FDA)于1992年发布的手性药物指导原则已明确规定,凡新上市的外消旋体药物,必须对每个对映体的药理、毒性、药代动力学作出详细的考察和说明,否则不能上市,当对映异构体药效不同时,必须以纯光学异构体的形式进入市场,并且倾向于鼓励以光学纯药物的形式上市。
随后欧盟、日本以及世界其他国家也采取了相关措施,从而大大促进了手性拆分技术的发展,使其成为手性药物发展的重大领域和重要方向。
随后我国的食品药品监督管理局也对手性药物做出了相似的规定[7]。
由此可见,手性药物的研究对人类健康及科学发展都具有深远的现实意义,因此,开发单一异构体药物已成大势所趋。
目前外消旋体的手性拆分在单一手性物质的制备上占有极其重要的地位。
由于以已有的外消旋体药物为基础,开发其单一光学纯药物比开发一个全新的药物的研制周期更短,经费更低,而且毒副作用的降低程度或药效的增强程度是一个全新开发的药物极难做到的。
所以,药物对映体的分离技术发展不仅对新药研发本身,还对其开发成本和研发周期都具有划时代意义,同时,对分子药理学的研究,药物质量控制和药物对映体间的药理毒理学等方面的研究也都具有重要的意义。
但当前的手性药物拆分绝大部分是在实验室进行小规模的拆分[8-10],不易规模化生产。
因此,建立一个相对实用的能大规模分离手性药物的新技术是该领域目前重要的研究方向,对于手性药物的工业化生产具有非常重要的指导意义。
随着手性拆分技术的不断发展,手性药物的分离也体现出越来越重要的地位,对手性药物进行研究对人类健康及科学发展都具有深远的现实意义。
目前,手性药物的拆分方法较多,手性药物的单一对映异构体的获得方法主要有手性源合成法、不对称合成法和外消旋体拆分法三种。
手性源合成法由于其有限的手性原料和步骤繁多的合成路线使最终的产物成本非常高。
不对称合成法它所能得到单一对映体物质的光学纯度及收率有限且产物分离困难,因此在应用上也受到限制。
外消旋体拆分法是在手性拆分剂的作用下将外消旋体的两个对映体分开,得到光学活性产物的方法。
它的优点是操作简便、节约成本、实用性强,这种方法已得到高度的关注。
随着手性分离研究的不断深入,越来越多的医药企业和研究者参与到手性药物的研究。
近年来手性药物对映体分离方法有高效液相色谱、毛细管电泳、气相色谱、超临界流体色谱、制备色谱、模拟移动床色谱以及高速逆流色谱等方法,其中高效液相色谱分离检测方法占主导地位[1],且以手性固定相来进行分离的研究居多。
手性固定相的种类较多[11],如多糖[12]、环糊精[13]、大环抗生素[14]、蛋白质等手性柱用于手性药物的分离,但由于这类手性柱通常只对某一特定结构物质的微量进行拆分,而且价格往往比较昂贵,不宜进行高通量的物质分离。
传统方法所制得的分子印迹聚合物在制备过程中存在某些固有缺陷,导致得到的印迹聚合物颗粒较大,不够均匀。
而且分子印迹聚合物颗粒高度交联导致模板分子包埋过深或过紧而无法洗脱,以致再结合过程模板分子可接近性差、吸附容量低。
为解决上述问题,研究者对这种技术进行了多方面的改进[15-17]。
表面分子印迹纳米膜和中空纤维膜分离的研究引起了人们的关注[18-19]。
通常采用的表面分子印迹技术是在特定载体表面进行修饰制备分子印迹聚合物的一种方法。
表面分子印迹法所制得的分子印迹聚合物的识别位点在载体表面,解决了传统方法中模板分子包埋过深或过紧而无法洗脱下来的问题,且得到的球形颗粒较均匀适合多种操作。
2007年王小如课题组首次报道了表面分子印迹壳核纳米粒子在吸附分析方面的应用[20],通过一系列的实验验证了印迹纳米粒子的优越性和特定吸附功能,获得了突破性的进展。
2009年KarstenHaupt等[21]报道合成水溶性分子印迹聚合物微凝胶作为特异性酶抑制剂,并获得了高效的特异性抑制能力。
2010年李建平等[22]提出基于酶放大的分子印迹薄膜电化学传感器,可以检测到超痕量的氧四环素。
2012年AlessandraM.Bossi等[23]报道应用指纹分子印迹技术合理地合成以特定多肽序列为模板的分子印迹聚合物来识别相应蛋白质。
近期Wulff报道了分子印迹仿生催化剂的设计以及其在过渡态稳定性方面的作用研究[24],进一步拓宽了印迹聚合物使用领域。
分子印迹复合膜是在合适的基膜上交联分子印迹聚合物形成非对称分子印迹膜。
基膜多为中空纤维膜。
由于制备的复合膜既不会影响对模板分子的识别选择性,又有一定的柔韧性,中空纤维膜的改性研究引起了人们的关注。
周杰等以聚偏氟乙烯微孔膜为基膜,制备了3-吲哚乙酸分子印迹膜,制得得印迹膜对3-吲哚乙酸具有良好的选择分离性能和吸附量[25]。
赵长生长期从事聚醚砜材料结构与性能调控的研究,不断对聚醚砜中空纤维膜材料改性与修饰,提高它的生物相容性及抗凝血活性做成高通量的血液透析膜,使其适用于生物医学领域[26-28]。
许振良等研究改性中空纤维膜膜制备与形成机理、凝聚态膜结构的调控、膜热力学与动力学模型、膜表面改性、合金膜、膜表征等,将制备的材料应用于分离工程和废水治理工程[29-30]。
王海辉将中空纤维膜应用于新能源燃料电池的研究[31-33]。
肖长发专注于新型中空纤维膜成形技术及理论研究,制备的高性能聚偏氟乙烯中空纤维膜和弹性功能中空纤维膜逐步解决了膜污染、纤维强度和孔隙的矛盾等难题[34-35]。
相比于其他分离过程,膜技术具有特殊的分离机理、处理量大、过程容易放大或缩小、能耗低、连续操作以及能够和其他过程结合等优点,在医药、食品和化工等行业都己涉及。
本项目将采用自组装方式合成表面可控的高通量的印迹纳米膜,并与中空纤维膜相结合用于心血管类手性药物的规模化拆分,为工业化拆分心血管类手性药物提供技术支持。
研制的分子印迹膜具有高识别性能、制备过程简单、传质阻力小、可连续操作等优点,解决了商用膜如微滤膜、超滤膜、和反渗透膜等无法实现目标物质选择性分离的缺点,克服了传统分子印迹技术包埋过深或过紧及需要研磨、筛分等繁琐制备过程的缺点。
为实现对映异构体连续规模化拆分具有独特的优势。
另外,自制的中空纤维膜组件具有节省膜资源和各种试剂消耗的优势,且膜组件能重复使用,能有效避免浪费,具有环境友好的应用研究。
能为分子印迹技术走向规模化和商业化奠定了良好的基础,为手性药物的工业化生产提供技术依据。
由于目前手性药物拆分绝大部分是在实验室进行小规模的少量拆分,不易规模化生产。
因此,建立一个相对实用的能规模化分离手性药物的新技术是该领域目前重要的研究方向,对于手性药物的工业化生产具有非常重要的指导意义。
本课题拟以二氧化硅纳米材料为基质,表面活性可控自由基聚合的分子印迹技术为基础,可控自组装合成具有高容量的心血管类手性药物对映体为模板的分子印迹纳米膜材料。
将分子印迹纳米膜材料负载到中空纤维膜上以获得高通量的改性中空纤维膜,以SEM等表征其形貌,对其改性前后的膜性能进行一系列对比测试。
在此基础上,利用中空纤维膜传质面积大、传质效率高和易于放大的优势将自主研制的中空纤维膜组件与改性的中空纤维膜材料结合用于心血管类手性药物的拆分,进一步实现手性药物分离的规模化,为心血管类手性药物的工业化生产打下基础。
参考文献
[1]WardTJ,WardKD.ChiralSeparations:
AReviewofCurrentTopicsandTrends[J].AnalChem,2012,84
(2):
626-635.
[2]HorvathJD,KoritnikA,KamakotiP,etal.EnantioselectiveSeparationonaNaturallyChiralSurface[J].JAmChemSoc,2004,126(45):
14988-14994.
[3]ShumWP,ChenJ,CannarsaMJ.Synthesisandenantiomericpuritydeterminationofchiral3-benzylglycidol,akeysynthonforhivproteaseinhibitors[J].Chirality,1994,6(8):
681-684.
[4]SetoguchiS,GlynnRJ,AvornJ,etal.ImprovementsinLong-TermMortalityAfterMyocardialInfarctionandIncreasedUseofCardiovascularDrugsAfterDischargeA10-YearTrendAnalysis[J].JAmCollCardiol,2008,51(13):
1247-1254.
[5]KaurJ,BhardwajA,HuangZ,etal.SynthesisandBiologicalInvestigationsofNitricOxideReleasingNateglinideandMeglitinideTypeIIAntidiabeticProdrugs:
In-VivoAntihyperglycemicActivitiesandBloodPressureLoweringStudies[J].JMedChem,2012,55(17):
7883-7891.
[6]StampflA,MaierM,RadykewiczR,etal.LangendorffHeart:
AModelSystemToStudyCardiovascularEffectsofEngineeredNanoparticles[J].ACSNano,2011,5(7):
5345-5353.
[7]尤启东,林国强.手性药物-研究与应用[J].北京:
化学工业出版社,2003,7.
[8]XieSM,ZhangZJ,YuanLM,etal.ChiralMetal–OrganicFrameworksforHigh-ResolutionGasChromatographicSeparations[J].JAmChemSoc,2011,133(31):
11892-11895.
[9]PaikP,GedankenA,MastaiY.EnantioselectiveSeparationUsingChiralMesoporousSphericalSilicaPreparedbyTemplatingofChiralBlockCopolymers[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2009,1(8):
1834-1842.
[10]ZhangX,XiaT,ChenJ,etal.DirectChiralResolutionofMetalaxylandMetaboliteMetalaxylAcidinAgedMobilePhases:
TheRoleofTraceWater[J].JAgricFoodChem,2010,58(8):
5004-5010.
[11]YuanLM.Effectofmobilephaseadditiveonchiralseparation[J].SepPurifTechnol,2008,63(3):
701-705.
[12]ZhangA,XieX,LiuW.EnantioselectiveSeparationandPhytotoxicityonRiceSeedlingsofPaclobutrazol[J].JAgricFoodChem,2011,59(8):
4300-4305.
[13]ZhangC,HuangWX,ChenZ,etal.Separationofchiralprimaryaminocompoundsbyformingasandwichedcomplexinreversed-phasehighperformanceliquidchromatography[J].JChromatogrA,2010,1217(30):
4965–4970.
[14]RaoaRN,KumaraKN,RamakrishnaS.Enantiomericseparationofmirtazapineanditsmetaboliteinratplasmabyreversepolarionicliquidchromatographyusingfluorescenceandpolarimetricdetectorsconnectedinseries[J].JChromatogrB,2011,879(21):
1911–1916.
[15]YoshikawaM,MurakoshiK,KogitaT,etal.Chiralseparationmembranesfrommodifiedpolysulfonehavingmyrtenal-derivedterpenoidsidegroups[J].EurPolymJ,2006,42(10):
2532-2539.
[16]ChangN,GuZY,YanXP.ZeoliticImidazolateFramework-8NanocrystalCoatedCapillaryforMolecularSievingofBranchedAlkanesfromLinearAlkanesalongwithHigh-ResolutionChromatographicSeparationofLinearAlkanes[J].JAmChemSoc,2010,132(39):
13645-13647.
[17]LuCH,ZhouWH,HanB,etal.Surface-ImprintedCore−ShellNanoparticlesforSorbentAssays[J].AnalChem,2007,79(14):
5457-5461.
[18]HeM,SongC,YanY,etal.Synthesisandrecognitionofmolecularlyimprintedpolymersforgastrodinbasedonsurface-modifiedsilicananoparticles[J].JApplPolymSci,2011,121(4):
2354-2360.
[19]YangH-H,ZhangS-Q,TanF,etal.SurfaceMolecularlyImprintedNanowiresforBiorecognition[J].JAmChemSoc,2005,127(5):
1378-1379.
[20]WangHJ,ZhouWH,YinXF,etal.TemplateSynthesizedMolecularlyImprintedPolymerNanotubeMembranesforChemicalSeparations[J].JAmChemSoc,2006,128(50):
15954-15955.
[21]CutivetA,SchembriC,KovenskyJ,etal.MolecularlyImprintedMicrogelsasEnzymeInhibitors[J].JAmChemSoc,2009,131(41):
14699-14702.
[22]LiJ,JiangF,WeiX.MolecularlyImprintedSensorBasedonanEnzymeAmplifierforUltratraceOxytetracyclineDetermination[J].AnalChem,2010,82(14):
6074-6078.
[23]BossiAM,SharmaPS,MontanaL,etal.Fingerprint-ImprintedPolymer:
RationalSelectionofPeptideEpitopeTemplatesfortheDeterminationofProteinsbyMolecularlyImpri
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 整理 第六 大学生 研究性学习 创新 实验 计划 项目