基于聚合物深共晶溶剂的复合纳米颗粒,经羧甲基-β-环糊精修饰后,可作为毛细管电泳中手性分离的手性选择剂

时间:2026年2月18日
来源:Microchemical Journal

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聚物深共晶溶剂(PDES)首次应用于毛细管电泳(CE)异构体分离,通过PDDA与D-木糖醇/甘油复合形成带电纳米颗粒,增强手性选择剂CM-β-CD的局部浓度,显著提高五类 racemic药物分离度及峰形,并证实纳米复合材料的协同效应。

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作者:纪顺丽、徐金秋、沈红、马晓菲
单位:中国江苏省南通市南通大学附属医院药学系与肿瘤科,邮编226001

摘要

本研究首次将聚合物深共晶溶剂(PDES)应用于毛细管电泳(CE)中的对映体分离。我们使用聚二烯基二甲基氯化铵(PDDA)作为氢键受体,以及两种多羟基化合物作为氢键供体,制备了两种类型的PDES。由于PDES具有稳定的正电荷,它可以吸附缓冲溶液中的负电荷手性选择剂(羧甲基-β-环糊精,CM-β-CD),并自组装形成复合纳米颗粒。我们通过核磁共振、红外光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、粒径分析及丁达尔效应对PDES和复合纳米颗粒进行了表征。这些纳米颗粒为手性分离提供了良好的平台。我们优化了多个关键分离参数,成功分离了五种手性药物。结果表明,与单独使用CM-β-CD的系统相比,复合纳米颗粒系统中的分离效果显著提高。此外,我们还利用核磁共振方法研究了相关的手性识别机制。所提出的复合纳米颗粒结构简单、易于制备,并具有优异的分离性能。这项研究不仅扩展了PDES在CE中对映体分离中的应用范围,还丰富了手性功能化纳米材料的种类,为新型手性识别材料的发展迈出了重要一步。

引言

许多生物活性分子都是手性化合物,至少存在两种对映异构体,它们的药理活性往往存在显著差异[1]。在各种手性分离方法中,毛细管电泳(CE)因其分离效率高、样品消耗量低、灵活性强以及环保性而越来越受到青睐[2]、[3]。
在CE中,手性分离的基本策略是创造一个手性环境,最简单且应用最广泛的方法是将手性选择剂直接加入缓冲溶液中[4]。然而,这种方法高度依赖于手性选择剂的对映选择性,且其消耗量相对较高。尽管已经开发出了多种类型的手性选择剂,包括环糊精及其衍生物[5]、[6]、糖类[7]、[8]、蛋白质[9]、抗生素[10]、[11]、[12]、冠醚[13]和金属离子配合物[14]、[15],但仍无法完全满足日益增长的手性分离需求。羧甲基-β-环糊精(CM-β-CD)是一种优秀的手性选择剂,具有良好的水溶性、低紫外吸收、强对映选择性和适中价格,因此在CE手性分离中得到广泛应用。然而,在某些情况下,单独使用CM-β-CD并不能获得满意的分离效果。研究人员尝试了多种方法来提高系统的对映选择性,如使用双重选择剂[16]、离子液体[17]、深共晶溶剂(DESs)[18]、涂层柱[19]、整体柱[20]等。
深共晶溶剂(DESs)是通过在特定温度下按适当比例混合两种或更多成分形成的低熔点液体。这些成分通常包括氢键供体(HBDs)和氢键受体(HBAs)[22]。作为一种新兴的绿色溶剂,DESs因其独特的物理化学性质(如低熔点、可调性、高溶解性和环保性)而在CE手性分离中展现出广阔的应用前景。DESs可以影响缓冲液的粘度、极性和离子强度,以及手性选择剂与对映异构体之间的配位作用[23]。此外,DESs还具有一些离子液体的特性,例如改变电渗流、抑制对映异构体在毛细管壁上的吸附以及改善峰形[24]。目前,DESs对手性分离的增强效果已经得到了充分验证。然而,迄今为止报道的DESs主要是传统的小分子DESs[25]、[26],而关于聚合物DESs(PDESs)在CE中对映体分离中的应用研究尚未开展。
PDESs是一种新型DESs,其HBA或HBD中含有可聚合单元。由于聚合物材料具有良好的耐久性、强稳定性和高机械强度等优势,逐渐引起了研究人员的关注,PDESs也不例外[27]、[28]。带正电的PDESs可以通过静电相互作用吸附带负电的CM-β-CD,从而形成复合纳米颗粒(CM-β-CD@PDES)。这些纳米颗粒为手性选择剂与对映异构体之间的相互作用提供了理想平台。此外,由于PDES的吸附作用,CM-β-CD的局部浓度增加,不仅提高了对映选择性,还减少了手性选择剂的用量。我们的先前研究已经证实了这一现象[29]、[30]。无论是通过纳米胶束的自组装[29]还是碳纳米管的物理吸附[30],都可以提高相应手性选择剂的局部浓度,从而改善分离效果并减少试剂消耗。因此,我们提出使用由CM-β-CD改性的PDESs形成的复合纳米颗粒作为手性选择剂,这具有多种优势。
在本研究中,我们使用聚二烯基二甲基氯化铵(PDDA)作为HBA,D-木糖醇和甘油分别作为HBDs,制备了两种PDES。PDDA具有无毒、水溶性好、电荷传递稳定和凝聚力强的优点。这些材料进一步被用作CE中的手性选择剂,用于分离五种外消旋药物。我们还详细讨论了分离效果提升的潜在机制。本研究旨在扩展DESs和纳米颗粒在CE中对映体分离中的应用,并进一步开发新型手性识别材料。

化学试剂与材料

PDDA(20% m/v溶于H2O;分子量100,000–200,000;密度1.09 g/mL)、氯化胆碱(ChCl)和米塔扎平(MIR,pKa 8.10)购自Macklin Biochemical Co., Ltd.(中国上海)。D-木糖醇(XOL)、甘油(GOL)、CM-β-CD(平均取代度=5.6)、磷酸二氢钠(NaH2PO4)、马来酸苯海拉明(PHE,pKa 9.32)购自Bide Pharmatech Ltd.(中国上海)。盐酸普卡特罗尔(PCT,pKa 8.9)购自Heowns Biochemical Technology Co.

PDESs和CM-β-CD@PDES的表征

与常见DESs的合成方法类似,PDESs的HBA和HBD之间没有发生化学反应;它们的相互作用主要依赖于氢键、范德华力及其他作用力。图1展示了这两种PDES及其组分的1H NMR谱图,我们已对相应的质子信号进行了标注。结果表明,在形成PDES前后,相应质子的化学位移没有显著变化。

结论

本研究首次合成了基于PDES和CM-β-CD的新复合纳米颗粒,并对其进行了表征。这些纳米颗粒在缓冲溶液中通过正电荷PDES与负电荷CM-β-CD之间的静电吸引作用自组装。因此,这些纳米颗粒同时充当了手性选择剂和伪固定相的角色。与单独使用CM-β-CD的系统相比,复合纳米颗粒系统中的模型药物分离效果有所提升

作者贡献声明

纪顺丽:撰写初稿、方法设计、实验实施、数据整理。徐金秋:软件开发、方法设计、数据分析、数据整理。沈红:方法设计、资金申请。马晓菲:撰写与编辑、实验监督、数据整理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了江苏省研究医院(编号:YJXYY202204-YSB66、YJXYY202204-2-YSB39)、江苏省药学会“耀研新声”药物研究项目(编号:202564063)和南通市药学会“扬子江”药物研究项目(编号:ntyxky2507)的资助。

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