[01296293]脱除中药中重金属的仿生材料的设计、合成及作用机理研究

本课题来源于国家自然科学基金项目。 重金属含量超标是中草药研发和产业化过程中急待解决的问题,是影响中草药进入国际市场的主要障碍。本课题利用生物对重金属元素的敏感性（即“中毒”机制）和自发产生“抗体”的特性（“抑毒”机制）,在研究相关离子或基团选择性固着重金属的构效关系的基础上,开发适用于脱除中药中微量有害重金属元素的仿生材料。首先以含重金属（铅、镉、铬、汞或砷）离子的水溶液培养植物（使其根/茎部富集重金属）,通过分析对比有/无重金属环境下培养的植物根/茎部元素及其含量变化,研究重金属在植物中的存在状态,推测可能对固着重金属起关键作用的离子或官能团,并通过模拟植物沉降/吸附重金属实验进行验证,初步确定了植物固着/富集上述五种有害重金属的主要物种及其辅助物种。同时,在接近人体生理条件下,化学合成了仿骨盐-羟基磷灰石及其在人体骨质结构中可能存在的取代磷灰石,探讨了它们对重金属离子的固着作用机理,进一步确定了能够固着重金属的关键成分。此外,选用带有氨基,羟基,烷基,巯基等的小分子与聚天冬酰胺反应,设计合成了带有不同官能团侧链的类蛋白质,研究了不同官能团对重金属离子的吸附作用规律,确定了能够固着重金属的关键蛋白质结构。之后,将优化的类蛋白质与壳聚糖、无机盐、表面活性物质等进行化学键合或自组装,制备了仿细胞壁/膜结构或骨质结构的仿生材料,进一步考察仿生材料中多种离子和官能团的共存对重金属固着/吸附协同作用或相互影响。基于上述构效关系的研究结果,筛选或合成富含可强力固着重金属的关键/辅助离子或官能团的材料,考察了它们对不同种类中药-甘草（羧酸型）、麻黄（生物碱型）、黄莲（离子型）中药效成分的相互作用规律,掌握了这些关键/辅助离子或官能团与重金属/药效成分间的作用差异。以此为依据,针对不同种类的中药及所含重金属类型,通过调整材料组成,既保留了药效成分,又有效地脱除了中药中微量重金属。 所制备材料脱除重金属的效果明显优于目前脱除重金属离子的常用材料。由于“对症下药”,大大减少了试剂或材料的用量,降低了成本,并减少了废弃物总量。材料和制备工艺符合绿色化工的要求。 本成果研究思路新颖,研究内容充实,研究手段独特,研究工作系统,研究成果理论与实用兼备。本研究成果更可应用于环保领域,指导科学、经济、高效地脱除水体中的重金属。保护水源,保护耕地,促进经济、社会与环境可持续协调发展,具有突出社会效益。为企业的可持续发展“保驾护航”,亦间接产生经济效益。