RESEARCH ARTICLE

Surface molecularly imprinted polymers for solid-phase extraction of (--)-epigallocatechin gallate from toothpaste

  • Yunling Gao ,
  • Ying Hu ,
  • Kejian Yao
Expand
  • State Key Laboratory Breeding Base of Green Chemistry Synthesis Technology, College of Chemical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310032, China

Received date: 11 Apr 2015

Accepted date: 16 Jun 2015

Published date: 26 Nov 2015

Copyright

2014 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Abstract

Surface molecularly imprinted polymers (SMIPs) have been synthesized to selectively determine (−)-epigallocatechin gallate in aqueous media. SMIPs were prepared using a surface grafting copolymerization method on a functionalized silica gel modified with β-cyclodextrin and vinyl groups. The morphology and composition of the SMIPs were investigated by scanning electron microscopy, Fourier transform-infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis. In addition, the molecular binding capacity, recognition properties and selectivity of the SMIPs were evaluated. The imprinted polymers were found to have a highly specific recognition and binding capacity for (−)-epigallocatechin gallate in aqueous media which is the result of the hydrophobic properties of the β-cyclodextrin and the hydrogen-bonding interactions of methacrylic acid. The SMIPs were successfully employed as solid-phase extraction adsorbents prior to the HPLC determination of (−)-epigallocatechin gallate in toothpaste. The HPLC analysis had a linear dynamic range of 0.5–50.0 µg⋅mL−1 with a correlation coefficient of 0.9998 and the recoveries ranged from 89.4% to 97.0% with relative standard deviations less than 4.8%. The limit of detection and limit of quantification were 0.17 and 0.33 µg⋅mL−1, respectively. The method provides a promising approach for the preparation of selective materials for the purification and determination of complex samples.

Cite this article

Yunling Gao , Ying Hu , Kejian Yao . Surface molecularly imprinted polymers for solid-phase extraction of (--)-epigallocatechin gallate from toothpaste[J]. Frontiers of Chemical Science and Engineering, 2015 , 9(4) : 467 -478 . DOI: 10.1007/s11705-015-1526-2

Acknowledgments

This work was supported by Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China (Grant No. LY12B07010) and National Natural Science Foundation of China (Grant No.20807037).
ƒSupplementary material is available in the online version of this article at http://dx.doi.org/10.1007/s11705-015-1526-2 and is accessible for authorized users.
1
Sang S, Lambert J D, Ho C T, Yang C S. The chemistry and biotransformation of tea constituents. Pharmacological Research, 2011, 64(2): 87–99

2
Azman N A, Peiro S, Fajari L, Julia L, Almajano M P. Radical scavenging of white tea and its flavonoid constituents by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(25): 5743–5748

3
Panza V S, Wazlawik E, Ricardo Schutz G, Comin L, Hecht K C, da Silva E L. Consumption of green tea favorably affects oxidative stress markers in weight-trained men. Nutrition (Burbank, Los Angeles County, Calif.), 2008, 24(5): 433–442

4
Marchese A, Coppo E, Sobolev A P, Rossi D, Mannina L, Daglia M. Influence of in vitro simulated gastroduodenal digestion on the antibacterial activity, metabolic profiling and polyphenols content of green tea (Camellia sinensis). Food Research International, 2014, 63: 182–191

5
Lambert J D, Sang S, Hong J, Yang C S. Anticancer and anti-inflammatory effects of cysteine metabolites of the green tea polyphenol, (−)-epigallocatechin-3-gallate. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010, 58(18): 10016–10019

6
Khan N, Mukhtar H. Multitargeted therapy of cancer by green tea polyphenols. Cancer Letters, 2008, 269(2): 269–280

7
Ananingsih V K, Sharma A, Zhou W. Green tea catechins during food processing and storage: A review on stability and detection. Food Research International, 2013, 50(2): 469–479

8
Subrahmanyam S, Piletsky S A, Piletska E V, Chen B, Karim K, Turner A P F. ‘Bite-and-Switch’ approach using computationally designed molecularly imprinted polymers for sensing of creatinine. Biosensors & Bioelectronics, 2001, 16(9-12): 631–637

9
Farrington K, Magner E, Regan F. Predicting the performance of molecularly imprinted polymers: Selective extraction of caffeine by molecularly imprinted solid phase extraction. Analytica Chimica Acta, 2006, 566(1): 60–68

10
Euterpio M A, Pagano I, Piccinelli A L, Rastrelli L, Crescenzi C. Development and validation of a method for the determination of (E)-resveratrol and related phenolic compounds in beverages using molecularly imprinted solid phase extraction. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2013, 61(8): 1640–1645

11
Appell M, Jackson M A, Wang L C, Ho C H, Mueller A. Determination of fusaric acid in maize using molecularly imprinted SPE clean-up. Journal of Separation Science, 2014, 37(3): 281–286

12
Yola M L, Atar N, Eren T. Determination of amikacin in human plasma by molecular imprinted SPR nanosensor. Sensors and Actuators. B, Chemical, 2014, 198: 70–76

13
Zhou J, Gan N, Li T, Hu F, Li X, Wang L, Zheng L. A cost-effective sandwich electrochemiluminescence immunosensor for ultrasensitive detection of HIV-1 antibody using magnetic molecularly imprinted polymers as capture probes. Biosensors & Bioelectronics, 2014, 54: 199–206

14
Xu S, Guo C, Li Y, Yu Z, Wei C, Tang Y. Methyl parathion imprinted polymer nanoshell coated on the magnetic nanocore for selective recognition and fast adsorption and separation in soils. Journal of Hazardous Materials, 2014, 264: 34–41

15
Sadowski R, Gadzala-Kopciuch R. Isolation and determination of estrogens in water samples by solid-phase extraction using molecularly imprinted polymers and HPLC. Journal of Separation Science, 2013, 36(14): 2299–2305

16
Cheong W J, Yang S H, Ali F. Molecular imprinted polymers for separation science: A review of reviews. Journal of Separation Science, 2013, 36(3): 609–628

17
Chen L, Xu S, Li J. Recent advances in molecular imprinting technology: Current status, challenges and highlighted applications. Chemical Society Reviews, 2011, 40(5): 2922–2942

18
Yue C Y, Ding G S, Liu F J, Tang A N. Water-compatible surface molecularly imprinted silica nanoparticles as pseudostationary phase in electrokinetic chromatography for the enantioseparation of tryptophan. Journal of Chromatography. A, 2013, 1311: 176–182

19
Mehdinia A, Baradaran Kayyal T, Jabbari A, Aziz-Zanjani M O, Ziaei E. Magnetic molecularly imprinted nanoparticles based on grafting polymerization for selective detection of 4-nitrophenol in aqueous samples. Journal of Chromatography. A, 2013, 1283:  82–88

20
Fang G Z, Tan J, Yan X P. An ion-imprinted functionalized silica gel sorbent prepared by a surface imprinting technique combined with a sol-gel process for selective solid-phase extraction of cadmium(II). Analytical Chemistry, 2005, 77(6): 1734–1739

21
Qin L, He X W, Zhang W, Li W Y, Zhang Y K. Surface-modified polystyrene beads as photografting imprinted polymer matrix for chromatographic separation of proteins. Journal of Chromatography. A, 2009, 1216(5): 807–814

22
Jeon H, Kim G. Effects of a cell-imprinted poly(dimethylsiloxane) surface on the cellular activities of MG63 osteoblast-like cells: Preparation of a patterned surface, surface characterization, and bone mineralization. Langmuir, 2012, 28(37): 13423–13430

23
Cumbo A, Lorber B, Corvini P F, Meier W, Shahgaldian P. A synthetic nanomaterial for virus recognition produced by surface imprinting. Nature Communications, 2013, 4: 1503

24
Qin L, He X W, Li W Y, Zhang Y K. Molecularly imprinted polymer prepared with bonded beta-cyclodextrin and acrylamide on functionalized silica gel for selective recognition of tryptophan in aqueous media. Journal of Chromatography. A, 2008, 1187(1-2): 94–102

25
Zhang W, Qin L, He X W, Li W Y, Zhang Y K. Novel surface modified molecularly imprinted polymer using acryloyl-beta-cyclodextrin and acrylamide as monomers for selective recognition of lysozyme in aqueous solution. Journal of Chromatography. A, 2009, 1216(21): 4560–4567

26
Ma Y, Pan G, Zhang Y, Guo X, Zhang H. Narrowly dispersed hydrophilic molecularly imprinted polymer nanoparticles for efficient molecular recognition in real aqueous samples including river water, milk, and bovine serum. Angewandte Chemie International Edition, 2013, 52(5): 1511–1514

27
Pan G, Zhang Y, Ma Y, Li C, Zhang H. Efficient one-pot synthesis of water-compatible molecularly imprinted polymer microspheres by facile RAFT precipitation polymerization. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(49): 11731–11734

28
Zhang H. Water-compatible molecularly imprinted polymers: Promising synthetic substitutes for biological receptors. Polymer, 2014, 55(3): 699–714

29
Zhang Y, Li Y, Hu Y, Li G, Chen Y. Preparation of magnetic indole-3-acetic acid imprinted polymer beads with 4-vinylpyridine and beta-cyclodextrin as binary monomer via microwave heating initiated polymerization and their application to trace analysis of auxins in plant tissues. Journal of Chromatography. A, 2010, 1217(47): 7337–7344

30
Kyzas G Z, Lazaridis N K, Bikiaris D N. Optimization of chitosan and beta-cyclodextrin molecularly imprinted polymer synthesis for dye adsorption. Carbohydrate Polymers, 2013, 91(1): 198–208

31
Tsai H A, Syu M J. Synthesis of creatinine-imprinted poly(beta-cyclodextrin) for the specific binding of creatinine. Biomaterials, 2005, 26(15): 2759–2766

32
Xu Z, Xu L, Kuang D, Zhang F, Wang J. Exploiting β-cyclodextrin as functional monomer in molecular imprinting for achieving recognition in aqueous media. Materials Science and Engineering C, 2008, 28(8): 1516–1521

DOI

33
Lai S M, Gu J Y, Huang B H, Chang C M, Lee W Y. Preparative separation and purification of epigallocatechin gallate from green tea extracts using a silica adsorbent containing β-cyclodextrin. Journal of Chromatography. B, Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences, 2012, 887-888: 112–121

34
Osawa T, Shirasaka K, Matsui T, Yoshihara S, Akiyama T, Hishiya T, Asanuma H, Komiyama M. Importance of the position of vinyl group on β-cyclodextrin for the effective imprinting of amino acid derivatives and oligopeptides in water. Macromolecules, 2006, 39(7): 2460–2466

35
Zhang Z, Yang X, Zhang H, Zhang M, Luo L, Hu Y, Yao S. Novel molecularly imprinted polymers based on multi-walled carbon nanotubes with binary functional monomer for the solid-phase extraction of erythromycin from chicken muscle. Journal of Chromatography. B, Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences, 2011, 879(19): 1617–1624

36
Feng Y Q, Xie M J, Da S L. Preparation and characterization of an L-tyrosine-derivatized β-cyclodextrin-bonded silica stationary phase for liquid chromatography. Analytica Chimica Acta, 2000, 403(1-2): 187–195

37
Pan J, Zou X, Wang X, Guan W, Yan Y, Han J. Selective recognition of 2,4-dichlorophenol from aqueous solution by uniformly sized molecularly imprinted microspheres with β-cyclodextrin/attapulgite composites as support. Chemical Engineering Journal, 2010, 162(3): 910–918

38
Folch-Cano C, Guerrero J, Speisky H, Jullian C, Olea-Azar C. NMR and molecular fluorescence spectroscopic study of the structure and thermodynamic parameters of EGCG/β-cyclodextrin inclusion complexes with potential antioxidant activity. Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry, 2013, 78(1-4): 287–298

39
Ishizu T, Kajitani S, Tsutsumi H, Yamamoto H, Harano K. Diastereomeric difference of inclusion modes between (−)-epicatechin gallate, (−)-epigallocatechin gallate and (+)-gallocatechin gallate, with beta-cyclodextrin in aqueous solvent. Magnetic Resonance in Chemistry, 2008, 46(5): 448–456

40
Matsui J, Miyoshi Y, Doblhoff-Dier O, Takeuchi T. A molecularly imprinted synthetic polymer receptor selective for atrazine. Analytical Chemistry, 1995, 67(23): 4404–4408

41
Arts I C W, Putte B V D, Hollman P C H. Catechin contents of foods commonly consumed in the Netherlands. 2. Tea, wine, fruit juices, and chocolate milk. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2000, 48(5): 1752–1757

42
Khokhar S, Magnusdottir S G M. Total phenol, catechin, and caffeine contents of teas commonly consumed in the United Kingdom. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2002, 50(3): 565–570

43
Wang N J, Zhou L L, Guo J, Ye Q Q, Lin J M, Yuan J Y. Adsorption of environmental pollutants using magnetic hybrid nanopaticles modified with β-cyclodextrin. Applied Surface Science, 2014, 305: 267–273

44
Wang X Y, Kang Q, Shen D Z, Zhang Z, Li J H, Chen L X. Novel monodisperse molecularly imprinted shell for estradiol based on surface imprinted hollow viny-SiO2 particles. Talanta, 2014, 124:  7–13

45
Liu H M, Liu C H, Yang X J, Zeng S J, Xiong Y Q, Xu W J. Uniformly sized β-cyclodextrin molecularly imprinted microspheres prepared by a novel surface imprinting technique for ursolic acid. Analytica Chimica Acta, 2008, 628(1): 87–94

46
Gong X Y, Cao X J. Preparation of molecularly imprinted polymers for artemisinin based on the surfaces of silica gel. Journal of Biotechnology, 2011, 153(1-2): 8–14

47
Tan I A, Ahmad A L, Hameed B H. Adsorption isotherms, kinetics, thermodynamics and desorption studies of 2,4,6-trichlorophenol on oil palm empty fruit bunch-based activated carbon. Journal of Hazardous Materials, 2009, 164(2-3): 473–482

48
Baydemir G, Andac M, Bereli N, Say R, Denizli A. Selective removal of bilirubin from human plasma with bilirubin-imprinted particles. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2007, 46(9): 2843–2852

49
Lopez Mdel M, Perez M C, Garcia M S, Vilarino J M, Rodriguez M V, Losada L F. Preparation, evaluation and characterization of quercetin-molecularly imprinted polymer for preconcentration and clean-up of catechins. Analytica Chimica Acta, 2012, 721: 68–78

50
Ji W, Chen L, Ma X, Wang X, Gao Q, Geng Y, Huang L. Molecularly imprinted polymers with novel functional monomer for selective solid-phase extraction of gastrodin from the aqueous extract of Gastrodia elata. Journal of Chromatography. A, 2014, 1342: 1–7

51
Zhang Z, Zhang M, Liu Y, Yang X, Luo L, Yao S. Preparation of l-phenylalanine imprinted polymer based on monodisperse hybrid silica microsphere and its application on chiral separation of phenylalanine racemates as HPLC stationary phase. Separation and Purification Technology, 2012, 87: 142–148

52
Xu F, Duan Q, Zhang H. Preparation and adsorption property of (−)-epigallocatechin gallate surface molecularly imprinted polymer. Chinese Journal of Process Engineering, 2011, 11(4): 706–710

53
Chen S, Luo Z, Ma X, Xue L, Lan H, Zhang W. Efficient separation and purification of epigallocatechin gallate (EGCG) based on EGCG-imprinted polymer prepared with chitosan as matrix. Analytical Letters, 2012, 45(16): 2300–2309

54
Zhu Q Z, Haupt K, Knopp D, Niessner R. Molecularly imprinted polymer for metsulfuron-methyl and its binding characteristics for sulfonylurea herbicides. Analytica Chimica Acta, 2002, 468(2): 217–227

55
Jullian C, Miranda S, Zapata-Torres G, Mendizabal F, Olea-Azar C. Studies of inclusion complexes of natural and modified cyclodextrin with (+)catechin by NMR and molecular modeling. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2007, 15(9): 3217–3224

56
Yan C, Xiu Z, Li X, Hao C. Molecular modeling study of beta-cyclodextrin complexes with (+)-catechin and (−)-epicatechin. Journal of Molecular Graphics & Modelling, 2007, 26(2): 420–428

57
Turner N W, Piletska E V, Karim K, Whitcombe M, Malecha M, Magan N, Baggiani C, Piletsky S A. Effect of the solvent on recognition properties of molecularly imprinted polymer specific for ochratoxin A. Biosensors & Bioelectronics, 2004, 20(6): 1060–1067

Outlines

/