北京工商大学学报( 自然科学版) 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 44 波发生器,昆山市超声仪器有限公司. 1郾 2摇微囊藻毒素分子印迹聚合物的制备 1郾 2郾 1摇 MIPs 的制备取 0郾 40 g 2鄄丙烯酰胺鄄2鄄甲基鄄1鄄丙烷磺酸 ( AMSPA) 质量浓

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榔华
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1 第 30 卷第 3 期 2012 年 5 月北京工商大学学报 ( 自然科学版 ) Journal of Beijing Technology and Business University( Natural Science Edition) Vol 郾 30 No 郾 3 May 摇摇文章编号 :1671 鄄 1513(2012)03 鄄 0043 鄄 06 微囊藻毒素分子印迹聚合物的制备及性能研究申摇晴 1, 摇崔莉凤 1 2, 摇赵摇硕 (1. 北京工商大学食品学院, 北京摇 ; 2. 河北联合大学轻工学院, 河北唐山摇 ) 摘摇要 : 以微囊藻毒素 MC 鄄 LR 为模板, 采用本体聚合法制备微囊藻毒素分子印迹聚合物, 优化制备过程. 通过电子显微镜孔隙度分析红外吸收等对其进行表征, 并研究其反应机理和吸附性能. 结果表明, 单体颐模板颐交联剂配比为 0 郾 9 伊 10 6 颐 1 颐 1 郾 2 伊 10 6, 洗脱时间 25 min 时为优选条件, 最大吸附量为 153 郾 7 滋 g / g, 此分子印迹聚合物对 MC 鄄 LR 具有显著的特异性吸附作用. 关键词 : 微囊藻毒素 MC 鄄 LR; 分子印迹聚合物 ; 本体聚合 ; 吸附性能中图分类号 : TS201 郾 6 摇摇摇摇摇文献标志码 : A 摇摇为了确保饮用水的安全健康, 我国地表水环境质量标准 (GB ) 中对生活饮用地表水源地提出微囊藻毒素 MC 鄄 LR 的标准为 0 郾 001 mg / L. 微囊藻是蓝藻水华中的优势藻, 它能产生一类环状七肽结构的微囊藻毒素 (microcystins,mc) [1]. 微囊藻毒素的种类较多, 目前发现有大约 80 种异构体 [2], 其中 MC 鄄 LR 是已知毒性最强急性危害最大的一种淡水藻类毒素, 是最强的肝脏肿瘤促进剂 [3]. 要确切地检测微囊藻毒素及其异构体, 提高富集和分离技术是这方面的研究热点. 分子印迹技术是最近在分离领域中发展起来的一门新兴技术 [4], 而分子印迹聚合物 ( molecularly imprinted pol 鄄 ymers, MIPs) 以其卓越的识别性和选择性, 在环境食品卫生医药化工等众多领域显示出较好的应用前景 [5] [6]. 如 Barahona 等合成噻苯咪唑分子印迹聚合物, 用于固相萃取柑橘类水果和橙汁样品中的 [7] 噻苯咪唑 ;De Barros 等利用分子印迹聚合物分离 [8] 测定西红柿中杀螟松的残留量. 方继敏等采用溶胀聚合法制备了微囊藻毒素分子印迹聚合物, 对 MC 鄄 LR 具有良好的吸附能力, 本体聚合法制备分子印迹聚合物与溶胀聚合法相比具有实验条件易于控制制备工艺和设备简单的优点而被广泛应 [9 - 用 10]. 但至今没有本体聚合法制备微囊藻毒素分子印迹聚合物的相关报导. 本文以 MC 鄄 LR 为印迹分子, 采用本体聚合的方法, 制备微囊藻毒素分子印迹聚合物材料, 并对其反应机理和吸附性能进行分析. 1 摇实验材料与方法 1 郾 1 摇试剂与仪器微囊藻毒素 MC 鄄 LR 标准样品 ( E 鄄 LR 鄄 c100 mi 鄄 crocystin LR 逸 95% by HPLC), 产地台湾地区 ; 乙二醇二甲基丙烯酸酯 ( EGDMA,AR),Sigma 公司 ; 2 鄄丙烯酰胺鄄 2 鄄甲基鄄 1 鄄丙烷磺酸 (AMPSA,AR),AJohn 鄄 son Matthey Company; 偶氮二异丁腈 (AIBN,CP), 国药集团化学试剂有限公司 ; 邻苯二甲基二甲酯 (DMP,AR), 北京化学试剂公司 ; 二甲基亚砜 ( DM 鄄 SO,AR), 西陇化工有限公司. Wsters 型高效液相色谱仪, 美国沃特世公司 ; Avatar 370 型红外光谱仪 FTIR, 尼高力公司 ; TESCANVEGA 域型扫描电子显微镜, 捷克 TES 鄄 CANS. R. O 公司 ; HJ -3 型恒温磁力搅拌器, 金坊市至翔科技仪器厂 ;ASAP2010M 型比较面积与孔隙度分析仪, 美国麦克仪器公司 ;KQ-400DB 型数控超声收稿日期 : 基金项目 : 北京市自然科学基金资助项目 ( ). 作者简介 : 申摇晴, 女, 硕士研究生, 研究方向为水环境分析 ; 崔莉凤, 女, 教授, 主要从事水环境问题方面的研究. 通讯作者.

003 g 交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯( EGDMA) 4郾 0 ml,超声混匀通入 N2 气脱氧 10 min 后,真空密封,在 70 益恒温烘箱中反应 6 h,得到块状固体 MIP,经研磨粉碎过 100 目筛. 空白聚合物的制备除不加模板分子外,其他步骤相同.

2 北京工商大学学报( 自然科学版) 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 44 波发生器,昆山市超声仪器有限公司. 1郾 2摇微囊藻毒素分子印迹聚合物的制备 1郾 2郾 1摇 MIPs 的制备取 0郾 40 g 2鄄丙烯酰胺鄄2鄄甲基鄄1鄄丙烷磺酸 ( AMSPA) 质量浓度为 1郾 12 滋g / ml 的 MC鄄LR 3郾 0 ml 放入 50郾 0 ml 的安培瓶中,加入 3郾 0 ml 二甲基亚砜( DMSO),振荡 30 min 后,再加入引发剂偶氮二异丁腈( AIBN) 0郾 003 g 交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯( EGDMA) 4郾 0 ml,超声混匀通入 N2 气脱氧 10 min 后,真空密封,在 70 益恒温烘箱中反应 6 h,得到块状固体 MIP,经研磨粉碎过 100 目筛. 空白聚合物的制备除不加模板分子外,其他步骤相同. 1郾 2郾 2摇印迹模板分子的洗脱将所得粉末状聚合物用 1 颐 1 的甲醇进行淋洗, 再用含 0郾 1% 三氟乙酸的甲醇溶液超声振荡洗脱, 洗去模板分子. 真空室温干燥至质量恒定后,即得到微囊藻毒素的分子印迹聚合物. 空白印迹聚合物摇 2012 年 5 月与印迹聚合物的洗脱方法相同. 1郾 3摇分子印迹聚合物的表征本实验采用扫描电子显微镜观察聚合物的微观形态,孔隙度分析仪来表征聚合物的孔径分布情况, 并用红外光谱仪研究聚合物的结构特征,用高效液相色谱法测定微囊藻毒素 MC鄄LR 的含量. 2摇结果与讨论 2郾 1摇分子印迹聚合物的条件优化 2郾 1郾 1摇不同单体模板比例的选择选择功能单体与模板的比例是制备 MIPs 的关键一步,二者的比例对识别孔穴的产生具有很大影响,所以实验取单体 AMPSA 与模板 MC鄄LR 的质量比分别为 0郾 2 伊 10 7 颐 1,0郾 7 伊 10 7 颐 1,0郾 9 伊 10 7 颐 1, 1郾 3 伊 10 7 颐 1和 2郾 2 伊 10 7 颐 1进行聚合. 通过聚合物的扫描电镜图及对藻毒素的吸附量,确定合成 MIPs 的最佳单体模板比例. 扫描电镜图见图 1. 图 1摇不同单体模板比例的 MIPs 扫描电镜图 Fig. 1摇 SEM for different monomers template proportion of MIPs 摇摇由图 1 可以清晰地看出聚合物形态上的变化. 单体与模板的比例较小时,形成的印迹点位不够稳定,过多的模板阻碍了单体间的聚合,很难形成聚合物. 当单体与模板的比例较大时,则单体之间容易直接聚合,产生分子包埋现象,质量比 AMPSA颐 MC = 0郾 9 伊 10 7 颐 1时相对较好. 单体 AMPSA 与 MC鄄LR 的质量比分别为 0郾 2 伊 10 7 颐 1,0郾 7 伊 10 7 颐 1,0郾 9 伊 10 7 颐 1,1郾 3 伊 10 7 颐 1和 2郾 2 伊图 2摇不同单体模板比例的 MIPs 对藻毒素的吸附量 Fig. 2摇 Adsorption quantity of MC for different monomers template proportion of MIPs 10 7 颐 1时,制备的分子印迹聚合物对藻毒素的吸附量质有显著的差异,见图 3. 当交联剂用量较低时,生 10 颐 1时吸附量也最大;所以,单体模板的比例 AMP鄄使印迹空穴的稳定性降低,吸附选择性变差;增加交见图 2. 由图 2 可以看出,模板与单体质量比为 0郾 9 伊 7 SA颐 MC = 0郾 9 伊 10 颐 1时为佳. 7 2郾 1郾 2摇不同交联剂用量的选择交联剂能使模板分子和功能单体形成高度交联刚性的聚合物,从而形成更加稳定的印迹空穴. 不同交联剂的使用对分子印迹聚合物形成的性成的分子印迹聚合物网络比较稀疏,交联度较低,会联剂的用量时,则交联度变大,交联产物有一定强度,可使印迹空位得到较好的保持,有利于获得高效的印迹聚合物. 但交联剂用量过高时,孔隙度降低, 形态不规则,且尺寸分布不均匀,聚合物粘结在一起,不利于吸附及洗脱. 所以交联剂模板的比例为

第 30 卷第 3 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇申摇晴等: 微囊藻毒素分子印迹聚合物的制备及性能研究 45 图 3摇不同交联剂用量的 MIPs 扫描电镜图 1郾 2 伊 10 颐 1时为佳. Fig.

洗脱时间分别用 5,10,20,25,30,40 min. 随后,对洗脱液进行液相色谱分析. 当洗脱时间为 25 min 时,液相色谱已无 MC 检测出,所以洗脱时间选用 25 min 为佳,见图 4. Tab.

红外吸收光谱图解析为证实模板分子 MC鄄LR 和功能单体 AMPSA 在引发剂 AISN 引发下的自组装作用,本文通过红外谱图对比了含 MC鄄LR 的模板经洗脱后和空白模板聚合物的情况,见图 5. 从图 5 可以看出,空白模板和洗脱微囊藻毒素图 4摇 MC鄄LR 的质量浓度变化曲线 Fig.

3 第 30 卷第 3 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇申摇晴等: 微囊藻毒素分子印迹聚合物的制备及性能研究 45 图 3摇不同交联剂用量的 MIPs 扫描电镜图 1郾 2 伊 10 颐 1时为佳. Fig. 3摇 SEM for different crosslinking agent amount of MIPs 6 表 1摇本体聚合法制备分子印迹聚合物的优化配方 2郾 1郾 3摇洗脱时间的选择模板分子 MC鄄LR 可溶于甲醇,本实验分别用含 0郾 1% 三氟乙酸的甲醇来洗脱模板分子,这对其他反应物并无影响. 洗脱时间分别用 5,10,20,25,30,40 min. 随后,对洗脱液进行液相色谱分析. 当洗脱时间为 25 min 时,液相色谱已无 MC 检测出,所以洗脱时间选用 25 min 为佳,见图 4. Tab. 1摇 Formulas for synthesis of MIPs by bulk polymerization 影响因素药品功能单体 AMPSA 用量( 按比例) 0郾 30 g MC鄄LR 3郾 36 滋g 溶剂二甲基亚砜增塑剂邻苯二甲基二甲酯 3郾 0 ml 印迹分子交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯 4郾 192 g 2郾 0 ml 2郾 3摇红外吸收光谱图解析为证实模板分子 MC鄄LR 和功能单体 AMPSA 在引发剂 AISN 引发下的自组装作用,本文通过红外谱图对比了含 MC鄄LR 的模板经洗脱后和空白模板聚合物的情况,见图 5. 从图 5 可以看出,空白模板和洗脱微囊藻毒素图 4摇 MC鄄LR 的质量浓度变化曲线 Fig. 4摇 Concentration change curve of MC eluent 2郾 2摇合成分子印迹聚合物的优化配方通过讨论影响分子印迹聚合物的表观及内在因素,在此基础上确定合成 MIPs 的优化配方,见表 1. 印迹后的模板,峰型基本一致,说明印迹模板得到了较好的洗脱. 在 3 439郾 28 cm - 1 处为酰胺键中 N H 的伸缩振动峰,1 720郾 90 cm - 1 附近为较强的 C 詤 O 伸缩振动峰,表明经交联聚合得到的聚合物存在可以同印迹分子作用的酰胺基官能团,在 1 454郾 22 cm - 1 处的 C 詤C 双键峰几乎看不到,说明具有 C 詤 C 的大部图 5摇空白模板和印迹模板洗脱后的红外吸收光谱图 Fig. 5摇 IR spectroscopy of blank templates and imprinting template after eluting

4 46 北京工商大学学报 ( 自然科学版 ) 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 2012 年 5 月分交联剂和功能单体都已在聚合过程中消耗. 2 郾 4 摇聚合物的微孔结构分析所制得的 MC 鄄 LR 分子印迹聚合物是具有一定层次孔径分布的多孔性聚合物, 其孔径范围在 3 ~ 86 nm, 见图 6. 其中孔径小于 20 nm 的小孔占 17 郾 4% ;20 ~ 50 nm 的中孔占 58 郾 8% ; 孔径 50 nm 以上的也有一定的分布, 占总容积的 23 郾 8%. 这些大孔的存在为溶剂的扩散提供了良好的空间, 同时也是质量交换的重要场所. 2 郾 5 摇分子印迹聚合物形成机理的探讨根据模板 MC 鄄 LR 和单体 AMPA 的分子结构可图 6 摇分子印迹聚合物的孔径分布 Fig. 6 摇 Pore diameter distribution curve of MIPs 以推测 : 该作用可能是氢键和离子键作用. 根据分子印迹聚合物的制备原理过程, 推测出微囊藻毒素 MC 鄄 LR 分子印迹聚合物的形成如图 7. 印迹聚合物中形成了与模板分子 MC 鄄 LR 相互图 7 摇分子印迹聚合物形成过程示意 Fig. 7 摇 Formation process of MIPs

5 第 30 卷第 3 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇申摇晴等 : 微囊藻毒素分子印迹聚合物的制备及性能研究 47 作用的结合位点, 使印迹聚合物具有专一性特异性识别等优点. MC 鄄 LR 上的羧羟基是良好的氢键供体, 而 2 鄄丙烯酰胺鄄 2 鄄甲基丙烷磺酸上的 C 詤 O S 詤 O 基和 C 詤 C 基均为氢键的受体, CH 2 上的一对孤对电子可以与相邻的 C 詤 O 形成共轭, 而 C 詤 O 上的 O 原子上有两对孤对电子, 具有较高的电子云密度, 因此, OH NH 2 形成氢键. C 詤 O 基团优先于 MC 鄄 LR 上的 2 郾 6 摇分子印迹聚合物的吸附性能为了检验分子印迹的特异性吸附性能, 其吸附是特异的分子印迹吸附而不是纯物理吸附, 本实验比较了在优化条件下, 分子印迹聚合物和空白印迹聚合物对不同浓度底物的吸附效果, 如图 8. ml 各种不同浓度的 MC 鄄 LR 溶液中进行吸附实验, 等温吸附曲线如图 9. 在吸附过程中当 MC 鄄 LR 浓度过低时, 聚合物表面的功能基团不能与印迹分子充分结合, 平衡吸附量也较少. 此时增加模板分子的浓度, 则被功能基团结合的印迹分子的数量就增多, 相应增加了产物表面的有效结合位点, 从而增加其吸附性能. 由图 9 可知, 当吸附达到平衡时, 最大吸附量为 153 郾 7 滋 g / g. 图 8 摇有模板和空白模板分子印迹聚合物对模板分子的吸附量 Fig. 8 摇 Adsorption capacities of template on MIPs and UMIPs 印迹聚合物吸附其模板分子 MC 鄄 LR 的能力远远大于吸附其同分异构体 MC 鄄 RR 的能力 ( 见表 2), 此处对 MC 鄄 RR 的吸附可看做是物理吸附, 这也说明印迹聚合物对 MC 鄄 LR 的专一选择性和特异识别性. 分配系数是指洗脱模板后聚合物与空白模板聚合物的吸附量之比. 表 2 摇有模板和空白模板分子印迹聚合物对不同底物的吸附效果 Tab. 2 摇 Absorption effect of different sllbstrates on MIPs and UMIP 有模板洗脱吸样品名称附量 / ( 滋 g g - 1 ) 空白模板吸附量 / ( 滋 g g - 1 ) 分配系数 / ( 滋 g 滋 g - 1 ) MC 鄄 LR 153 郾 7 12 郾郾 64 MC 鄄 RR 22 郾 61 7 郾 35 3 郾 07 2 郾 7 摇分子印迹聚合物的等温吸附曲线及 Scatchard 模型分析为了研究聚合物吸附性能的大小, 在优化条件下, 即温度 25 益, 吸附时间为 150 min, 分别取 0 郾 10 g 聚合物经洗脱研磨并过 100 目筛, 然后放入 5 郾 0 图 9 摇分子印迹聚合物的等温吸附曲线 Fig. 9 摇 Isothermal adsorption curve of MIPs Scatchard 模型广泛用于受体结合动力学的研究. 测定分子印迹聚合物在不同 MC 鄄 LR 浓度范围内的吸附量, 并对该聚合物进行 Scatchard 模型分析. Scatchard 方程式如下 : Q / Co = (Q max - Q) / K d, (1) 式 (1) 中,K d 为结合位点的平衡离解常数,Q max 为结合位点的最大表观吸附量. 将 Q / Co 对 Q 作图 ( 如图 10), 经线性回归, 得回归方程 :y = - 0 郾 2355x + 36 郾 695, 相关系数 R 2 = 0 郾 998 8, 计算得离解常数 K d = 4 郾 2 滋 mol / L, 最大表观吸附量 Q max = 153 郾 7 滋 g / g. 图 10 摇 MC 鄄 LR 在分子印迹聚合物上的 Scatchard 曲线 Fig. 10 摇 Scatchard curve of MC 鄄 LR on MIPs 3 摇结摇论以 MC 鄄 LR 为印迹分子, AMPSA 为功能单体, EGDMA 为交联剂, 二甲基亚砜为溶剂, 制备了 MC 鄄 LR 分子印迹聚合物, 并优化了聚合条件. 并对分子印迹聚合物的机理进行了动力学的研究. 为地表水饮用水源地中微囊藻毒素 MC 鄄 LR 的富集分离固相萃取和检测提供了一种新方法. 对于防范藻毒素给

6 48 北京工商大学学报 ( 自然科学版 ) 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 2012 年 5 月环境及人类健康带来的威胁, 为饮用水安全保障提供技术支撑具有重要意义. 参考文献 : [1] 摇陈海燕, 俞幸幸, 陈懿, 等. 高效液相色谱法同时测定水中三种微囊藻毒素 [ J]. 中国卫生检验杂志,2011, 21(2): [2] 摇 Sivonen K,Jones G. Toxic cyanobacteria in water[ M]. London: E & FN Spon,1999: 41. [3] 摇王祥荣, 任晶, 卢虹虹, 等. 铜绿微囊藻胞内毒素 ( Mi 鄄 crocystin 2LR) 提取条件的优化实验 [J]. 复旦学报 : 自然科学版,2010,49(1): [4] 摇 Ma Yes A G,Whitcombe M J. Synthetic strategies for the generation of molecularly imprinted organic polymers[ J]. Advanced Drug Delivery Reviews, 2005, 57: [5] 摇颜流水, 井晶, 黄智敏, 等. 槲皮素分子印迹聚合物的制备及固相萃取性能研究 [ J]. 分析试验室,2006,25 (5): [6] 摇 Barahona F, Turiel E, Cormack P. Synthesis of core 鄄 shell molecularly imprinted polymer microspheres by pre 鄄 cipitation polymerization for the inline molecularly imprin 鄄 ted solid 鄄 phase extraction of thiabendazole from citrus fruits and orange juice samples[ J]. Journal of Separation Science,2011,34(2): [7] 摇 De Barros L A, Martins I, Rath S. A selective molecu 鄄 larly imprinted polymer 鄄 solid phase extrac 鄄 tion for the de 鄄 termination of fenitrothion in tomatoes[ J]. Analytical & Bioanalytical Chemistry, 2010,397(3): [8] 摇方继敏, 李刚. MC 鄄 LR 分子印迹聚合物的制备及富集分离性能研究 [ J]. 中国给水排水,2008,24(1): [9] 摇 He J, L 俟 R, Zhu J. Selective solid 鄄 phase extraction of dibutyl phthalate from soybean milk using molecular im 鄄 printed polymers[ J]. Analytica Chimica Acta,2010,661 (2): [10] 摇 Kotrotsiou O, Chaitidou S, Kiparissides C. On the syn 鄄 thesis of peptide imprinted polymers by a combined sus 鄄 pension 鄄 Epitope polymerization method [ J ]. Materials Science & Engineering,2009, 163(3): Preparation and Performances of Molecularly Imprinted Polymer for Microcystins SHEN Qing 1, 摇 CUI Li 鄄 feng 1, 摇 ZHAO Shuo 2 (1. School of Food and Chemical Engineering,Beijing Technology and Business University,Beijing , China; 2. Qinggong College, Hebei United University, Tangshan , China) Abstract: The microcystins molecularly imprinted polymers(mips)were synthesized by bulk polymeriza 鄄 tion using microcystin(mc 鄄 LR) as the template, and the preparation process was optimized. The MIPs were characterized by electron microscopy, porosity analysis and FT 鄄 IR, and their reaction mechanism and adsorption performance were investigated. The results showed that the ratio of monomer, template, and crosslinking agent was 0 郾 9 伊 10 6 颐 1 颐 1 郾 2 伊 10 6, the adequate elution time was 25 min, and the maxi 鄄 mum adsorption was 153 郾 7 滋 g / g. The MIPs has a significant and specific adsorption to MC 鄄 LR. Key words: microcystins MC 鄄 LR; molecularly imprinted polymers; bulk polymerization; adsorption per 鄄 formance ( 责任编辑 : 檀彩莲 )

材料导报研究篇年月下第卷第期种球的制备单步溶胀法制备分子印迹聚合物微球洗脱处理种子溶胀聚合机理种球用量的影响

材料导报研究篇年月下第卷第期种球的制备单步溶胀法制备分子印迹聚合物微球洗脱处理种子溶胀聚合机理种球用量的影响水相中组氨酸单分散分子印迹聚合物微球的合成表征及其识别性能研究李思平等李思平徐伟箭较佳工艺条件下在水性体系中选用无皂乳液聚合法制得的单分散微米级聚苯乙烯微球为种球分别以组氨酸甲基丙烯酸或丙烯酸胺乙二醇二甲基丙烯酸酯为模板分子功能单体和交联剂合成了组氨酸分子印迹聚合物微球研究了形貌粒径及其分布以及模板分子与功能单体之间的相互作用分别以激光粒度分析仪紫外分光光度法和红外光谱表征功能单体与交联剂之间的共聚情况