CN101864029A

CN101864029A - 一种分子印迹聚合物及其制备方法和应用

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Publication number: CN101864029A
Application number: CN 201010186442
Authority: CN
Inventors: 贺利民; 张青杰; 曾振灵; 刘雅红; 苏贻娟; 沈祥广; 郭宏斌
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: CN101864029B

Abstract

本发明公开了一种分子印迹聚合物及其制备方法和应用。本发明分子印迹聚合物是以莱克多巴胺为模板，与功能单体、交联剂、致孔剂和引发剂聚合形成块状聚合物，经粉碎、筛分，乙酸甲醇、甲醇去除模板后，通过真空干燥制备得到的，对莱克多巴胺具有高度亲和性和显著选择性的分子印迹聚合物。本发明分子印迹聚合物对莱克多巴胺具有高度的亲和性和选择性，在分析饲料、动物组织或环境水等基质中莱克多巴胺的样品前处理固相萃取材料中有广泛的应用前景。

Description

一种分子印迹聚合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及材料化学技术领域，具体涉及一种分子印迹聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

莱克多巴胺(Ractopamine，RCT)是一种苯乙胺类药物，与克伦特罗同属苯乙胺类β₂-受体激动剂，能与细胞膜上β₂受体结合，选择性激动支气管平滑肌β₂受体，是天然儿茶酚的人工衍生物，在临床上常用作强心药，治疗充血性心力衰竭症，还可以用于治疗肌肉萎缩症，增长肌肉，减少脂肪蓄积等。市售莱克多巴胺为其盐酸盐，化学名称1-(4-羟基苯基)-2[1-甲基-3-(4-羟基苯基)-丙氨基]-乙醇盐酸盐，分子式为C₁₈H₂₃NO₃Cl。研究表明，动物日粮中莱克多巴胺的添加量为临床治疗剂量的5-10倍时，动物体内的营养成分由脂肪向肌肉转移，表现出营养再分配效应，能够显著提高肥育猪的生产性能，改善饲料利用效率，显著提高猪的瘦肉率。美国FDA于2000年批准该药品仅作为饲料添加剂使用，目前我国农业部和其他国家全面禁止该物质的使用。由于受利益驱动，近年来我国莱克多巴胺的非法使用呈现扩展趋势，各类中毒事件时有发生。广东省2009年2月18号46人因食用“瘦肉精”出现中毒症状，临床症状表现为心脏不适、心跳加快、四肢颤抖等。

针对上述情况，我国相关部门严肃应对，积极组织人员进行方法学研究，目前已有GB/T 20189-2006、GB/T 22147-2008、GB/T 22286-2008、GB/T21313-2007等标准颁布，为饲料、食品中莱克多巴胺的检测和监控提供了充分保证。但现行莱克多巴胺检测的前处理方法都是采用传统的固相萃取小柱(如C₁₈、MCX等)净化，缺乏选择性，特异性不强，从而影响整个检测方法的灵敏度和准确定量。

基于类似抗原-抗体反应的分子印迹固相萃取技术具有高选择性和特异性，是一种具有广泛应用前景的固相萃取材料。如果能像抗体一样，合成某些类似抗体的对莱克多巴胺具有高选择性的高分子吸附材料，可大大提高莱克多巴胺检测的灵敏度和准确性。

分子印迹(molecular imprinting)是近年来基于分子识别理论而迅速发展起来的一个新的研究领域，分子印迹技术也被称为制造“塑料抗体”的技术。分子印迹聚合物(molecular imprinting polymers，MIPs)是一类内部具有固定大小和形状的孔穴并具有确定排列功能基团的交联高聚物。因为MIPs是根据印迹分子定做的，因此它具有特殊的分子结构和官能团，能选择性地识别印迹分子。

分子印迹聚合物的制备一般要通过如下三个步骤：

1、功能单体通过与模板分子相互作用(共价或非共价键)，聚集在模板分子周围形成可逆的复合物；

2、功能单体与过量交联剂在致孔剂存在下发生共聚生成高聚物；

3、将模板分子从高聚物中解离出来，在聚合物中就形成了能够识别模板分子的结合位点。

这种印迹聚合物可作为液相色谱的固定相、选择性催化剂、化学传感器的传感元件和固相萃取材料等，在临床药物分析中也有广泛的应用。

合适的致孔剂不但影响莱克多巴胺分子印迹聚合物的硬度及微孔结构的大小，而且是其高特异性和实用性的关键。莱克多巴胺是一种中等极性物质，呈酸碱两性，在诸多常见的用于制备分子印迹聚合物的溶剂中不易溶解，致使针对莱克多巴胺的印迹研究进展缓慢，因此，寻求一种物质，解决莱克多巴胺在常规制备印迹聚合物的溶剂中的溶解问题非常重要。莱克多巴胺通常以盐酸盐形式使用，在有机溶剂中溶解困难，考虑用合适的碱中和可能增加其在通常极性致孔剂中的溶解度，无机碱性物质氨水和有机碱(如一级胺、二级胺和三级胺)为首选化合物。而依据“相似相溶原理”，有机胺类化合物更合理。

发明内容

本发明的目的在于根据现有对莱克多巴胺的印迹研究中，由于莱克多巴胺不易溶解导致研究进展缓慢的问题，提供一种对莱克多巴胺具有高度亲和性和选择性的分子印迹聚合物。

本发明另一目的在于提供上述分子印迹聚合物的制备方法。

本发明还有一个目的在于提供上述分子印迹聚合物的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

针对莱克多巴胺在多种有机溶剂中难溶的情况，本发明筛选出三乙胺作为助溶剂，达到了理想的溶解效果，同时也有利于聚合反应链的引发和增强聚合物链的稳定性。而且通过试验发现采用溶液聚合法、原位聚合法、沉淀聚合法或悬浮聚合法等本领域制备分子印迹聚合物常用的方法，都可以实现本发明，制备得到对莱克多巴胺具有高特异性的分子印迹聚合物。

本发明分子印迹聚合物，是以莱克多巴胺为模板，丙烯酰胺为单体，三乙胺为助溶剂，采用本体聚合法、溶液聚合法、原位聚合法、沉淀聚合法或悬浮聚合法或等本领域制备分子印迹聚合物常规方法制备而得。

为了进一步提高本发明分子印迹聚合物对莱克多巴胺的特异性，本发明人对其制备方法进行了研究和优化。

一种制备本发明分子印迹聚合物的方法，该方法是将模板、功能单体、交联剂、致孔剂和引发剂在50～80℃聚合后制备得到分子印迹聚合物。

作为一种优选方案，上述功能单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸、4-乙烯吡啶或2-乙烯吡啶。

作为一种优选方案，上述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或二乙烯苯。

作为一种优选方案，上述致孔剂为乙腈、氯仿、甲醇、乙醇或丙酮与助溶剂三乙胺的混合液。致孔剂一方面要保证模板的充分溶解，另一方面致孔剂用量对制备的分子印迹聚合物强度、表面特性具有重要影响，同时致孔剂对印迹聚合物在使用介质体系中莱克多巴胺的识别也非常关键。因此本发明对致孔剂进行了优化，结果发现当致孔剂选择乙腈并用三乙胺助溶时，能够制备出对莱克多巴胺具有高度特异性识别的分子印迹聚合物。

所述致孔剂最优选致孔剂为体积比为30∶0.5～2的乙腈和三乙胺的混合液。

所述引发剂可选择本领域常用的引发剂，水溶性引发剂或油溶性引发剂都可以实现本发明，如偶氮二异丁腈、过硫酸铵等。

本发明制备方法的优选方案为：先将模板、致孔剂和功能单体混合形成预聚合物，再加入交联剂和引发剂在50～80℃聚合后制备得到分子印迹聚合物。

上述方法中，预聚合物的具体制备步骤为将莱克多巴胺溶解在致孔剂中，加入功能单体，混合后4℃～8℃静置过夜，形成预聚合物。

本发明的制备方法的更进一步优选方案为：先将模板、致孔剂和功能单体混合形成预聚合物，向预聚合物中加入交联剂和引发剂，50～80℃聚合制备得到分子印迹聚合物。

本发明的分子印迹聚合物，经试验检测发现：将该聚合物用于固相萃取净化(200mg/柱)，聚合物结合莱克多巴胺的吸附量约为2.5mg/g聚合物；自来水、地下和地表水及海水添加莱克多巴胺回收率试验表明，在1-50μg/mL添加水平范围内，莱克多巴胺回收率大于95％；本发明分子印迹聚合物装填的固相萃取小柱，重复使用10次后，莱克多巴胺的回收率仍然大于90％。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明制备分子印迹聚合物时，采用的致孔剂为乙腈并用三乙胺助溶，有利于模板的溶解，同时制备的印迹聚合物特异性识别能力强；

2.本发明的制备方法可以直接将预聚合物中加入交联剂和引发剂然后进行50～80℃热聚合固化，还可以先进行低温光聚合后再进行50～80℃热聚合固化，这样可以进一步提高分子印迹聚合物的特异性；

3.本发明的分子印迹聚合物在水及含30％以下乙腈或甲醇的水溶液中对莱克多巴胺呈现高的亲和性和选择性，回收率大于90％；

4.本发明以莱克多巴胺为模板制得的MIPs对莱克多巴胺的高度选择性，作为分析饲料、动物组织及环境水等基质中的莱克多巴胺的样品前处理材料有着广泛的应用前景。

附图说明

图1为莱克多巴胺水溶液介质MIPs与NIPs处理比较色谱图，其中，a为MIPs净化富集，b为NIPs净化富集。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。

实施例1用于检测莱克多巴胺的分子印迹聚合物

本实施例的分子印迹聚合物，其合成制备步骤如下：

(1)预聚合物的制备

称取0.169g(0.5mmol)莱克多巴胺模板于试管中，加入3.0mL乙腈和0.1mL三乙胺，超声溶解后，加入142.2mg(2mmol)丙烯酰胺功能单体，超声5min，4℃静置过夜，形成预聚合物。

(2)聚合固化

向上述预聚合物中加入乙二醇二甲基丙烯酸酯1.89mL(10mmol)和偶氮二异丁腈15mg，超声5min，冰浴下通氮气2min，密封，60℃水浴聚合24h，得到块状聚合物，该块状聚合物即为本实施例的用于莱克多巴胺检测的分子印迹聚合物。

将上述块状聚合物磨碎、过200目筛，用甲醇反复沉降除去细小颗粒，装入15mL固相萃取柱中，先用10％乙酸甲醇溶液200mL洗涤除去模板莱克多巴胺，流速控制在1mL/min以下，再用40mL甲醇洗涤除去乙酸，置60℃真空干燥箱中干燥12h，置干燥器中保存备用。制备好的颗粒填料与合成的块状聚合物相比，收率达64.5％。

非印迹聚合物(NIP)的制备除不加模板分子外，均按上述方法制备和处理。

实施例2用于检测莱克多巴胺的分子印迹聚合物

本实施例的分子印迹聚合物，其合成制备步骤如下：

(1)预聚合物的制备

(2)聚合固化

向上述预聚合物中加入乙二醇二甲基丙烯酸酯2.835mL(15mmol)和偶氮二异丁腈25mg，超声5min，冰浴下通氮气2min，密封，60℃水浴聚合24h，得到块状聚合物，该块状聚合物即为本实施例的用于莱克多巴胺检测的分子印迹聚合物。

将上述块状聚合物磨碎、过200目筛，用甲醇反复沉降除去细小颗粒，装入15mL固相萃取柱中，先用10％乙酸甲醇溶液200mL洗涤除去模板莱克多巴胺，流速控制在1mL/min以下，再用40mL甲醇洗涤除去乙酸，置60℃真空干燥箱中干燥12h，置干燥器中保存备用。制备好的颗粒填料与合成的块状聚合物相比，收率达62.4％。

实施例3用于检测莱克多巴胺的分子印迹聚合物

本实施例的分子印迹聚合物，其合成制备步骤如下：

(1)预聚合物的制备

称取0.169g(0.5mmol)莱克多巴胺模板于试管中，加入3.0mL乙腈和0.1mL三乙胺，超声溶解后，加入71.08mg(1mmol)丙烯酰胺功能单体，超声5min，4℃静置过夜，形成预聚合物。

(2)聚合固化

向上述预聚合物中加入乙二醇二甲基丙烯酸酯1.89mL(10mmol)和偶氮二异丁腈25mg，超声5min，冰浴下通氮气2min，密封，60℃水浴聚合24h，得到块状聚合物，该块状聚合物即为本实施例的用于莱克多巴胺检测的分子印迹聚合物。

将上述块状聚合物磨碎、过200目筛，用甲醇反复沉降除去细小颗粒，装入15mL固相萃取柱中，先用10％乙酸甲醇溶液200mL洗涤除去模板莱克多巴胺，流速控制在1mL/min以下，再用40mL甲醇洗涤除去乙酸，置60℃真空干燥箱中干燥12h，置干燥器中保存备用。制备好的颗粒填料与合成的块状聚合物相比，收率达60.7％。

实施例4用于检测莱克多巴胺的分子印迹聚合物的性能测定

本实施例选择实施例1制备的分子印迹聚合物(粒度为38.5μm～75μm)装填于3mL固相萃取空小柱(200mg/柱)中，依次用3mL甲醇、3mL水平衡活化。

本实施例的样品为0.5，2，10及50μg/mL系列浓度的莱克多巴胺水溶液，取2～5mL的样品上样，用3mL水、3mL甲醇洗涤，压干，5％氨化甲醇5mL洗脱。氮气小心吹干，用蒸馏水溶解，高速离心，用HPLC-UV检测。

实验结果表明，系列浓度的莱克多巴胺水溶液在MIPs固相萃取小柱上回收率大于95％，NIPs固相萃取小柱上回收率小于20％(图1)。

Claims

1.一种分子印迹聚合物，其特征在于所述聚合物对莱克多巴胺具有高度交叉反应和显著选择性，该聚合物是以莱克多巴胺为模板，丙烯酰胺为单体，三乙胺为助溶剂，通过本体聚合法、沉淀聚合法、原位聚合法或悬浮聚合法制备而得。

2.权利要求1所述分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于所述分子印迹聚合物是以莱克多巴胺为模板，与功能单体、交联剂、致孔剂和引发剂在50～80℃聚合8～48h形成块状聚合物，经粉碎、筛分，分别用乙酸甲醇和甲醇去除模板后，通过真空干燥制备得到。

3.根据权利要求2所述分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于所述模板、功能单体、交联剂、致孔剂和引发剂的比例为1∶2～20∶10～40∶3～200∶10～60(mmol∶mmol∶mmol∶mL∶mg)。

4.根据权利要求2或3所述分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于所述功能单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸、4-乙烯吡啶或2-乙烯吡啶。

5.根据权利要求2或3所述分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或二乙烯苯。

6.根据权利要求2或3所述分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于所述致孔剂为乙腈、氯仿、甲醇、乙醇或丙酮与助溶剂三乙胺的混合液。

7.根据权利要求6所述分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于所述致孔剂为体积比为30∶0.5～2的乙腈和三乙胺的混合液。

8.根据权利要求2所述分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于所述制备方法是先将莱克多巴胺模板、致孔剂和功能单体混合形成预聚合物，再加入交联剂和引发剂聚合制备得到分子印迹聚合物；所述预聚合物的制备方法是将莱克多巴胺和致孔剂溶解混合后，加入功能单体，混合后在4～10℃静置过夜，形成预聚合物。

9.根据权利要求8所述分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于所述预聚合物与交联剂和引发剂聚合的时间为24h。

10.权利要求1所述分子印迹聚合物在检测莱克多巴胺中的应用。