CN102212160A

CN102212160A - 波聚合制备左旋氧氟沙星分子印迹聚合物的方法

Info

Publication number: CN102212160A
Application number: CN 201110121645
Authority: CN
Inventors: 柳鑫; 李晓霞; 黄艳萍; 刘照胜
Original assignee: Tianjin Medical University
Current assignee: Tianjin Medical University
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: CN102212160B

Abstract

本发明涉及一种波聚合制备左旋氧氟沙星分子印迹聚合物的方法。将模板分子、功能单体、活性共单体、交联剂、引发剂、发泡剂及表面活性剂，分别按比例混合超声3-5h，使其充分均匀。将混合后的液体混合物注入圆柱型反应器中，将已加热的电烙铁插入液面下，使引发剂受热分解，点燃反应开始。反应开始后，取出电烙铁，靠聚合放热维持反应进行，整个反应过程持续1-2小时。反应完成后，得到黄色聚合物，将其研细，用甲醇/水进行索氏提取，直至在提取液中检测不到模板分子，然后用甲醇洗至中性，晾干，得到分子印迹聚合物。本发明合成方法简单、节能，反应快、效率高；不使用有机溶剂、无需后处理，减少对环境的污染。得到的MIP经吸附实验研究表明，其分子识别性能比常规本体聚合法制备的MIP有较大提高。

Description

波聚合制备左旋氧氟沙星分子印迹聚合物的方法

技术领域

本发明涉及一种波聚合制备左旋氧氟沙星分子印迹聚合物的方法。该法靠自身放热反应产生的热波维持反应进行，制备具有固定空穴大小和形状、有确定排列功能团、识别模板分子的交联高聚物材料，即分子印迹聚合物(MIP)。(molecularly imprinted polymer，MIP)。经波聚合得到的MIP不仅具有印迹效果，而且具有节能、无污染、低成本的优点，同时由于波聚合单体转化速度快，因此得到的MIP结构均匀。

背景技术

分子印迹是近年兴起的一种合成预定选择性分子识别聚合物的技术。它源于以抗原为模板合成抗体的设想，其基本原理是将需要印迹的模板分子与功能单体、交联剂溶于溶剂中，通过聚合反应形成聚合物。随后除去模板分子，得到记录模板分子构型空穴的刚性MIP，该聚合物功能基团在空穴中的排列能与模板分子互补，因而对模板分子具有特异的选择性和吸附能力。当前MIP的制备方法很多，主要有：(1)本体聚合法；(2)悬浮聚合法；(3)分散聚合法；(4)沉淀聚合法；(5)表面印迹聚合法等等。但这些方法都存在一些缺陷，如本体聚合制备的MIP，必须经过研磨、筛分等处理。但在研磨过程中不可避免地破坏部分结合位点，得到粒子形状不均匀，最终MIP的产率只有50％左右；悬浮聚合法制备平均粒径小于10μm的MIP时，产物的单分散性和规整性都急剧下降，且亚微米级的微球难以得到；分散聚合法制备过程较为复杂，且所用到的分散剂和惰性分散体系昂贵；沉淀聚合法产率低；表面模板聚合法制备方法虽然较为简单，但只能进行少部分特定分子的印迹，应用范围较窄。除此之外，上述方法都不易大规模生产，因此需要发展新的合成技术用于MIP的制备。

波聚合是在高温燃烧合成的基础上发展起来的聚合物制备技术，它通过局部反应区域的自蔓延而将单体转化为聚合物。作为制备材料的新技术，目前波聚合已用于：(1)制备热致变色复合材料；(2)制备互穿聚合物网络；(3)制备功能梯度材料；(4)合成高吸水树脂；(5)固化环氧树脂。与传统的聚合物制备技术相比，波聚合具有成本低、无废物排放和产品结构可控等工艺优势。由于波聚合不需要外界持续供热、无溶剂排放和反应设备简单，是一种节能无污染的低成本材料制备工艺。因此，极具应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波聚合制备左旋氧氟沙星分子印迹聚合物的方法。利用波聚合的方法合成MIP，从而为MIP的制备提供一种节能、无有机溶剂污染的低成本大规模制备工艺。具有简单、节能，反应快、效率高的特点；该方法不使用有机溶剂、无需后处理，减少对环境的污染，得到的MIP经吸附实验研究表明，其分子识别性能比常规本体聚合法制备的MIP有较大提高。

本发明提供的波聚合制备左旋氧氟沙星分子印迹聚合物的方法包括如下步骤：

将模板分子、功能单体、交联剂，引发剂、发泡剂、活性共单体及表面活性剂混合，超声3-5h，使其充分混合均匀，加热，使引发剂受热分解，点燃反应开始，反应开始后，撤离热源，靠聚合放热产生的热波维持反应进行，整个反应1-2小时，得到黄色聚合物，将其研细，用甲醇/水(体积比＝80∶20)进行索氏提取，直至在提取液中检测不到模板分子，然后用甲醇洗至中性，晾干，得到MIP。

所述的模板分子为左氧氟沙星；功能单体为甲基丙烯酸；交联剂为二乙烯苯；引发剂为偶氮二异丁腈；表面活性剂为十二烷基磺酸钠；活性共单体为丙烯酰胺；发泡剂为碳酸钠。

反应物组分的质量百分数为模板分子3.4～6.8％、功能单体13.0％、交联剂67.5％、引发剂3.6％、表面活性剂1.4％、活性共单体1.6％～6.5％及发泡剂0.2％～1.0％。

反应器为圆柱型，加热是使用已加热的电烙铁插入液面下，使引发剂受热分解，点燃反应开始。

本发明首次采用波聚合合成具有预定选择性的分子印迹聚合物。波聚合通过对含有单体和引发剂的混合物进行局部加热点燃，引发剂受热分解，引发单体发生聚合反应。撤离热源后，聚合反应本身产生的热量向未反应区域扩散，继续引发聚合，从而产生反应-热扩散耦合循环的狭窄反应区域，即聚合波。所述MIP的合成过程聚合波以上是MIP，聚合波以下为未反应液；MIP的合成只在波界面上发生；合成过程不需要外加热源，完全靠自身反应放出的热量维持反应进行完全。这种合成技术具有很多特点：1)波聚合是一种靠聚合反应自身放出的热量完成制备高分子聚合物的新型合成技术；2)波聚合过程可以在高的单体和引发剂浓度下反应而不会发生“暴聚”现象，而且反应快、效率高；3)相对于常规制备工艺，聚合波的高温和快速蔓延能有效地抑制相分离，得到具有特殊结构的聚合物；4)制备过程没有大量有机溶剂的使用和耗能耗时的分离工序等后处理，减少对环境的污染。

本发明采用通过实验设计，找到发生波聚合最适宜反应物配比；即印迹分子和功能单体的比例，且在加入活性单体——丙烯酰胺的条件下，制备得到对左氧氟沙星具有较好选择性的印迹聚合物。在同组分配比下，将波聚合与常规聚合工艺进行了对比，波聚合产物的孔结构和识别性能均优于常规聚合，孔体积提高了近3倍，分子识别性能提高了2倍。

本发明的优点还在于：合成方法简单、节能，反应快、效率高；不使用有机溶剂、无需后处理，减少对环境的污染。得到的MIP经吸附实验研究表明，其分子识别性能比常规本体聚合法制备的MIP有较大提高。

附图说明

图1波聚合及本体聚合制备MIP孔径分布比较图。

图2波聚合制备左氧氟沙星MIP的吸附曲线图。

图3不同反应容器口径下的左氧氟沙星MIP的吸附曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步详细地阐述本发明。

实施例1

压汞法表征MIP孔结构

利用波聚合及本体聚合法合成左氧氟沙星为模板的MIP，比较两种合成方法得到的左氧氟沙星MIP形态学的不同。合成反应条件及处理方法如下：

本体聚合法制备左氧氟沙星印迹聚合物：称取左氧氟沙星0.4mmol、偶氮二异丁腈20mg于玻璃安瓿瓶中，加入8ml乙腈，超声10min(超声功率40W)使其混合均匀，再加入甲基丙烯酸3.2mmol，二乙烯苯9.6mmol，将此混合物再超声震荡30min，通氮气5min，密封后于60℃水浴锅中加热24h，得到印迹聚合物。

波聚合法制备左氧氟沙星MIP：准确称取左氧氟沙星4.8054g、偶氮二异丁腈2.50g、十二烷基硫酸钠1.00g、丙烯酰胺4.5813g、Na₂CO₃ 0.70g、甲基丙烯酸9.11g、二乙烯苯47.295g，上述药品置于锥形瓶，放入大超声器中，超声5h，转移上述液体于某一试管或药瓶中，将加热的电烙铁插入液面下引发反应，整个反应过程将持续1-2小时。

模板分子的去除：将上述两种不同方法制备的左氧氟沙星MIP研细，用甲醇/水(体积比＝80∶20)进行索氏提取，直至在提取液中检测不到模板分子，然后用甲醇洗至中性，晾干。

通过压汞法对上述两种不同方法制备的左氧氟沙星MIP的孔结构进行表征。

结果表明，波聚合方法合成的MIP和常规方法合成的MIP孔径分布有很大的不同，波聚合的聚合物在20μm处的大孔含量最大，常规的聚合物在10μm处的大孔含量最大，而且波聚合的大孔峰值远小于常规方法的大孔峰值(图1)。

实施例2

平衡吸附实验研究波聚合方法制备分子印迹聚合物对印迹分子的吸附性能

为了考察波聚合方法制备的MIP对模板分子的特异性识别能力，测定了MIP及在0～5mmol/L范围内的吸附等温线。具体操作步骤如下：

同上述波聚合法合成左氧氟沙星MIP，同时制备不加模板分子的非印迹空白聚合物。洗去模板分子。

称取干燥的聚合物20.0mg放入10mL离心管中，加入2.0mL浓度在0～5mmol/L的左氧氟沙星乙腈溶液，放入振荡器中，室温下振荡5h，然后将混合液转入高速离心机中以3000r/min离心10min，取50μL的离心上清液，用乙腈稀释至10ml，用分光光度法在288nm波长下测定左氧氟沙星的平衡浓度。

根据结合前后溶液中左氧氟沙星浓度的变化计算聚合物对左氧氟沙星的结合吸附量Qe，计算公式为：

Q_{e} = \frac{(C_{0} - C_{e}) \times V}{M}

Q_e(μmol/g)为聚合物吸附左氧氟沙星的量，C_o、C_e分别为左氧氟沙星溶液的初始浓度和达平衡时的浓度，V为加入的吸附母液的体积，M为实验中使用的聚合物的质量。平行测定3次，取平均值。以加入纯乙腈的聚合物离心上清液作为空白。

以Qe对Ce作图即可得波聚合制备的MIP吸附等温线。

结果显示，随着吸附母液浓度的增大，聚合物对左氧氟沙星的吸附量趋于稳定，且MIP对于左氧氟沙星的吸附量明显大于空白聚合物(图2)。说明波聚合方法制备的MIP对模板分子有较强的特异性识别能力，

实施例3

反应容器口径的考察

采用波聚合方法，分别制备反应容器口径为25，35，45，55mm时的左氧氟沙星MIP。考察不同反应容器口径的左氧氟沙星波聚合产物的吸附效果。

结果显示，随着吸附母液浓度的增大，聚合物对左氧氟沙星的吸附量趋于稳定，不同反应容器口径下合成的印迹聚合物吸附量存在明显差异，其中，反应容器口径为35mm时所合成的印迹聚合物的最大吸附量最大(图3)。

Claims

1.一种波聚合制备左旋氧氟沙星分子印迹聚合物的方法，其特征在于包括如下步骤：

将模板分子、功能单体、交联剂，引发剂、发泡剂、活性共单体及表面活性剂混合，超声3-5h，使其充分混合均匀，加热，使引发剂受热分解，点燃反应开始，反应开始后，撤离热源，靠聚合放热产生的热波维持反应进行，整个反应1-2小时，得到黄色聚合物，将其研细，用甲醇/水(体积比＝80∶20)进行索氏提取，直至在提取液中检测不到模板分子，然后用甲醇洗至中性，晾干，得到MIP；所述的模板分子为左旋氧氟沙星；功能单体为甲基丙烯酸；活性共单体为丙烯酰胺。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的交联剂为二乙烯苯。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的引发剂为偶氮二异丁腈。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的表面活性剂为十二烷基磺酸钠。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的发泡剂为碳酸钠。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于反应物组分的质量百分数为模板分子3.4～6.8％、功能单体13.0％、交联剂67.5％、引发剂3.6％、表面活性剂1.4％、活性共单体1.6％～6.5％及发泡剂0.2％～1.0％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的反应器为圆柱型，加热是使用已加热的电烙铁插入液面下，使引发剂受热分解，点燃反应开始。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的反应物组分模板分子、功能单体、交联剂，引发剂、表面活性剂、活性共单体及发泡剂的质量组成：