CN102335593A

CN102335593A - 一种用作玉米赤霉醇选择性吸附剂的均一分子印迹聚合物微球及制备方法和应用

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Publication number: CN102335593A
Application number: CN2010102328440A
Authority: CN
Inventors: 雷建都; 马光辉; 苏志国; 寇星; 翟艳琴
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-02-01

Abstract

一种用作玉米赤霉醇选择性吸附的分子印迹聚合物微球，平均粒径为1μm到300μm，其粒径分布系数C.V.不大于15％。其制备方法为：以玉米赤霉醇的结构类似物环十二烷基2，4-二羟基苯(CDHB)为模板分子，利用微流控装置制备环十二烷基2，4-二羟基苯的分子印迹聚合物微球(CDHB-MIPs)，CDHB-MIPs微球粒径均一性好，对玉米赤霉醇具有好的选择性吸附能力。该微流控装置含有多个微通道，将微流控装置放置于连续相液面下，让连续相在一定转速下流动，将含有CDHB的分散相溶液用注射泵驱动进入微流控装置中，当分散相从微通道进入连续相中时，产生乳液，乳滴经固化得到聚合物微球，将聚合物微球洗脱除去模板分子，便得到CDHB分子印迹聚合物微球。其中，分散相中含有模板分子CDHB、功能单体、交联剂、引发剂和致孔溶剂，连续相中含有水和分散剂。

Description

一种用作玉米赤霉醇选择性吸附剂的均一分子印迹聚合物微球及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及功能高分子材料及生化分离、分析化学领域。更具体地说，涉及一种环十二烷基2，4-二羟基苯的分子印迹聚合物微球。

本发明还涉及上述分子印迹聚合物微球的制备方法。

本发明还涉及上述分子印迹聚合物微球的应用。

背景技术

玉米赤霉醇(zeranol，α-zearalanol，α-ZAL)又名“右环十四酮酚”，属于玉米赤霉菌素，是玉米赤霉菌中二羟苯甲酸内酯的衍生物，是一种非甾体类同化激素。玉米赤霉醇能提高牛羊的胴体瘦肉率及饲料转化率，曾作为牛羊增重剂以埋植的形式使用，以促进牛羊蛋白质合成和增重，在美国等几十个国家广泛使用了几十年，国内从20世纪80年代末期开始示范及推广应用。玉米赤霉醇及其代谢产物具有雌激素类物质的生物活性，对促性腺激素结合受体、体外肝脏激素结合受体均有抑制作用。雌激素类物质的残留会引起人体性激素机能紊乱及影响第二性征的正常发育，在外部条件诱导下，还可能致癌。玉米赤霉醇排出动物体外后，还可经饮水和食物造成二次污染及环境污染。欧盟于1998年明确禁止将玉米赤霉醇、己烯雌酚等激素类药物应用于畜禽养殖。2002年，我国农业部也明确禁止将玉米赤霉醇等激素类药物用于畜禽促生长。

因此，发展玉米赤霉醇的快速、灵敏检测方法对于食品安全检测具有重要意义。目前用于检测动物组织中玉米赤霉醇残留的方法主要有薄层色谱法(TLC)、高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)和免疫测定(IA)等方法。但由于玉米赤霉醇在动物体内残留量很低，残留检测困难，往往需要将样品中的玉米赤霉醇分离富集，然后进行检测。而目前多数采用的吸附剂选择性差。

分子印迹技术是一种新兴的分离分析技术，其能够制备对目标分子具有预定选择性的聚合物，所制得的聚合物被称为分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymers，通常简写为MIPs)。由于MIPs对目标分子具有高选择性的优点，近年来得到快速发展。

目前已有关于玉米赤霉醇分子印迹聚合物制备方法的报道，获得的玉米赤霉醇分子印迹聚合物多为块状，需要研磨、筛分，过程繁琐、浪费大、重现性差。而且，由于玉米赤霉醇价格昂贵，当采用其作为模板分子制备分子印迹聚合物时，成本较高。此外，已有文献报道以玉米赤霉醇的结构类似物环十二烷基2，4-二羟基苯(cyclododecyl 2，4-dihydroxybenzoate，CDHB)为模板分子制备分子印迹聚合物(CDHB-MIPs)，并用以选择性吸附玉米赤霉醇及其代谢产物。但其获得的分子印迹聚合物(CDHB-MIPs)也为块状，同样需要研磨、筛分，操作繁琐、浪费大、重现性不好。

采用微流控装置(Microfluidic Device，也可称作微流控芯片)或微流控反应器(Microfluidic Reactor)制备微球是最近几年才出现的一种制备尺寸均一、可控微球的有效方法。

因此，本发明专利采用微流控装置来制备粒径均一性好的球形CDHB分子印迹聚合物，并用作玉米赤霉醇的选择性吸附剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用作玉米赤霉醇选择性吸附的分子印迹聚合物微球，其粒径分布窄，按下式计算的粒径分布系数不大于15％：

C.V.＝{[∑(di-d)²/N]^1/2/d}×100％

式中，C.V.代表粒径分布系数；di代表各个纳微球的直径；d代表微球的数均平均粒径，d＝∑di/N；N为用于计算粒径的微球数量，且N≥200个。

本发明的又一目的在于提供上述分子印迹聚合物微球的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的环十二烷基2，4-二羟基苯的分子印迹聚合物微球，平均粒径为1μm到300μm，优选为5μm到100μm。

本发明提供的上述CDHB分子印迹聚合物微球的制备方法，首先利用微流控装置制备乳液，然后固化得到分子印迹聚合物微球。该微流控装置包括多个微通道，当分散相在恒流泵或注射泵驱动下从微通道进入连续相中时，产生乳液，乳液转移到另一容器中，经固化得到聚合物微球，将微球洗脱除去模板分子，便得到环十二烷基2，4-二羟基苯的分子印迹聚合物微球。

主要步骤如下：

①配制分散相溶液，由功能单体、模板分子环十二烷基2，4-二羟基苯、致孔溶剂、交联剂、引发剂组成的混合溶液，超声脱气5～10min，通入氮气5～20min。

②配制连续相溶液，将分散剂加入分散介质即连续相中，超声脱气5～10min，通入氮气10～20min。

③将微流控装置放入到连续相溶液中，使微通道尽量保持水平，并置于连续相液面下至少3-5毫米，连接微流控装置与注射泵，在一定转速下搅拌连续相，启动注射泵，使①所述分散相溶液在注射泵驱动下从微通道进入②所述连续相溶液中，产生乳液。

④将③制得的乳液转入到另一容器中，在氮气保护下，交联聚合得到聚合物微球。

⑤将④得到的微球进行冲洗，以除去微球中的模板分子和未反应的功能单体，便得到环十二烷基2，4-二羟基苯的分子印迹聚合物微球。

上面所述所述的分子印迹聚合物微球的制备方法，其中，模板分子是环十二烷基2，4-二羟基苯。

上面所述的分子印迹聚合物微球的制备方法中，模板分子、功能单体、交联剂的摩尔比为1∶2～10∶8～50，优选1∶3∶20。

上面所述的分子印迹聚合物微球的制备方法中，功能单体是4-乙烯基吡啶、烯丙基哌嗪(Allylpiperazine)、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(2-(diethylamino)ethyl methacrylate)、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸，优选烯丙基哌嗪。功能单体可以是其中一种，也可以是二种或三种的混合物。

上面所述的分子印迹聚合物微球的制备方法中，交联剂是乙二醇二甲基丙烯酸酯EDMA、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯TRIM。

上面所述的分子印迹聚合物微球的制备方法中，致孔溶剂是氯仿和乙酸乙酯溶液，乙酸乙酯的重量比为4∶1至1∶4之间的任意比例。

上面所述的分子印迹聚合物微球的制备方法中，连续相是含有分散剂的水溶液，分散剂是聚乙烯醇PVA和十二烷基磺酸钠SDS，其中PVA重量百分比浓度为0.3％～4％，SDS重量百分比浓度为0.05～0.5％。

上面所述的分子印迹聚合物微球可用作玉米赤霉醇的选择性吸附剂。

上面所述的分子印迹聚合物微球也可作为色谱介质用于玉米赤霉醇的分析或分离。

上面所述的微流控装置由边长相同的正方形底片和盖片封接而成，底片和盖片为玻璃或石英玻璃材质，厚度为0.8～3毫米，底片四周每侧有多个微通道，采用氢氟酸湿法刻蚀而成。底片四周每侧的微通道数量相同，每侧有n个微通道，每个微通道的宽度、深度和长度一样，微通道宽为5～400微米，长度为1～10毫米，深度为1～150微米。两个微通道的间距为微通道宽度的3～20倍。所有微通道均与底片中间的正方形腔室连通，该正方形槽深度为100～500微米。盖片正中间有一个圆孔，圆孔直径在1～4毫米之间，该圆孔穿透盖片。将底片和盖片键合、封接后，得到含有多个微通道的微流控装置。使用时，连续相在一定转速下流动，分散相通过连接管从中间的圆孔进入正方形腔室，然后进入微通道，再从微通道进入连续相中，产生乳滴。

上面所述的微通道宽度是微通道上部(即微通道与盖片封接处)的微通道宽度。因为采用氢氟酸湿法刻蚀的微通道通常为倒梯子形，上部较宽，底部较窄。

上述微流控装置四周每侧都n个微通道，其中1≤n≤1000，n为整数。

附图说明

图1为微流控装置制备乳液的示意图，连续相在磁力搅拌下流动，分散相在注射泵的驱动下，进入微流控装置的腔室中，再经微通道进入连续相中，乳滴在连续相与微通道界面处形成，并在连续相流动下带走。

图2为微流控装置中微通道结构示意图，图中有底片A和盖片B。底片A和盖片B为正方形，边长相同，底片A和盖片B的厚度可以相同，也可以不相同。底片四周刻有多个微通道，中间有一正方形腔室。盖片正中有一圆孔，圆孔透过盖片。底片和盖片封接后，得到微流控装置。

具体实施方式

本发明的微流控装置，由于每个微通道尺寸相同，液滴在每个微通道与连续相界面处受到的剪切力比较均一，因此，本发明专利得到的乳滴粒径均一性好，乳滴经固化后得到的聚合物微球均一性好。此外，本发明专利的微流控装置含有多个微通道，乳液制备速度较快。

关于分子印迹聚合物微球的制备，影响分子印迹聚合物性能的因素很多，包括：模板分子用量，功能单体、交联剂、致孔剂的种类和用量，聚合温度、时间，引发剂用量等。因此，分子印迹聚合物微球需要考察多个条件。

用于对照的空白聚合物的制备方法，除了没有添加模板分子CDHB以外，其它条件与分子印迹聚合物相同。

实施例1

首先配制分散相溶液，将1mmol模板分子CDHB超声溶解在致孔剂氯仿和乙酸乙酯(重量比为1∶1)5mL中，加入功能单体4-乙烯基吡啶4mmol，交联剂EDMA 19mmol、引发剂偶氮二异丁腈AIBN 0.20g，溶液经过超声脱气5min，通氮气除氧10min，然后将此溶液移入注射泵的注射器中(尽量避免空气进入注射器)；配制连续相溶液，将分散剂PVA 0.72g加入60mL水中，搅拌溶解，超声脱气5min，通入氮气除氧20min，置于连续相容器中。

连续相在210rpm下搅拌，并通入氮气。在注射泵驱动下，分散相溶液通过连接管进入微流控装置的正方形腔室中，再通过微通道进入连续相中，乳滴不断形成。制备的乳液转入到另一容器中，在通氮气保护下，于60℃下聚合24h，得到聚合物微球。

获得的聚合物微球用含有10％乙酸的乙酸乙酯溶液冲洗，直到洗出液中没有CDHB检出为止，再用乙酸乙酯冲洗，过滤，真空干燥，便得到粒径均一性好的CDHB分子印迹聚合物微球。

用于对照的空白聚合物微球，除了没有添加模板分子CDHB以外，其它条件与CDHB分子印迹聚合物微球的制备条件相同。

分别称取120mg CDHB分子印迹聚合物和空白聚合物微球放入3.5mL、1.5×10^-4mol/L玉米赤霉醇的2％的甲醇水溶液中，振荡吸附12h，离心后，分别测定上清液中玉米赤霉醇含量，通过吸附前后的玉米赤霉醇含量，计算CDHB分子印迹聚合物微球和空白聚合物微球对玉米赤霉醇的吸附百分比，结果分别为85.2％、43.3％。表明CDHB分子印迹聚合物对玉米赤霉醇具有较好的选择性吸附能力。

实施例2

首先配制分散相溶液，将1mmol模板分子CDHB超声溶解在致孔剂氯仿和乙酸乙酯(重量比为4∶6)6mL中，加入功能单体烯丙基哌嗪3mmol，交联剂EDMA 18mmol、引发剂偶氮二异丁腈AIBN 0.22g，溶液经过超声脱气5min，通氮气除氧10min，然后将此溶液移入注射泵的注射器中(尽量避免空气进入注射器)；配制连续相溶液，将分散剂PVA 0.78g加入66mL水中，搅拌溶解，超声脱气5min，通入氮气除氧20min，置于连续相容器中。

连续相在230rpm下搅拌，并通入氮气。在注射泵驱动下，分散相溶液通过连接管进入微流控装置的正方形腔室中，再经微通道进入连续相中，乳滴不断形成。制备的乳液转入到另一容器中，在通氮气保护下，于60℃下聚合24h，得到聚合物微球。

分别称取120mg CDHB分子印迹聚合物和空白聚合物微球放入3.5mL、1.5×10^-4mol/L玉米赤霉醇的2％的甲醇水溶液中，振荡吸附16h，离心后，分别测定上清液中玉米赤霉醇含量，通过吸附前后的玉米赤霉醇含量，计算CDHB分子印迹聚合物微球和空白聚合物微球对玉米赤霉醇的吸附百分比，结果分别为91.2％、43.3％。表明CDHB分子印迹聚合物对玉米赤霉醇具有较好的选择性吸附能力。

实施例3

首先配制分散相溶液，将1mmol模板分子CDHB超声溶解在致孔剂氯仿和乙酸乙酯(重量比为4∶6)9mL中，加入功能单体烯丙基哌嗪5mmol，交联剂EDMA 30mmol、引发剂偶氮二异丁腈AIBN 0.22g，溶液经过超声脱气5min，通氮气除氧10min，然后将此溶液移入注射泵的注射器中(尽量避免空气进入注射器)；配制连续相溶液，将分散剂PVA 1.28g加入90mL水中，搅拌溶解，超声脱气5min，通入氮气除氧20min，置于连续相容器中。

连续相在180rpm下搅拌，并通入氮气。在注射泵驱动下，分散相溶液通过连接管进入微流控装置的正方形腔室中，再经微通道进入连续相中，乳滴不断形成。制备的乳液转入到另一容器中，在通氮气保护下，于62℃下聚合18h，得到聚合物微球。

实施例4

首先配制分散相溶液，将1mmol模板分子CDHB超声溶解在致孔剂氯仿和乙酸乙酯(重量比为1∶4)10mL中，加入功能单体烯丙基哌嗪4mmol，交联剂三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯36mmol、引发剂偶氮二异丁腈AIBN 0.28g，溶液经过超声脱气5min，通氮气除氧10min，然后将此溶液移入注射泵的注射器中(尽量避免空气进入注射器)；配制连续相溶液，将分散剂PVA 1.52g加入100mL水中，搅拌溶解，超声脱气5min，通入氮气除氧20min，置于连续相容器中。

连续相在260rpm下搅拌，并通入氮气。在注射泵驱动下，分散相溶液通过连接管进入微流控装置的正方形腔室中，再经微通道进入连续相中，乳滴不断形成。制备的乳液转入到另一容器中，在通氮气保护下，于62℃下聚合20h，得到聚合物微球。

实施例5

首先配制分散相溶液，将1mmol模板分子CDHB超声溶解在致孔剂氯仿和乙酸乙酯(重量比为2∶1)6mL中，加入功能单体烯丙基哌嗪2mmol，交联剂三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯10mmol、引发剂偶氮二异丁腈AIBN 0.16g，溶液经过超声脱气5min，通氮气除氧10min，然后将此溶液移入注射泵的注射器中(尽量避免空气进入注射器)；配制连续相溶液，将分散剂PVA 1.12g加入62mL水中，搅拌溶解，超声脱气5min，通入氮气除氧20min，置于连续相容器中。

连续相在150rpm下搅拌，并通入氮气。在注射泵驱动下，分散相溶液通过连接管进入微流控装置的正方形腔室中，再经微通道进入连续相中，乳滴不断形成。制备的乳液转入到另一容器中，在通氮气保护下，于58℃下聚合19h，得到聚合物微球。

实施例6

首先配制分散相溶液，将1mmol模板分子CDHB超声溶解在致孔剂氯仿和乙酸乙酯(重量比为1∶1)6mL中，加入功能单体烯丙基哌嗪2mmol和甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯2mmol，交联剂EDMA 20mmol、引发剂偶氮二异丁腈AIBN 0.25g，溶液经过超声脱气5min，通氮气除氧10min，然后将此溶液移入注射泵的注射器中(尽量避免空气进入注射器)；配制连续相溶液，将分散剂PVA1.08g加入72mL水中，搅拌溶解，超声脱气5min，通入氮气除氧20min，置于连续相容器中。

连续相在240rpm下搅拌，并通入氮气。在注射泵驱动下，分散相溶液通过连接管进入微流控装置的正方形腔室中，再经微通道进入连续相中，乳滴不断形成。制备的乳液转入到另一容器中，在通氮气保护下，于60℃下聚合16h，得到聚合物微球。

Claims

1.一种用作玉米赤霉醇选择性吸附的分子印迹聚合物微球，平均粒径为1μm到300μm，其粒径分布窄，按下式计算的粒径分布系数不大于15％：

C.V.＝{[∑(di-d)²/N]^1/2/d}×100％

2.根据权利要求1所述的分子印迹聚合物微球，其中，平均粒径为5μm到100μm。

3.权利要求1所述的分子印迹聚合物微球的制备方法，主要步骤如下：

①配制分散相溶液，由功能单体、模板分子、致孔溶剂、交联剂、引发剂组成的混合溶液，超声脱气5～10min，通入氮气5～20min；

②配制连续相溶液，将分散剂加入分散介质即连续相中，超声脱气5～10min，通入氮气10～20min；

③将微流控装置放入到连续相溶液中，使微通道尽量保持水平，并置于连续相液面下至少3-5毫米，连接微流控装置与注射泵，在一定转速下搅拌连续相，启动注射泵，使①所述分散相溶液在注射泵驱动下从微通道进入②所述连续相溶液中，产生乳液；

④将③制得的乳液转入到另一容器中，在氮气保护下，交联聚合得到聚合物微球；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，模板分子是环十二烷基2，4-二羟基苯。

5.根据权利要求3所述的制备方法，所述模板分子、功能单体、交联剂的摩尔比为1∶2～10∶8～50。

6.根据权利要求3所述的制备方法，所述的功能单体是4-乙烯基吡啶、烯丙基哌嗪、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸。

7.根据权利要求3所述的制备方法，所述的交联剂是乙二醇二甲基丙烯酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯。

8.根据权利要求3所述的制备方法，所述的致孔溶剂是氯仿和乙酸乙酯溶液，乙酸乙酯的重量比为4∶1至1∶4之间的任意比例。

9.根据权利要求3所述的制备方法，所述的连续相是含有分散剂的水溶液，分散剂是聚乙烯醇PVA和十二烷基磺酸钠SDS，其中PVA重量百分比浓度为0.3％～4％，SDS重量百分比浓度为0.05～0.5％。

10.权利要求1所述的分子印迹聚合物微球作为玉米赤霉醇的选择性吸附剂的用途。