CN102336871B - 一种尺寸均一的氯霉素分子印迹聚合物微球及制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

一种氯霉素分子印迹聚合物微球，平均粒径为1μm到300μm，粒径分布系数C.V.不大于15％。其制备方法为：首先利用微流控装置制备乳液，然后固化得到分子印迹微球。该微流控装置包括多个微通道，当分散相在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，将聚合物微球洗脱除去模板分子，便得到分子印迹聚合物微球。其中，分散相中含有模板分子氯霉素、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。本发明还提供了氯霉素分子印迹微球的用途。

Description

一种尺寸均一的氯霉素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，涉及一种尺寸均一的氯霉素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

随着人们对动物性食品需求量的增加，动物性食品中的兽药残留问题也越来越成为全社会共同关注的焦点。为了保障我国人民的身体健康、有效控制兽药在可食性动物产品中的残留量，必须大力开展动物源性产品中痕量兽药残留物质的检测工作。 

氯霉素(Chloramphenicol，CAP)是一种杀菌力很强的广谱抗生素，具有优良的抗菌性，且价格低廉，因而得到广泛应用。但是，氯霉素的使用却存在着严重的副作用，它能引发人生成再生障碍性贫血、粒状白细胞缺乏症等疾病，世界各国和组织也因此纷纷加强了对食品中氯霉素残留的监测与控制。 

目前报道的氯霉素检测方法有很多，在残留检测中应用的主要有微生物法、液相色谱法、气相色谱法、色谱-质谱联用法、放射性免疫分析法、酶联免疫分析法和金标试纸条法等。后三种主要是筛选检测方法，而确证检测方法主要是气质联用法和液质联用法。但是由于动物源食品成分复杂，样品浓度低，限制了氯霉素的快速检测。目前，通常采用吸附剂将样品中的氯霉素富集，然后进行检测，但所采用的吸附剂往往选择性差，因此需要发展一种新的高选择性吸附和色谱介质。 

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与目标分子具有“锁-钥”关系，具有 高选择性和高强度(即耐热、耐有机溶剂、耐酸碱)的优点，近年来得到快速发展。 

目前，已有关于氯霉素的分子印迹聚合物文献报道，主要采用两种方法制备：其一，采用溶液聚合或本体聚合法，得到的氯霉素分子印迹聚合物为块状，分辨率低，并且吸附效率较低、用于色谱填料时，容易引起色谱峰展宽、拖尾严重；其二，采用悬浮聚合法制备，得到球形较好的分子印迹聚合物微球，但得到的氯霉素分子聚合物微球粒径均一性差，通常变异系数CV＞35％以上，影响了选择性吸附效果，并且当用于色谱介质时，需要筛分获得一定粒径范围微球，造成浪费。 

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氯霉素分子印迹聚合物微球。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种氯霉素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(C.V.)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氯霉素分子印迹聚合物微球的制备方法。 

为实现上述目的，本发明提供的氯霉素分子印迹聚合物微球，平均粒径为1μm到300μm，优选为5μm到100μm。 

本发明提供的上述氯霉素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，便得到氯霉素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、模板分子氯霉素、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15min； 

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20min； 

③将微流控装置放入到连续相溶液中，让微通道尽量保持水平，并置于连续相液面下至少3-5毫米，用管道连接微流控装置与注射泵；在一定转速下搅拌连续相，转速不能太大，在50～500rpm之间，优选100-300rpm；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，以除去微球中的氯霉素和未反应的功能单体，便得到分子印迹聚合物微球。 

上面所述的氯霉素分子印迹聚合物微球的制备方法中，氯霉素分子、功能单体、交联剂的摩尔比为1∶1～8∶2～50。 

上面所述的氯霉素分子印迹聚合物微球的制备方法中，功能单体是甲基丙烯酸、丙烯酰胺、4-乙烯基吡啶、2-乙烯基吡啶、苯乙烯、环糊精或甲基丙烯酸甲酯。 

上面所述的氯霉素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、二乙烯基苯、甲苯-2，4-二异氰酸酯或2，2-羟甲基丁醇三甲基丙烯酯。 

上面所述的氯霉素分子印迹聚合物微球的制备方法中，致孔剂是氯仿和乙酸乙酯溶液，氯仿与乙酸乙酯的重量比为1∶0至0∶1之间的任意比例。 

上面所述的氯霉素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、Tween 20、Tween 60或Tween 80，分散剂重量百分比浓度为0.1％～5％之间。 

上面所述的氯霉素分子印迹聚合物微球作为氯霉素的选择性吸附的用途。 

上面所述的氯霉素分子印迹聚合物微球作为色谱介质的用途。 

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0.5～3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5～300微米，长度为1～10毫米，深度为1～100微米。两个微通道的间距为微通道宽度的3～10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100～400微米。盖片正中间有一个圆孔，圆孔直径在1～5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。 

上面所述的微流控装置四周每侧都有n个微通道，其中1≤n≤1500，n为整数。 

附图说明

图1为微流控装置制备微球的示意图，连续相在磁力搅拌下流动，分散相在注射泵的驱动下，进入微流控装置中，然后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氯霉素以外，其它条件与分子印迹聚合物微球的制备条件相同。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

Claims (7)

1.一种氯霉素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％

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。

2.权利要求1所述氯霉素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、模板分子氯霉素、致孔溶剂、交联剂、引发剂组成的混合溶液，超声脱气3～10min，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3～10min，通入氮气5～20min；

③将微流控装置放入连续相溶液中，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所述的连续相溶液中，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，以除掉微球中的氯霉素和未反应的功能单体，便得到分子印迹聚合物微球。

3.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，氯霉素、功能单体、交联剂的摩尔比为1∶1～8∶2～50。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，功能单体是甲基丙烯酸、丙烯酰胺、4-乙烯基吡啶、2-乙烯基吡啶、苯乙烯、环糊精或甲基丙烯酸甲酯。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，交联剂是乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯、甲苯-2，4-二异氰酸酯或2，2-羟甲基丁醇三甲基丙烯酯。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，致孔溶剂是氯仿和乙酸乙酯溶液，氯仿与乙酸乙酯的重量比为1∶0至0∶1之间的任意比例。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，连续相是含有分散剂的水溶液，分散剂是聚乙烯醇PVA、Tween20、Tween60或Tween80，分散剂重量百分比浓度为0.1％～5％之间。

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