CN102489277B - 克仑特罗表面分子印迹材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种克仑特罗表面分子印迹材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：①硅胶的活化；①硅胶的活化；②硅胶双键键合；③硅胶表面化学接枝；④产物制得。本发明还公开了该表面分子印迹材料在检测克仑特罗残留上的应用。与现有技术相比，本发明的优点在于：克仑特罗表面分子印迹材料制备过程简单，可操作性强，制备成本低廉；分子印迹材料特异性好，对克仑特罗的吸附平衡时间短，洗脱时间短且洗脱效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面分子印迹材料的制备方法，尤其涉及一种能检测克仑特罗残留的表面分子印迹材料制备方法。本发明还公开了该表面分子印迹材料的应用。
背景技术
克仑特罗是一类选择性肾上腺素受体激动剂，俗名“瘦肉精”，在动物眼睛、毛发、肝、肺、肾等组织中易引起蓄积。人类食后含有克仑特罗的食品后会产生严重的毒副作用，主要症状是心跳加速，四肢颤抖、腹痛头晕，同时有呼吸困难、恶心呕吐等症状。长期食用含有克仑特罗的食品会引起人体心血管系统和神经系统的疾病，甚至导致染色体畸变，诱发恶性肿瘤。
克仑特罗残留对人体健康和生命安全造成的严重危害引起世界各国的高度重视。在上世纪90年代，世界各国纷纷禁用克仑特罗在畜牧生产中使用，并将畜产品的克仑特罗残留作为必检项目。目前国内外克仑特罗的残留检测方法主要有色谱法(气相色谱－质谱、液相－质谱等)和免疫检测法。
由于畜产品中脂肪、蛋白质等干扰性基质含量较高，当检测样品为动物器官组织时，需对样品进行提取和净化，主要的前处理方法是固相萃取法(SPE)。然而SPE技术所采用的固相提取填料大多是Cl8，C8，硅胶Silica，阴/阳离子交换等常规的吸附剂。这些吸附剂与分析目标物的作用力是非特异性的。在检测分析动物组织中浓度在μg/kg级的克仑特罗时，萃取和洗脱条件非常难掌握。在检测工作中，经常出现回收率低或杂质干扰大，直接导致检测结果的准确性和检测方法灵敏性有所下降，造成“假阴性”情况也时有发生。对于样品中克仑特罗残留含量的准确判定带来了一定的问题。所以，新型高选择性识别能力填料基质的开发研制是非常重要的。由于具备了独特的选择性和亲和力，近年新兴发展的分子印迹技术生产高选择性和亲和性的萃取吸附填料成为可能。
分子印迹技术是高分子科学、材料科学、生物化学等多学科相结合获得在空间结构和结合位点上与某一分子(模板分子)完全匹配聚合物的新实验制备技术。由于分子印迹聚合物(MIPs)具有良好的物理化学稳定性、耐受高温、高压、酸碱、有机溶剂等恶劣环境的能力、容易保存、制备简便，易实现工业化生产、较好的使用寿命等优点，分子印迹技术(MIT)在药物残留检测分析的固相萃取、现场快速检测试剂盒、生物传感器等研究领域发展迅速。
利用分子印迹(MIP)材料特异性识别克仑特罗的已有少量专利和文献报道，如申请号为200810207771.2《分子印迹聚合物的制备及其用其分离盐酸克伦特罗》(公开号为CN101434679A)及《化学与生物工程》2005.No.6中李更生等人所著的“克伦特罗分子印迹聚合物吸附性能研究”，上述文献均公开了制备克仑特罗分子印迹物的方法，但均采用了本体聚合法。本体聚合法是将模板分子克仑特罗和功能单体甲基丙烯酸、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯按一定的比例混合在致孔剂乙腈或氯仿中，相互作用平衡后，以加热的方式引发交联聚合反应得到固体聚合物，将形成的块状聚合物研磨成一定大小的无定形颗粒，经筛选、洗脱模板分子后在聚合物中便留下与模板分子空间结构与作用位点互补的空穴，得到印迹聚合物微粒，该微粒材料对模板分子具有一定的识别功能。
本体聚合法是目前应用最广、制备印迹聚合物最成熟和最通用的方法，显著的优点是制备过程相对简单，聚合体系控制方便，但存在模板分子包埋过深、难以洗脱、模板渗漏、形状不规则和机械性能低等缺点，在很大程度上抑制了实际样品中的应用。
为了提高印迹材料的应用性能，国内外很多学者致力于研究新的分子印迹材料制备工艺，其中表面分子印迹是近年来兴起的研究热点。在这种方法中，印迹分子只存在于聚合物的表面上。具体是在一个已经制备好的大孔固相载体的表面上，先通过接枝、螯合等作用引入含有双键的单体，再以一定的方式将印迹分子、交联剂和引发剂等混合或是沉积在这种经过化学修饰的表面上，最后引发取合反应得到表面分子印迹物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种克仑特罗表面分子印迹材料制备方法。
本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种吸附速率快的克仑特罗表面分子印迹材料制备方法。
本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种吸附能力强的克仑特罗表面分子印迹材料制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种克仑特罗表面分子印迹材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①硅胶的活化，称取硅胶，用酸的水溶液进行回流活化；
②硅胶双键键合，活化后硅胶与含双键的硅烷偶联剂加热后进行反应；
③硅胶表面化学接枝，在水介质中，以氮气除氧，在引发剂的作用下，将功能单体接技到双键键合的硅胶上，得到接枝微粒；
④产物制得，将接枝微粒加到500~2000mg/L的克仑特罗水溶液中，调节体系pH值至碱性，加入交联剂，加热反应；反应结束后，洗去模板分子克仑特罗，干燥，即得克仑特罗表面分子印迹材料。
步骤①中的硅胶粒径范围在5~200μm之间。
步骤①中的酸为甲烷磺酸或盐酸。
步骤②中的含双键的硅烷偶联剂为3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
作为优选，步骤③中的功能单体为甲基丙烯酸。作为优选，步骤③中的引发剂为过硫酸铵。作为优选，步骤④中的交联剂为乙二醇二缩水甘油醚。
作为优选，步骤④中的碱性满足pH为8~9.5之间。作为优选，步骤②中加热温度为40~70℃，步骤④中的加热温度为40~80℃。
表面分子印迹材料在克仑特罗残留中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：克仑特罗表面分子印迹材料制备过程简单，可操作性强，制备成本低廉；分子印迹材料特异性好，对克仑特罗的吸附平衡时间短，洗脱时间短且洗脱效果好。可广泛应用于环境、生物、食品等样品中克仑特罗残留的前处理过程。
附图说明
图1为实施例1所得的表面分子印迹材料的克仑特罗吸附动力学曲线图。
图2为实施例1所得的表面分子印迹材料的克仑特罗洗脱曲线图。
图3为实施例1所得的表面分子印迹材料对克仑特罗、莱克多巴胺及沙丁胺醇三种物质的吸附量柱状图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
称取硅胶（粒径5μm）30g，加入10%的甲烷磺酸水溶液150mL，回流温度下搅拌8h后，用蒸馏水洗至中性，65℃干燥12h后得到活化硅胶。将10g活化硅胶加入到400mL水中，加入10mL 3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，在50℃下搅拌反应24h，产物用水、乙醇洗涤，再经65℃干燥12h后得到双键健合硅胶。在烧瓶中加入200mL水、3g双键键合硅胶，搅拌1h，再加入10mL甲基丙烯酸，在N2保护下搅拌1h，加入1mL 20%过硫酸铵溶液，升温至70℃，搅拌进行接枝聚合反应，24h后得到接枝微粒。用乙醇索氏抽提24h，然后65℃干燥12h后备用。取50mL浓度为1000mg·L-1的克仑特罗水溶液，加入1g接枝微粒PMAA/SiO2，搅拌2h，使接枝微粒对克仑特罗的吸附达到饱和，调节体系pH值，使pH＝8.0，加入0.2mL的乙二醇二缩水甘油醚，在60℃下搅拌反应4h，反应结束后，用甲醇/乙酸/水（体积比7/2/1）溶液索氏抽提48h，以除去模板分子克仑特罗，65℃干燥12h后即得克仑特罗表面分子印迹材料(即：MIP-PMAA/SiO2)。
具体可参考如下反应式：
从图1中可以看出，随着吸附时间的增加，印迹材料对克仑特罗的吸附量不断上升，5min后印迹材料的吸附量增加缓慢，20min时基本达到吸附平衡，饱和吸附量为15.8mg/g。试验表明，印迹材料具有较快的吸附速率，平衡时间比本体聚合法平衡所需的4h~6h明显减短。其原因一方面在于实验采用的硅胶粒直径和硅胶印表面孔径大小决定了印迹材料具有更大的比表面积，导致吸附速度加快；另一方面表明MIP-PMAA/SiO2表面的克仑特罗印迹孔穴及孔道很浅，克仑特罗分子扩散阻力小，很容易进入印迹孔穴与结合位点接触。后续等温吸附实验中取20min作为印迹材料的平衡吸附时间。
甲醇-乙酸-水I(7:2:1)溶液对被印迹材料吸附的克仑特罗有较好的洗脱效果，由图2可以看出，5min时洗脱率达到95.3%。充分说明被结合在印迹材料上的克仑特罗由于分布在聚合材料表层而具有优良的解吸性能。
采用平衡吸附方法测定了MIP-PMAA/SiO2对克仑特罗、莱克多巴胺、沙丁胺醇这3种β-受体激动剂的吸附量。从图3可以看出，MIP-PMAA/SiO2对克仑特罗的吸附能力明显强于莱克多巴胺和沙丁胺醇。印迹材料MIP-PMAA/SiO2表面的聚合物薄层内，分布有大量克仑特罗的印迹孔穴，这些空穴在尺寸大小、空间结构和作用位点等方面与克仑特罗分子是高度匹配的，与莱克多巴胺、沙丁胺醇的匹配度低，导致两者被吸附能力明显弱于克仑特罗。上述的实验结果表明了印迹材料MIP-PMAA/SiO2对克仑特罗具有的特异的识别选择性与高度的结合亲和性。
实施例2：
称取硅胶（粒径40μm）30g，加入10%的甲烷磺酸水溶液150mL，回流温度下搅拌8h后，用蒸馏水洗至中性，65℃干燥12h后得到活化硅胶。将5g活化硅胶加入到200mL水中，加入5mL 3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，在40℃下搅拌反应24h，产物用水、乙醇洗涤，再经65℃干燥12h后得到双键健合硅胶。在烧瓶中加入200mL水、3g双键键合硅胶，搅拌1h，再加入10mL甲基丙烯酸，在N2保护下搅拌1h，加入1mL 10%过硫酸铵溶液，升温至70℃，搅拌进行接枝聚合反应，24h后得到接枝微粒。用乙醇索氏抽提24h，然后65℃干燥12h后备用。取50mL浓度为1000mg·L-1的克仑特罗水溶液，加入1g接枝微粒PMAA/SiO2，搅拌2h，使接枝微粒对克仑特罗的吸附达到饱和，调节体系pH值，使pH＝8.5，加入0.1mL的乙二醇二缩水甘油醚，在40℃下搅拌反应8h，反应结束后，用甲醇/乙酸/水(体积比7/2/1)溶液索氏抽提48h，以除去模板分子克仑特罗，65℃干燥12h后即得克仑特罗表面分子印迹材料。
实施例3：
称取硅胶（粒径120μm）30g，加入20%的盐酸水溶液150mL，回流温度下搅拌8h后，用蒸馏水洗至中性，65℃干燥12h后得到活化硅胶。将5g活化硅胶加入到200mL水中，加入5mL 3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，在60℃下搅拌反应24h，产物用水、乙醇洗涤，再经65℃干燥12h后得到双键健合硅胶。在烧瓶中加入200mL水、3g双键键合硅胶，搅拌1h，再加入10mL甲基丙烯酸，在N2保护下搅拌1h，加入1mL 10%过硫酸铵溶液，升温至70℃，搅拌进行接枝聚合反应，24h后得到接枝微粒。用乙醇索氏抽提24h，然后65℃干燥12h后备用。取50mL浓度为500mg·L-1的克仑特罗水溶液，加入1g接枝微粒PMAA/SiO2，搅拌2h，使接枝微粒对克仑特罗的吸附达到饱和，调节体系pH值，使pH＝9.0，加入0.1mL的乙二醇二缩水甘油醚，在70℃下搅拌反应4h，反应结束后，用甲醇/乙酸/水(体积比7/2/1)溶液索氏抽提48h，以除去模板分子克仑特罗，65℃干燥12h后即得克仑特罗表面分子印迹材料。
实施例4：
称取硅胶（粒径200μm）30g，加入20%的盐酸水溶液150mL，回流温度下搅拌8h后，用蒸馏水洗至中性，65℃干燥12h后得到活化硅胶。将5g活化硅胶加入到200mL水中，加入5mL 3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，在70℃下搅拌反应24h，产物用水、乙醇洗涤，再经65℃干燥12h后得到双键健合硅胶。在烧瓶中加入200mL水、3g双键键合硅胶，搅拌1h，再加入10mL甲基丙烯酸，在N2保护下搅拌1h，加入1mL 10%过硫酸铵溶液，升温至70℃，搅拌进行接枝聚合反应，24h后得到接枝微粒。用乙醇索氏抽提24h，然后65℃干燥12h后备用。取50mL浓度为2000mg·L-1的克仑特罗水溶液，加入1g接枝微粒PMAA/SiO2，搅拌2h，使接枝微粒对克仑特罗的吸附达到饱和，调节体系pH值，使pH＝9.5，加入0.1mL的乙二醇二缩水甘油醚，在80℃下搅拌反应4h，反应结束后，用甲醇/乙酸/水(体积比7/2/1)溶液索氏抽提48h，以除去模板分子克仑特罗，65℃干燥12h后即得克仑特罗表面分子印迹材料。
克仑特罗表面分子印迹材料的应用领域包括以下方面：
⑴表面分子印迹材料为颗粒物，装备到SPE柱中，应用于克仑特罗残留分析的样品前处理过程中；
⑵表面分子印迹材料可装配到传感器上，制备出适用用于克仑特罗检测分析的传感设备；
⑶表面分子印迹材料可装配到液相填充柱中，制备出适用于克仑特罗的高效液相色谱HPLC柱。
⑷表面分子印迹材料可直接用于固相基质萃取技术，应用于液体样品中克仑特罗前处理技术。
Claims (1)
1.一种克仑特罗表面分子印迹材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：
称取硅胶30g，加入10%的甲烷磺酸水溶液150mL，回流温度下搅拌8h后，用蒸馏水洗至中性，65℃干燥12h后得到活化硅胶，将10g活化硅胶加入到400mL水中，加入10mL3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，在50℃下搅拌反应24h，产物用水、乙醇洗涤，再经65℃干燥12h后得到双键键合硅胶，在烧瓶中加入200mL水、3g双键键合硅胶，搅拌1h，再加入10mL甲基丙烯酸，在N2保护下搅拌1h，加入1mL20%过硫酸铵溶液，升温至70℃，搅拌进行接枝聚合反应，24h后得到接枝微粒，用乙醇索氏抽提24h，然后65℃干燥12h后备用；取50mL浓度为1000mg·L-1的克仑特罗水溶液，加入1g接枝微粒PMAA/SiO2，搅拌2h，使接枝微粒对克仑特罗的吸附达到饱和，调节体系pH值，使pH＝8.0，加入0.2mL的乙二醇二缩水甘油醚，在60℃下搅拌反应4h，反应结束后，用甲醇/乙酸/水溶液索氏抽提48h，以除去模板分子克仑特罗，65℃干燥12h后即得克仑特罗表面分子印迹材料，所述的硅胶粒径为5μm，所述的甲醇/乙酸/水体积比为7/2/1。
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