CN102575988A - 荧光聚合物和固相萃取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的仪器包含固相萃取载体中含有的荧光聚合物,荧光聚合物可通过官能单体吸附分析物。在仪器的使用中,将样品(包括食品样品)施加于荧光聚合物。如果样品包含分析物,分析物吸附于荧光聚合物之上而导致荧光聚合物的荧光焠灭。荧光焠灭可使用荧光检测仪或透照系统进行检测。该方法可用于检测食品样品中是否存在霉菌毒素。
Description
技术领域
本发明涉及用于固相萃取(SPE)的荧光聚合物以及使用荧光焠灭的方法测定分析物。
背景技术
诸多种类的人类食品和动物饲料,包括食用坚果、油籽、谷物、饲料以及由此派生出来的产品容易受到霉菌毒素的污染。霉菌毒素是有毒的真菌代谢副产物,其对食品和动物饲料的污染可以发生在收获之前和/或之后。霉菌毒素污染物中,最主要的是黄曲霉素和赭曲毒素。霉菌毒素污染程度的直接测定是食品和饲料质量控制中的一个重要环节。
通常使用高效液相色谱(HPLC)进行这项检测。但是,在没有高效液相色谱仪器或其不适用的情况下,也可以使用薄层色谱(TLC)进行检测。商业扫描仪可用于经薄层色谱分离后的样品中的霉菌毒素的测定。此扫描仪使用发射波长为366nm的汞灯作为光源来激发荧光。随后通过光电倍增管检测和定量荧光。
在一些薄层色谱基质中,吸附层含有无机磷光或者有机荧光指示剂。在这些体系中,分析物的检测是基于样品成分对磷光或荧光的焠灭。能够焠灭背景荧光的分析物包括含芳香基团(例如大环内酯物)的化学试剂,比如抗生素以及其他天然产物。
食品样品萃取得到的溶液在进行定量检测之前,可能需要经过“清除”程序。“清除”程序通常包括使用固相萃取除去可能会干扰霉菌毒素测试的成分。
使用小色谱柱(所谓的“微柱”)可以进行霉菌毒素的定量检测。在微柱内,霉菌毒素由于在矿物吸附质中形成薄膜而被固定下来。在紫外光下观察微柱,紫外光可引起被固定的霉菌毒素发出荧光。多种微柱检测方法已被国际公职分析化学家协会(AOAC)采纳为正式的霉菌毒素检测方法。
关于霉菌毒素的定量分析,WO 2006/123189描述了用于评估固定在微柱各层中的霉菌毒素样品的荧光仪器。此仪器还可以用于评估固定于分子印记聚合物以及作为固相萃取柱中吸附剂的非分子印记(空白)聚合物中的霉菌毒素。
具有固相萃取柱和荧光仪器的系统可以用于检测霉菌毒素外的其他分析物。其在食品领域内的其他应用包括对农药和兽药残留量、藻毒素、违禁染料(例如苏丹红I)以及食品质量指标的检测。除食品领域以外,柱子和仪器的潜在应用领域还包括对环境污染物、滥用药物以及假冒药物的控制。此外,在司法和卫生(医疗点)部门也有所应用。
在传统的固相萃取柱中,使用非荧光吸附剂吸附分析物。可通过检测被束缚的化合物的荧光来探测结合程度。本发明基于一种荧光聚合物的使用,通过检测此聚合物的荧光焠灭来探测其与分析物间的结合。
发明内容
一个方面,本发明提供了利用荧光焠灭检测分析物的仪器。仪器包含载有聚合物的固相萃取载体,聚合物具有与分析物结合的官能单体,为荧光聚合物。使用中,分析物的结合会焠灭聚合物的荧光性。
在一个实施方案中,荧光聚合物含有无机荧光指示剂,例如荧光指示剂Green 254nm。
在另一个实施方案中,荧光聚合物是由具有紫外-吸附性能或荧光性能的可聚合单体、共聚单体或者模板剂(例如苊)制得的。
固相萃取载体适宜为柱、管、棒、试管或者平坦表面。
为了吸附各种各样的分析物,本发明中典型的基础聚合物是由官能单体衣康酸或者甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAEM)制得。在优选的聚合物中,以二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,1,1’-偶氮二(环己腈)为引发剂。
聚合物最好制成为多孔型聚合物。N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为合适的致孔剂,1,1’-偶氮二(环己腈)为引发剂。
利用荧光焠灭,本发明使用的荧光聚合物特别适用于泰乐菌素、氯霉素、苏丹II、苏丹III、ATP、苊和N,N’-二乙基二硫代氨基甲酸苄酯(DCABE)的定量分析。
优选的仪器也包含荧光仪或者透照仪。
另一方面,本发明提供了一种检测样品中目标分析物的方法,包括以下步骤:提供一个负载着荧光聚合物的固相萃取载体,其中的聚合物具有可以结合目标分析物的官能单体;将分析物吸附于荧光聚合物上;检测由于分析物吸附于聚合物之上而导致的荧光焠灭。
为了实现这一目标,将荧光聚合物替代传统的固相萃取吸附剂聚合物,负载于例如柱、管、试管、棒或者平坦表面等固相萃取载体上。
通过检测聚合物荧光的降低可以探测样品中目标分析物的存在,例如使用WO 2006/123189所描述的荧光仪器。目标分析物最好在短紫外区域内有强吸附并且其天然荧光性极弱。
在一个实施方案中,荧光聚合物含有无机荧光指示剂,例如荧光指示剂Green 254nm。在另一个实施方案中,聚合物是由具有紫外-吸附性能或荧光性能的可聚合单体、共聚单体或者模板剂(例如苊)制得。
理想情况下,荧光聚合物包含官能单体衣康酸或者DEAEM,可选用的交联剂为EGDMA,引发剂为1,1’-偶氮二(环己腈)。
本发明进一步提供了上述荧光聚合物作为固相萃取吸附剂的使用。一种用于固相萃取吸附剂的荧光聚合物构成了本发明的另一个部分。
本发明的以上内容及其他方面内容,将仅通过举例方式进行描述,具体细节请参考下面的实施例及附图。
附图的简要说明
图1为显示泰乐菌素对聚合物1的荧光焠灭的曲线图;
图2为显示盐酸吗啡对聚合物1的荧光焠灭的曲线图;
图3为显示苊对聚合物1的荧光焠灭的曲线图;
图4为使用透照仪得到的苊吸附于聚合物1的图像;
图5为显示ATP对聚合物2的荧光焠灭的曲线图;
图6为显示泰乐菌素对聚合物2的荧光焠灭的曲线图;
图7为使用透照仪得到的泰乐菌素吸附于聚合物3的图像;
图8为显示氯霉素对聚合物3的荧光焠灭的曲线图;
图9为使用透照仪得到的氯霉素吸附于聚合物3的直接图像和倒影图像;
图10为显示苏丹II对聚合物3的荧光焠灭的曲线图;
图11为使用透照仪得到的苏丹II吸附于聚合物3的直接图像和倒影图像;
图12为显示苏丹III对聚合物3的荧光焠灭的曲线图;
图13为使用透照仪得到的苏丹III吸附于聚合物3的直接图像和倒影图像;
图14为显示ATP对聚合物4的荧光焠灭的曲线图;
图15为显示N,N’-二乙基二硫代氨基甲酸苄酯对聚合物4的荧光焠灭的曲线图;
图16为使用透照仪得到的N,N’-二乙基二硫代氨基甲酸苄酯吸附于聚合物4的直接图像和倒影图像。
发明的详细描述
在本发明的优选实施方案中,负载着荧光聚合物的固相萃取载体与分析物通过官能单体选择性地结合。通过分子模拟的方法可以确定用于结合分析物的合适官能单体。可以通过捕获荧光化合物进入聚合物母体形成荧光聚合物,也可以利用具有荧光性能或紫外-吸附性能的可聚合单体或共聚单体等起始物料制备生成荧光聚合物。
聚合物制备成多孔型是为了增加用于结合分析物的荧光聚合物的比表面积。在致孔剂的存在下,多孔聚合物由官能单体和交联剂聚合而成。致孔剂是一种可以分散在单体中(在单体反应过后,其残留分散于聚合物中)并在聚合物形成后可被除去使聚合物内部生成孔洞的物质。
合适的致孔剂是聚合反应惰性的。致孔剂可以是固体、液体或者气体。固体或液体可以以分解或者使用合适溶剂“溶出”的方法除去。本发明的该优选实施方案中使用液体致孔剂,通过搅拌可将其很好地分散于聚合混合物中,又通过使用合适的溶剂洗涤聚合物可将其除去。
当官能单体用EGDMA交联时,N,N-二甲基甲酰胺为最合适的致孔剂。此外,还可使用用于自由基聚合的乙腈、甲醇、甲苯、乙醇、丙三醇、水或其他溶剂或它们的混合物。
与负载着荧光聚合物的固相萃取载体的优选实施方案配合使用的合适分析物应在短紫外区域内具有强吸收性能。如果分析物没有天然荧光或者天然荧光极小,则是有利的。然而,当分析物的荧光发射光谱区域与聚合物的荧光区域不重叠时,也是有利的。如实施例所示,用于荧光焠灭的优选分析物包括泰乐菌素、氯霉素、苏丹II、苏丹III、ATP、苊和N,N’-二乙基二硫代氨基甲酸苄酯。其他的例子包括医药品、蛋白质和毒素。
固定在荧光聚合物上的化合物降低了聚合物的荧光性质。这种荧光性的降低,可能与结合引起的极性变化有关。然而,荧光性的降低也可能是由于吸收束缚分析物的激发或发射的辐射而导致的。
在优选实施方案中,使用荧光仪器Toximet-T设备或者透照仪进行荧光焠灭的探测。
实施例1-聚合物的制备
用下表列出的单体量制备荧光聚合物。聚合物1和2分别具有带负电和带正电的官能团,以及在254nm处激发的荧光指示剂。聚合物3和4分别具有带负电和带正电的官能团,以及可聚合的紫外-吸附模板剂。
聚合物(克) | 1 | 2 | 3 | 4 |
衣康酸 | 2.5 | - | 2 | - |
甲基丙烯酸二乙氨基乙酯 | - | 5 | - | 2 |
二甲基丙烯酸乙二醇酯 | 20 | 20 | 8 | 8 |
N,N-二甲基甲酰胺 | 25 | 25 | 10 | 10 |
1,1’-偶氮二(环己腈) | 0.25 | 0.25 | 0.1 | 0.1 |
荧光指示剂Green 254nm | 2.5 | 2.5 | - | - |
苊 | 0.05 | 0.05 |
单体经氮气吹扫后,于80℃油浴锅内进行14小时的聚合反应。研磨聚合物并使用超高速离心机和振荡器(Retsch,德国)筛分聚合物。对于聚合物1和2,收集颗粒尺寸在38-106微米的部分。对于聚合物3和4,收集颗粒尺寸在20-106微米的部分。用甲醇充分洗涤聚合物。
实施例2-聚合物1:以泰乐菌素为分析物
泰乐菌素是一种在短紫外区域内有强吸收的大环分子。一种用于吸附泰乐菌素的特定聚合物已被合成并测试,如“Piletsky S.A.,Piletska E.V.,KarimK.,Foster G.,Legge C.H.,Turner A.P.F.(2003)用于生物技术的分子标记聚合物的委托合成,对泰乐菌素特异性聚合物的制备.Anal.Chem.Acta,504,123-130”所报道的。该聚合物含有官能单体衣康酸,并对泰乐菌素有着很好的选择性和亲和性。
固相萃取管内填充75毫克聚合物1(衣康酸)。1毫升酒石酸泰乐菌素置于5%甲醇中(3毫克/毫升),流经柱子过滤。使用Toximent-T仪器检测聚合物在结合泰乐菌素前后的光学性质差异,此仪器配备的发光二极管(LED)可产生波长为260nm的光源,配备的截止滤光片的波长为360nm。
结果表明泰乐菌素的吸附可焠灭聚合物1约25%的荧光(图1)。
实施例3-聚合物1:以吗啡为分析物
吗啡是阿片样物质的一个代表。它是带正电的大环分子,可以使用具有官能单体衣康酸的聚合物使其吸附。
将盐酸吗啡溶液(4毫克/毫升水溶液)如实施例2所述加载于聚合物1。使用Toximet-T仪器检测聚合物光学性质的变化。
吗啡的结合可导致大约16%的荧光焠灭(图2)。
实施例4-聚合物1:以苊为分析物
固相萃取管内填充75毫克聚合物1(衣康酸)。1毫升苊的甲醇溶液(3毫克/毫升)流经柱子过滤。
Toximet-T仪器测试结果显示聚合物1在结合苊后,其荧光小幅降低(图3)。
使用Gene Genius Bio Imaging系统(Syngene Ltd.英国)也记录到结合苊后的荧光焠灭。此系统由暗箱和照相机、紫外透照仪、Medalight LP400控制面板及Gene Snap软件组成。此设备常用于记录经过嵌入剂溴化乙锭(结合于DNA的溴化乙锭的激发波长为302nm)染色后的DNA片段的图像。
透照系统同样表明了苊与聚合物1的结合会降低聚合物1的荧光(见图4)。
实施例5-聚合物2:以三磷酸腺苷(ATP)为分析物
ATP是带负电的分子。
固相萃取管内填充75毫克聚合物2(DEAEM)。将1毫升ATP在5%甲醇中的溶液(2毫克/毫升)流经柱子过滤。观测到部分荧光焠灭(图5)。
实施例6-聚合物3:以泰乐菌素为分析物
聚合过程中,通过聚合物网络对无机荧光指示剂的捕获,可将指示剂固定于聚合物内(实施例2-5),从而生成荧光聚合物。或者,可使用可聚合荧光化合物(例如苊)来聚合生成荧光聚合物。苊在短紫外区域内可产生强荧光信号,并且具有可聚合双键。
如实施例1所述,制备两种聚合物(聚合物3-带负电,具有官能单体衣康酸;聚合物4-带正电,具有官能单体DEAEM)。
固相萃取管内填充75毫克聚合物3(衣康酸,0.5%苊)。1毫升酒石酸泰乐菌素的5%甲醇溶液(3毫克/毫升)流经柱子过滤。结果表明聚合物3对泰乐菌素具有亲和力。
可通过荧光焠灭法探测两者的结合(见图6)。
泰乐菌素的例子中,聚合物3的荧光焠灭程度明显大于检测到的聚合物1的荧光焠灭程度(实施例2,见图1)。
随着泰乐菌素的吸附,用透照仪观察发现荧光聚合物大面积变暗(图7)。
实施例7-聚合物3:以氯霉素为分析物
实验发现,聚合物3可以结合抗生素氯霉素。将聚合物3填充于固相萃取管内,氯霉素在5%甲醇中的溶液1毫升(3毫克/毫升),流经柱子过滤。Toximet-T仪器的测试结果表明,两者结合后聚合物3的荧光性质下降了50%(见图8)。
聚合物3上结合的氯霉素带透照结果也证实了荧光焠灭的存在(见图9)。
实施例8-聚合物3:以苏丹II为分析物
固相萃取管内填充75毫克聚合物3(衣康酸,0.5%苊)。1毫升苏丹II的乙腈溶液(0.5毫克/毫升)流经柱子过滤。结果表明聚合物3吸附了苏丹II,且此吸附导致了显著的荧光焠灭(见图10)。
透照结果表明苏丹II引起了荧光焠灭(见图11)。
实施例9-聚合物3:以苏丹III为分析物
1毫升苏丹III的乙腈溶液(0.3毫克/毫升)流经装有75毫克聚合物3的柱子进行过滤。使用Toximet-T仪器和透照仪检测荧光焠灭来检测结合的苏丹III,结果分别见图12和图13。
实施例10-聚合物4:以ATP为分析物
固相萃取管内填充75毫克聚合物4(甲基丙烯酸二乙氨基乙酯,0.5%苊)。ATP在5%甲醇中的溶液1毫升(2毫克/毫升)流经柱子进行过滤。在以ATP为分析物的例子中,相比聚合物2(见图5),聚合物4具有较好的结合特性(见图14)。
实施例11-聚合物4:以N,N’-二乙基二硫代氨基甲酸苄酯(DCABE)为分析物
N,N’-二乙基二硫代氨基甲酸苄酯是一种活性聚合引发剂或终止剂。在短紫外区域内,它有强吸收性。
固相萃取管内填充75毫克聚合物4(DEAEM,0.5%苊)。在柱子内加入1毫升甲醇后,将1毫升DCABE溶液(2毫克/毫升)流经柱子进行过滤。
结果表明,聚合物4的荧光被吸附DCABE而焠灭,使用Toximet-T仪器可检测到荧光焠灭(见图15)。还可使用透照仪透照显示荧光的焠灭(见图16)。
Claims (23)
1.一种仪器,包含载有聚合物的固相萃取载体,聚合物具有与分析物结合的官能单体,其中所述聚合物为荧光聚合物,在使用中分析物的结合可焠灭聚合物的荧光性。
2.如权利要求1所述的仪器,其中所述荧光聚合物包含一种无机荧光指示剂。
3.如权利要求2所述的仪器,其中所述指示剂是荧光指示剂Green 254nm。
4.如权利要求1所述的仪器,其中所述荧光聚合物是由可聚合荧光单体或共聚单体制得的。
5.如权利要求4所述的仪器,其中所述可聚合荧光单体或共聚单体是苊。
6.如前述权利要求之一所述的仪器,其中所述固相萃取载体为柱、管、试管、棒或平坦表面。
7.如前述权利要求之一所述的仪器,其中所述荧光聚合物包含官能单体衣康酸或DEAEM。
8.如权利要求7所述的仪器,其中所述荧光聚合物还包含交联剂EGDMA和引发剂1,1’-偶氮二(环己腈)。
9.如前述权利要求之一所述的仪器,所述仪器适合于吸附泰乐菌素、氯霉素、苏丹II、苏丹III、ATP、苊或DCABE。
10.如前述权利要求之一所述的仪器,所述仪器还包含荧光仪或透照仪中的至少一种。
11.一种检测样品中分析物的方法,包括以下步骤:
提供一个负载着荧光聚合物的固相萃取载体,其中的聚合物具有可以结合分析物的官能单体;
将分析物施加于荧光聚合物上;
检测由于分析物吸附于聚合物之上而导致的荧光焠灭。
12.如权利要求11所述的方法,其中所述分析物在短紫外区域内有强吸附并且其天然荧光性极弱。
13.如权利要求11或12所述的方法,其中所述荧光焠灭是通过使用荧光检测仪进行检测的。
14.如权利要求11-13之一所述的方法,其中所述荧光焠灭是通过使用透照系统进行检测的。
15.如权利要求11-14之一所述的方法,其中所述聚合物含有荧光指示剂或用可聚合荧光单体或共聚单体制得。
16.如权利要求11-15之一所述的方法,其中所述分析物为泰乐菌素、氯霉素、苏丹II、苏丹III、ATP、苊或DCABE,或其它药品、蛋白质或毒素。
17.如权利要求11-16之一所述的方法,其中所述聚合物包含官能单体衣康酸或DEAEM。
18.如权利要求17所述的方法,其中所述聚合物还包含交联剂EGDMA。
19.荧光聚合物作为固相萃取吸附剂用以利用荧光焠灭定量分析物的用途。
20.如权利要求19所述的用途,其中所述荧光聚合物包含一种无机荧光指示剂。
21.如权利要求20所述的用途,其中所述指示剂是荧光指示剂Green 254nm。
22.如权利要求19所述的用途,其中所述荧光聚合物是用可聚合荧光单体或共聚单体制得的。
23.如权利要求22所述的用途,其中所述可聚合荧光单体或共聚单体是苊。
1.一种通过荧光焠灭检测分析物的仪器,该仪器包含载有聚合物的固相萃取载体,该聚合物具有与分析物结合的官能单体,其中所述聚合物为荧光聚合物。
2.如权利要求1所述的仪器,其中所述荧光聚合物包含一种无机荧光指示剂。
3.如权利要求2所述的仪器,其中所述指示剂是荧光指示剂Green 254nm。
4.如权利要求1所述的仪器,其中所述荧光聚合物是由可聚合UV吸收剂或荧光单体、共聚单体或模板剂制得的。
5.如权利要求4所述的仪器,其中所述可聚合荧光单体或共聚单体是苊。
6.如前述权利要求之一所述的仪器,其中所述固相萃取载体为柱、管、试管、棒或平坦表面。
7.如前述权利要求之一所述的仪器,其中所述荧光聚合物包含官能单体衣康酸或DEAEM。
8.如权利要求7所述的仪器,其中所述荧光聚合物还包含交联剂EGDMA和引发剂1,1’-偶氮二(环己腈)。
9.如前述权利要求之一所述的仪器,所述仪器适合于吸附泰乐菌素、氯霉素、苏丹II、苏丹III、ATP、苊或DCABE。
10.如前述权利要求之一所述的仪器,所述仪器还包含荧光仪或透照仪中的至少一种。
11.一种检测样品中分析物的方法,包括以下步骤:
提供一个负载着荧光聚合物的固相萃取载体,其中的聚合物具有用以结合分析物的官能单体;
将分析物施加于荧光聚合物上;
检测由于分析物吸附于聚合物之上而导致的荧光焠灭。
12.如权利要求11所述的方法,其中所述分析物在短紫外区域内有强吸附并且其天然荧光性极弱。
13.如权利要求11或12所述的方法,其中所述荧光焠灭是通过使用荧光检测仪进行检测的。
14.如权利要求11-13之一所述的方法,其中所述荧光焠灭是通过使用透照系统进行检测的。
15.如权利要求11-14之一所述的方法,其中所述聚合物含有荧光指示剂或用可聚合UV吸收剂或荧光单体、共聚单体或模板剂制得的。
16.如权利要求11-15之一所述的方法,其中所述分析物为泰乐菌素、氯霉素、苏丹II、苏丹III、ATP、苊或DCABE,或其它药品、蛋白质或毒素。
17.如权利要求11-16之一所述的方法,其中所述聚合物包含官能单体衣康酸或DEAEM。
18.如权利要求17所述的方法,其中所述聚合物还包含交联剂EGDMA。
19.荧光聚合物作为固相萃取吸附剂用以利用荧光焠灭定量分析物的用途。
20.如权利要求19所述的用途,其中所述荧光聚合物包含一种无机荧光指示剂。
21.如权利要求20所述的用途,其中所述指示剂是荧光指示剂Green 254nm。
22.如权利要求19所述的用途,其中所述荧光聚合物是用可聚合UV吸收剂或荧光单体、共聚单体或模板剂制得的。
23.如权利要求22所述的用途,其中所述可聚合荧光单体或共聚单体是苊。
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