CN103524742A - 一种磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的制备方法，用水热法合成粒径约为200nm的磁性纳米球；通过溶胶-凝胶法在磁性纳米球表面包覆一层硅层；将功能单体、三种类固醇雌激素加入到乙醇中，得到多模板-功能单体的复合物；再将包硅磁性纳米球、催化剂加入到多模板-功能单体的复合物中聚合；通过外加磁场，将固态聚合物分离出来；最后洗脱固态聚合物，干燥后，即得磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球；本发明将分子印迹的专一识别性和磁性纳米球的易于分离性相结合，制备方法简单、条件温和，制得的聚合物粒径均一、稳定性强、水溶性好，可同时快速实现对环境及饮用水样中三种痕量类固醇雌激素的高选择性去除和富集。

Description

一种磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的制备方法

技术领域

本发明涉及分子识别、磁性分离、纳米材料和环境化学等技术领域，具体涉及一种磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的制备方法。 

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，化妆品、避孕药、激素补充药的使用量急剧增加，进入生产和生活污水中类固醇雌激素(Steroid Estrogens，SEs)的量也随之大量增加。环境水样中的总雌激素浓度高于1ng/L就会使一些野生雄性鱼类出现雌性化现象，并且雌激素通过食物链在生物体内富集的浓度远远大于残留在环境中的浓度。人类通过食用这些被污染的鱼类会使体内雌激素累积过量，导致内分泌系统紊乱、雄性雌性化、发育失常等不良症状，这不仅会危害到人类的健康，而且威胁着人类的繁衍。 

目前，检测环境及饮用水样中雌激素常用的方法主要有色谱法（包括气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)）、质谱法(MS)和联用技术(GC-MS、HPLC-MS)等。联用技术检测灵敏度虽高，但质谱仪比较昂贵，一般的检测机构不具备。这些方法均存在样品前处理过程复杂、耗时长、分析速度慢等缺点。现阶段，常用的处理环境及饮 用水样中SEs的方法主要有生物降解、活性炭吸附、二氧化氯消毒、臭氧消毒等。这些处理方法成本高，效果也不尽人意，甚至不能将SEs的浓度降至影响阈值以下。且环境及饮用水样中基质成分复杂，影响常规检测方法及处理方法对雌激素的有效分离、检测和去除。因此，发展新型样品前处理技术和高灵敏的检测技术，实现对复杂环境及饮用水样中雌激素的高效富集、有效检测、快速去除，具有重要的研究意义。 

分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymers，MIPs)，是指为获得在空间结构和结合位点上与模板分子完全匹配的聚合物的实验制备技术。其原理为：模板分子与带有特殊官能团的单体在聚合过程中，单体本身所带的官能团会根据与模板分子相互作用的需要，调整并形成特定的空间构象。在交联剂和引发剂的作用下，得到高度交联的聚合物。聚合结束后，通过洗脱等方法除去聚合物网络结构中的模板分子，就得到了与模板分子空间大小正好合适、结构恰好匹配、作用位点完全一致、对模板分子有特异识别能力的MIPs。由于MIPs对模板分子具有特异选择性识别，可用作固相萃取剂，消除环境样品中的基体干扰，以实现对目标物质的浓缩、富集，是当前样品前处理的一项重要研究课题。 

磁性分离技术是当今在生物化学和生物医学工程领域中发展起来的一种新型分离技术。磁性分离是依据物质的磁性差异，在磁场作用力的驱动下，把磁性组分从非磁性组分混合物中分离出来的一种分离技术。由于磁性分离的简单方便，使得这一技术得到了深入发展。 目前，在生物和医学领域，磁性分离已在细胞分离、免疫检测、靶向药物、固定化酶及亲和分离等诸多方面展现出重要的应用前景。磁性纳米材料作为固相萃取吸附剂除具有一般纳米材料比表面积大、吸附速率快等优点，还具有超顺磁性，可以将之直接分散在溶液中富集目标物，利用磁场快速分离后即可完成萃取。 

目前合成的类固醇雌激素-MIPs多数采用单一的模板分子，当多种类固醇雌激素同时存在时，不能实现快速有效的同时去除和检测。 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的制备方法，制得的磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球能同时快速高选择性的去除和富集环境及饮用水样中三种痕量类固醇雌激素。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 

一种磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的制备方法，包括以下步骤： 

步骤一、将0.54g氯化铁，1.9g乙酸钠和20mL乙二醇置于反应釜中，200℃反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥，即得磁性纳米球； 

步骤二、取步骤一50mg磁性纳米球，再将30mL乙醇，15mL超纯水，1mL氨水和1mL四乙氧基硅烷TEOS一起置于三口瓶中，常温下反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥，使得磁性纳米球表面包覆一层厚度为18-22nm的硅层； 

步骤三、将功能单体、三种类固醇雌激素加入到20mL乙醇中，得到多模板-功能单体的复合物； 

所述的功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、苯基三甲氧基硅烷(PTMOS)、TEOS，三者质量比为1:1:（4-8）；功能单体在乙醇中的重量浓度为2.9-4.7%，本功能单体还能起到交联剂的作用； 

所述的三种类固醇雌激素为雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、己烯雌酚(DES)，三者质量比为1:1:1；三种类固醇雌激素即为模板分子，模板分子的重量浓度为0.43%； 

步骤四、将步骤二所得的包硅磁性纳米球200mg以及催化剂氨水600μL加入到步骤三得到的多模板-功能单体的复合物中，聚合温度为20-30℃，聚合时间为8-15h； 

步骤五、聚合反应结束后，通过外加磁场将步骤四反应液中的固态聚合物分离出来； 

步骤六、洗脱步骤五中的固态聚合物，干燥后，即得磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球，洗脱液是体积比为80:20的乙醇与乙酸混合液。 

本发明所制得的磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的聚合物层厚为约20nm。用于快速实现同时对环境及饮用水样中多种痕量类固醇雌激素的高选择性去除和富集。本方法简便、快速、具有高的选择性和灵敏度。 

本发明的优点为：(1)采用包硅磁性纳米球为载体，既可实现在外加磁场下固液的快速分离，又可保证载体的良好分散性；(2)采用 三种功能化的硅烷化试剂同时作为功能单体和交联剂，可与模板分子充分作用；(3)采用三种类固醇雌激素同时作为模板分子，可实现同时对环境及饮用水样中三种痕量类固醇雌激素的高选择性去除和富集；(4)采用溶胶-凝胶分子印迹技术，使所得聚合物既对特定的模板分子有专一的选择性，又具有良好的水溶性；(5)与现有的单一模板分子的印迹材料相比较，本发明制得的材料成本低廉、制备简单、分离快速，更易规模化地实现对环境及饮用水样中多种类固醇雌激素同时高效地选择性去除和富集。 

附图说明

图1为采用水热法合成的磁性纳米球的透射电镜图。 

图2为采用溶胶-凝胶法合成的包硅磁性纳米球的透射电镜图。 

图3为采用溶胶-凝胶法合成的磁性多模板分子印迹纳米球的透射电镜图。 

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做详细叙述。 

实施例一 

本实施例包括以下步骤： 

步骤一、将0.54g氯化铁，1.9g乙酸钠和20mL乙二醇置于反应釜中，200℃反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥。即得图1中的粒径约为200nm的磁性纳米球； 

步骤二、取步骤一50mg磁性纳米球，再将30mL乙醇，15mL超纯水，1mL氨水和1mL四乙氧基硅烷TEOS一起置于三口瓶中， 常温下反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥，使得磁性纳米球表面包覆一层厚度为18-22nm的硅层；即得图2中的粒径约为220nm包硅磁性纳米球； 

步骤三、将功能单体、三种类固醇雌激素加入到20mL乙醇中，得到多模板-功能单体的复合物； 

所述的功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、苯基三甲氧基硅烷(PTMOS)、TEOS，加入量为：100μL APTES，100μL PTMOS，600μL TEOS； 

所述的三种类固醇雌激素为雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、己烯雌酚(DES)，三者质量比为1:1:1；各为30mg； 

步骤四、将步骤二所得的包硅磁性纳米球200mg以及催化剂氨水600μL加入到步骤三得到的多模板-功能单体的复合物中，聚合温度为25℃，聚合时间为12h； 

步骤五、聚合反应结束后，通过外加磁场将步骤四反应液中的固态聚合物分离出来； 

步骤六、洗脱步骤五中的固态聚合物，干燥后，即得磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球，洗脱液是体积比为80:20的乙醇与乙酸混合液。 

即得图3中粒径约为240nm的磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球； 

将本实施例所得的纳米球进行性能检测，具体如下： 

（1）将磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球20mg加入到10mL E2、E3、DES的乙醇混合液中，室温下震荡5min后，通过外加磁场将上清液分离出来；所述的E2、E3、DES在乙醇混合液中的浓度均为20μg/mL； 

（2）用高效液相色谱测定(1)中所得上清液中E2、E3、DES的浓度，并分别计算磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球对E2、E3、DES的吸附量； 

所述的高效液相色谱测定的流动相为甲醇：水=70:30（V/V）； 

所测得的上清液中E2、E3、DES的浓度分别为：9.4μg/mL，3.2μg/mL，6.2μg/mL； 

所述的磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球对E2、E3、DES的吸附量的计算公式为： 

$Q=\frac{(20\mathrm{\μg}/\mathrm{mL}-\mathrm{Ce})\×10\mathrm{mL}}{20\mathrm{mg}}$

式中Ce为上述上清液中E2、E3或DES的浓度； 

通过计算，磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球对E2、E3、DES的吸附量分别为：5.3mg/g，8.4mg/g，6.9mg/g. 

实施例二 

本实施例包括以下步骤： 

步骤一、将0.54g氯化铁，1.9g乙酸钠和20mL乙二醇置于反应釜中，200℃反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥。即得图1中的粒径约为200nm的磁性纳米球； 

步骤二、取步骤一50mg磁性纳米球，再将30mL乙醇，15mL超纯水，1mL氨水和1mL四乙氧基硅烷TEOS一起置于三口瓶中，常温下反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥，使得磁性纳米球表面包覆一层厚度为18-22nm的硅层；即得图2中的粒径约为220nm包硅磁性纳米球； 

步骤三、将功能单体、三种类固醇雌激素加入到20mL乙醇中，得到多模板-功能单体的复合物； 

所述的功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、苯基三甲氧基硅烷(PTMOS)、TEOS，加入量为：100μL APTES，100μL PTMOS，400μL TEOS； 

所述的三种类固醇雌激素为雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、己烯雌酚(DES)，三者质量比为1:1:1；各为30mg； 

步骤四、将步骤二所得的包硅磁性纳米球200mg以及催化剂氨水600μL加入到步骤三得到的多模板-功能单体的复合物中，聚合温度为20℃，聚合时间为8h； 

步骤五、聚合反应结束后，通过外加磁场将步骤四反应液中的固态聚合物分离出来； 

步骤六、洗脱步骤五中的固态聚合物，干燥后，即得磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球，洗脱液是体积比为80:20的乙醇与乙酸混合液。 

即得图3中粒径约为240nm的磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球。 

将本实施例所得的纳米球进行性能检测，具体如下： 

（1）将磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球20mg加入到10mL E2、E3、DES的乙醇混合液中，室温下震荡5min后，通过外加磁场将上清液分离出来； 

所述的E2、E3、DES在乙醇混合液中的浓度均为20μg/mL； 

（2）用高效液相色谱测定(1)中所得上清液中E2、E3、DES的浓度，并分别计算磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球对E2、E3、DES的吸附量； 

所述的高效液相色谱测定的流动相为甲醇：水=70:30（V/V）； 

所测得的上清液中E2、E3、DES的浓度分别为：12.8μg/mL，9.8μg/mL，11.4μg/mL； 

所述的磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球对E2、E3、DES的吸附量的计算公式为： 

$Q=\frac{(20\mathrm{\μg}/\mathrm{mL}-\mathrm{Ce})\×10\mathrm{mL}}{20\mathrm{mg}}$

式中Ce为上述上清液中E2、E3或DES的浓度； 

通过计算，磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球对E2、E3、DES的吸附量分别为：3.6mg/g，5.1mg/g，4.3mg/g. 

实施例三 

本实施例包括以下步骤： 

步骤一、将0.54g氯化铁，1.9g乙酸钠和20mL乙二醇置于反应釜中，200℃反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥。即得图1中的粒径约为200nm的磁性纳米球； 

步骤二、取步骤一50mg磁性纳米球，再将30mL乙醇，15mL超纯水，1mL氨水和1mL四乙氧基硅烷TEOS一起置于三口瓶中，常温下反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥，使得磁性纳米球表面包覆一层厚度为18-22nm的硅层；即得图2中的粒径约为220nm包硅磁性纳米球； 

步骤三、将功能单体、三种类固醇雌激素加入到20mL乙醇中，得到多模板-功能单体的复合物； 

所述的功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、苯基三甲氧基硅烷(PTMOS)、TEOS，加入量为：100μL APTES，100μL PTMOS，800μL TEOS； 

所述的三种类固醇雌激素为雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、己烯雌酚(DES)，三者质量比为1:1:1；各为30mg； 

步骤四、将步骤二所得的包硅磁性纳米球200mg以及催化剂氨水600μL加入到步骤三得到的多模板-功能单体的复合物中，聚合温度为30℃，聚合时间为15h； 

步骤五、聚合反应结束后，通过外加磁场将步骤四反应液中的固态聚合物分离出来； 

步骤六、洗脱步骤五中的固态聚合物，干燥后，即得磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球，洗脱液是体积比为80:20的乙醇与乙酸混合液。 

即得图3中粒径约为240nm的磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球。 

将本实施例所得的纳米球进行性能检测，具体如下： 

（1）将磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球20mg加入到10mL E2、E3、DES的乙醇混合液中，室温下震荡5min后，通过外加磁场将上清液分离出来； 

所述的E2、E3、DES在乙醇混合液中的浓度均为20μg/mL； 

（2）用高效液相色谱测定(1)中所得上清液中E2、E3、DES的浓度，并分别计算磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球对E2、E3、DES的吸附量； 

所述的高效液相色谱测定的流动相为甲醇：水=70:30（V/V）； 

所测得的上清液中E2、E3、DES的浓度分别为：11.6μg/mL，4.8μg/mL，9.2μg/mL； 

所述的磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球对E2、E3、DES的吸附量的计算公式为： 

$Q=\frac{(20\mathrm{\μg}/\mathrm{mL}-\mathrm{Ce})\×10\mathrm{mL}}{20\mathrm{mg}}$

式中Ce为上述上清液中E2、E3或DES的浓度； 

通过计算，磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球对E2、E3、DES的吸附量分别为：4.2mg/g，7.6mg/g，5.4mg/g 。

Claims (4)

1.一种磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将0.54g氯化铁，1.9g乙酸钠和20mL乙二醇置于反应釜中，200℃反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥，即得磁性纳米球；

步骤二、取步骤一50mg磁性纳米球，再将30mL乙醇，15mL超纯水，1mL氨水和1mL四乙氧基硅烷TEOS一起置于三口瓶中，常温下反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥，使得磁性纳米球表面包覆一层厚度为18-22nm的硅层；

步骤三、将功能单体、三种类固醇雌激素加入到20mL乙醇中，得到多模板-功能单体的复合物；

所述的功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、苯基三甲氧基硅烷(PTMOS)、TEOS，三者质量比为1:1:（4-8）；功能单体在乙醇中的重量浓度为2.9-4.7%，本功能单体还能起到交联剂的作用；

所述的三种类固醇雌激素为雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、己烯雌酚(DES)，三者质量比为1:1:1；三种类固醇雌激素即为模板分子，模板分子的重量浓度为0.43%；

步骤四、将步骤二所得的包硅磁性纳米球200mg以及催化剂氨水600μL加入到步骤三得到的多模板-功能单体的复合物中，聚合温度为20-30℃，聚合时间为8-15h；

步骤五、聚合反应结束后，通过外加磁场将步骤四反应液中的固态聚合物分离出来；

步骤六、洗脱步骤五中的固态聚合物，干燥后，即得磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球，洗脱液是体积比为80:20的乙醇与乙酸混合液。

2.根据权利要求1所述的一种磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将0.54g氯化铁，1.9g乙酸钠和20mL乙二醇置于反应釜中，200℃反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥即得粒径约为200nm的磁性纳米球；

步骤二、取步骤一50mg磁性纳米球，再将30mL乙醇，15mL超纯水，1mL氨水和1mL四乙氧基硅烷TEOS一起置于三口瓶中，常温下反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥，使得磁性纳米球表面包覆一层厚度为18-22nm的硅层；即得粒径约为220nm包硅磁性纳米球；

步骤三、将功能单体、三种类固醇雌激素加入到20mL乙醇中，得到多模板-功能单体的复合物；

所述的功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、苯基三甲氧基硅烷(PTMOS)、TEOS，加入量为：100μL APTES，100μL PTMOS，600μL TEOS；

所述的三种类固醇雌激素为雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、己烯雌酚(DES)，三者质量比为1:1:1；各为30mg；

步骤四、将步骤二所得的包硅磁性纳米球200mg以及催化剂氨水600μL加入到步骤三得到的多模板-功能单体的复合物中，聚合温度为25℃，聚合时间为12h；

步骤五、聚合反应结束后，通过外加磁场将步骤四反应液中的固态聚合物分离出来；

步骤六、洗脱步骤五中的固态聚合物，干燥后，即得磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球，洗脱液是体积比为80:20的乙醇与乙酸混合液。

3.根据权利要求1所述的一种磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将0.54g氯化铁，1.9g乙酸钠和20mL乙二醇置于反应釜中，200℃反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥即得粒径约为200nm的磁性纳米球；

步骤二、取步骤一50mg磁性纳米球，再将30mL乙醇，15mL超纯水，1mL氨水和1mL四乙氧基硅烷TEOS一起置于三口瓶中，常温下反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥，使得磁性纳米球表面包覆一层厚度为18-22nm的硅层；即得粒径约为220nm包硅磁性纳米球；

步骤三、将功能单体、三种类固醇雌激素加入到20mL乙醇中，得到多模板-功能单体的复合物；

所述的功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、苯基三甲氧基硅烷(PTMOS)、TEOS，加入量为：100μL APTES，100μL PTMOS，400μL TEOS；

所述的三种类固醇雌激素为雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、己烯雌酚(DES)，三者质量比为1:1:1；各为30mg；

步骤四、将步骤二所得的包硅磁性纳米球200mg以及催化剂氨水600μL加入到步骤三得到的多模板-功能单体的复合物中，聚合温度为20℃，聚合时间为8h；

步骤五、聚合反应结束后，通过外加磁场将步骤四反应液中的固态聚合物分离出来；

步骤六、洗脱步骤五中的固态聚合物，干燥后，即得磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球，洗脱液是体积比为80:20的乙醇与乙酸混合液。

4.根据权利要求1所述的一种磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将0.54g氯化铁，1.9g乙酸钠和20mL乙二醇置于反应釜中，200℃反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥即得粒径约为200nm的磁性纳米球；

步骤二、取步骤一50mg磁性纳米球，再将30mL乙醇，15mL超纯水，1mL氨水和1mL四乙氧基硅烷TEOS一起置于三口瓶中，常温下反应10h，超纯水洗至中性，真空干燥，使得磁性纳米球表面包覆一层厚度为18-22nm的硅层；即得粒径约为220nm包硅磁性纳米球；

步骤三、将功能单体、三种类固醇雌激素加入到20mL乙醇中，得到多模板-功能单体的复合物；

所述的功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、苯基三甲氧基硅烷(PTMOS)、TEOS，加入量为：100μL APTES，100μL PTMOS，800μL TEOS；

所述的三种类固醇雌激素为雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、己烯雌酚(DES)，三者质量比为1:1:1；各为30mg；

步骤四、将步骤二所得的包硅磁性纳米球200mg以及催化剂氨水600μL加入到步骤三得到的多模板-功能单体的复合物中，聚合温度为30℃，聚合时间为15h；

步骤五、聚合反应结束后，通过外加磁场将步骤四反应液中的固态聚合物分离出来；

步骤六、洗脱步骤五中的固态聚合物，干燥后，即得磁性多模板类固醇雌激素分子印迹纳米球，洗脱液是体积比为80:20的乙醇与乙酸混合液。

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