CN103539884B - 苯乙醇胺a磁性分子印迹聚合物微球及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球及其制备方法。该方法包括如下步骤：苯乙醇胺A和甲基丙烯酸经混合后进行预聚合；向预聚合后的体系中加入表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子、二乙烯基苯和2,2’-偶氮二异丁腈，进行聚合反应；用磁铁收集所述聚合反应结束后得到聚合物，并用乙酸的乙腈溶液进行洗涤，当洗涤液在紫外检测下没有所述苯乙醇胺A的吸收峰时，即得；苯乙醇胺A在紫外-可见吸收光谱的紫外吸收峰为278nm。本发明将分子印迹聚合物与Fe₃O₄相结合，不仅有效地防止了Fe₃O₄磁性纳米粒子的团聚和氧化，而且利用分子印迹聚合物中的与模板分子空间构型相匹配、具有多重作用点的空穴，能对模板分子及其类似物进行选择性识别，因此具有更好的包结络合能力和化学稳定性。

Description

苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球及其制备方法与应用。

背景技术

苯乙醇胺A又称为克伦巴胺（PA），属于β-类受体激动剂，分子结构如图1所示。农业部在第1519号公告（2010）《禁止在饲料和动物饮用水中使用的药物品种目录》中明令禁止在动物饲养过程中使用苯乙醇胺A。然而，出于利益的驱动，仍有一些不法分子把它当作“瘦肉精”（盐酸克伦特罗）的替代品，在饲料或饲养中违法使用饲喂动物，从中谋取暴利。因此建立一种方便可靠的富集检测PA及其类似物的方法极为重要。

苯乙醇胺A磁性分子印迹材料兼具了磁性纳米粒子和分子印迹聚合物的共同优点，在外加磁场的条件作用下，可以直接选择性分离富集待测物，达到快速简便的分离，将进一步拓展分子印迹与磁性微球的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球及其制备方法与应用。

本发明所提供的一种苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球的制备方法，包括如下步骤：

苯乙醇胺A和甲基丙烯酸经混合后进行预聚合；向所述预聚合后的体系中加入表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子、二乙烯基苯和2,2’-偶氮二异丁腈，进行聚合反应；用磁铁收集所述聚合反应结束后得到聚合物，即得到所述苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球。

上述的制备方法中，所述聚合反应结束后，还包括用乙酸的乙腈溶液洗涤所述聚合物的步骤，当洗涤液在紫外检测下没有所述苯乙醇胺A的吸收峰时，所述苯乙醇胺A在紫外-可见吸收光谱的紫外吸收峰为278nm。

上述的制备方法中，所述表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子是按照下述方法制备的：在氮气保护下，Fe₃O₄磁性纳米粒子与3-氨丙基三乙氧基硅烷进行反应得到所述表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子。

上述的制备方法中，所述预聚合的温度为25℃～30℃，时间为0.5～5.0小时，如在30℃的条件下反应4小时；

所述预聚合在乙腈中进行。

上述的制备方法中，所述聚合反应在氮气气氛下进行；

所述苯乙醇胺A、所述甲基丙烯酸、所述表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子、所述二乙烯基苯和所述2,2’-偶氮二异丁腈的质量比可为1：1～6：1～3：10～40：0.1～1.5，具体可为1：1.5：1.5：12：0.32。

上述的制备方法中，所述聚合反应是在30℃～40℃的条件下反应10～12小时，然后调节温度至50℃～60℃继续反应10～12小时，如先在40℃的条件下反应12小时，然后调节温度至60℃继续反应12小时。

上述的制备方法中，所述乙酸的乙腈溶液中，所述乙酸的质量百分含量可为1%～10%，如1%。

上述的制备方法中，所述表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子的制备方法中，所述方法还包括对所述Fe₃O₄磁性纳米粒子进行硅烷基化处理的步骤：在氮气保护下，Fe₃O₄磁性纳米粒子、浓氨水和正硅酸乙酯在乙醇中进行反应即得硅烷基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子。

本发明进一步提供了由上述方法制备得到的苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球。

本发明还提供了所述苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球在吸附苯乙醇胺A和苯乙醇胺A的结构类似物中的应用；所述苯乙醇胺A的结构类似物可为沙美特罗、美托洛尔、莱克多巴胺、利托君、克伦特罗或氯丙那林；在该应用中，具体可在pH为8.0的PBS缓冲溶液中进行吸附。

本发明还提供了所述苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球在检测猪肉样品中苯乙醇胺A或所述苯乙醇胺A的结构类似物含量中的应用。

本发明具有如下有益效果：

本发明将分子印迹聚合物与Fe₃O₄相结合，不仅有效地防止了Fe₃O₄磁性纳米粒子的团聚和氧化，而且利用分子印迹聚合物中的与模板分子空间构型相匹配、具有多重作用点的空穴，能对模板分子及其类似物进行选择性识别，因此具有了更好的包结络合能力和化学稳定性。本发明运用多种手段对于制得的磁性微球进行表征，以表现所制备微球优良的性能，并对其吸附性能进行了测试。本发明测试了分子印迹聚合物磁性微球对PA及其结构类似物8种β-类受体激动剂的吸附性能，并用HPLC/MS/MS对其吸附性能进行检测。

附图说明

图1为苯乙醇胺A的结构式。

图2为TEM图，其中，图2（a）为Fe₃O₄磁性纳米粒子的TEM图，图2（b）和图2（c）均为MMIP的TEM图。

图3为红外光谱图其中，图3（a）、图3（b）和图3（c）分别为Fe₃O₄磁性纳米粒子、MMIP和MNIP的红外光谱图。

图4为TGA图，其中，图4（a）、图4（b）和图4（c）分别为表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子、MMIP和MNIP的TGA图。

图5为MMIP和MNIP的吸附效果的柱状图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球（MMIP）的制备

（1）Fe₃O₄磁性纳米粒子的合成

向500ml的锥形瓶中通氮气20min，依次向其中加入2gFeCl₂·4H₂O，5.2gFeCl₃·6H₂O。将0.85ml的12mol/L的HCl溶解于200mL的水中，超声除氧20min。配制250mL的0.75mol/L的NaOH溶液，超声除氧20min。依次向锥型瓶中加入HCl溶液和N_aOH溶液，放入磁子，再次通氮气10min，确保锥型瓶中已充满氮气，迅速盖盖，密封。在80℃的水浴的环境进行，电磁搅拌反应2h，得到黑色沉淀。用外加磁场进行分离，用去离子水洗涤3次，用无水乙醇洗涤2次，得到纯净的Fe₃O₄磁性纳米粒子。

（2）表面氨基化的磁性Fe₃O₄纳米粒子的合成

取200mL的5g/L的Fe₃O₄磁性纳米粒子的乙醇溶液，超声分散1h，向其中加入1.5mL的浓氨水，1.5mL的正硅酸乙酯（TEOS），6mL的去离子水，在氮气保护下，40℃水浴振荡反应2h。冷却，经离心得到固体，用40mL的无水乙醇洗涤，重复洗涤三次，再用80mL的无水乙醇分散1h，氮气保护下60℃水浴振荡反应12h。冷却，依次用去离子水，无水乙醇洗涤2次，直至pH为中性，得到了具有较好分散效果的硅烷基化的Fe₃O₄纳米粒子。

将得到的硅烷基化的Fe₃O₄纳米粒子重新分散到60mL的无水乙醇中，在氮气保护的条件下，加入7mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES），60℃恒温水浴振荡12h。冷却，用无水乙醇洗涤三次，得到表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子，放入真空干燥箱中干燥24h。

（3）苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物复合微球的制备

将66.5mg苯乙醇胺A（PA）和98.5μL甲基丙烯酸（MAA）在烧杯中溶解于12.5mL乙腈中，在30℃的条件下预聚合4h，然后加入100mg已合成的氨基化Fe₃O₄磁性纳米粒子，851μL二乙烯基苯（DVB），21mg偶氮二异丁腈（AIBN），将烧杯置于冰水浴中通氮气除氧15min，密封后于40℃水浴反应12h，然后调节温度至60℃继续反应12h。反应完毕后将聚合物取出，磁铁收集固体，1wt%的乙酸乙腈溶液反复洗脱，用紫外检测洗脱液直至无苯乙醇胺A信号（即在278nm处没有吸收峰），再用甲醇清洗去乙酸，真空干燥24h备用。

下面为了对比本发明MMIP的表征和吸附效果，制备了非分子印迹聚合物，记为MNIP，制备方法基本与上述方法相同，不同之处在于：在步骤（3）中的聚合反应中不加入模板分子苯乙醇胺A。

实施例2、实施例1制备的苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球的表征

（1）TEM透射电镜分析

用TEM透射电镜来观察磁性纳米粒子的大小和形貌，如图2（a）、（b）、（c）所示，其中，图2（a）为Fe₃O₄磁性纳米粒子的TEM图，图2（b）和图2（c）均为实施例1制备的MMIP的TEM图。由该图可以看出，未被修饰的Fe₃O₄磁性纳米粒子的直径约15nm左右，非常容易团聚，从图中已经能观察到一些大的紧密结构的团聚物已经形成。对比图2（a），包裹了一层分子印迹聚合物的磁性微球在图2(b)、（c）中粒径明显的大了几十倍，约为300nm，但其呈现出较好的分散性，而且为明显的核壳结构。

（2）红外光谱分析

分别对表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子、MMIP和MNIP固体颗粒进行红外光谱的分析，如图3（a）、图3（b）和图3（c）所示，三种化合物在560cm^-1左右均有吸收峰，为Fe-O键吸收峰，说明印迹聚合物修饰到Fe₃O₄上并没有破坏Fe₃O₄上的Fe-O键，只是MMIP和MNIP中Fe-O键的伸缩振动强度没有Fe₃O₄高，说明修饰上一层聚合物后磁性减弱但并没有消失。MMIP和MNIP在2900cm^-1和1100cm^-1左右均有吸收峰，而Fe₃O₄没有，2900cm^-1为饱和C-H伸缩振动，1100cm^-1左右为C-O伸缩振动，MMIP和MNIP上的-COOH和-COOR中的C-O的吸收峰，说明Fe₃O₄上已经修饰上分子印迹聚合物。

（3）热重分析

图4（a）、图4（b）和图4（c）分别为表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子、MMIP和MNIP的热重分析曲线，温度在0～100℃的范围内，三条曲线都有所下降，说明是失去化合物中的水。温度继续升高，继续失重，MMIP和MNIP失重的量更大，这是因为NH₂-Fe₃O₄只失去表面的-NH₂和-OH，而MMIP和MNIP也失去了表面的印迹聚合物。NH₂-Fe₃O₄总失重为16%，而MMIP和MNIP总失重为40%左右，这说明印迹聚合物已成功修饰到了氨基化Fe₃O₄的表面，修饰的量为24%。

实施例3、苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球吸附性能的研究

（1）印迹磁性微球与非印迹微球的比较

配制苯乙醇胺A的标准溶液，分别以超纯水和不同pH的PBS缓冲溶液作溶剂，5mg的磁性纳米粒子吸附相同时间后进行HPLC/MS/MS检测。实验结果表明，PA在pH8.0的PBS缓冲溶液中达到较好的吸附效果。后续的实验均以pH8.0的PBS缓冲溶液为溶剂。

本实施例中都是过夜吸附，所以吸附时间均选12h。以2%乙酸-水为洗脱剂，洗脱时间为2h。

配制50、100、200μg/L的苯乙醇胺A标准溶液，分别加入5mg的MMIP和MNIP磁性纳米颗粒，以8mLpH8.0的PBS缓冲溶液吸附相同时间后，0.8mL2%乙酸-水洗脱后进行HPLC/MS/MS检测，洗脱量见图5，MMIP吸附后洗脱下来的苯乙醇胺A明显多于MNIP，大约为MNIP的2倍。

（2）苯乙醇胺A磁性分子印迹微球的吸附选择性

分别准确配制2μg/mL的苯乙醇胺A及其8种结构类似物的pH8.0的PBS标准溶液，5mg的分子印迹磁性微球吸附相同时间后进行HPLC-MS/MS检测。吸附结果见表1，结果表明合成的PA分子印迹磁性微球对于溴氯布罗和沙丁胺醇的吸附效果最差，吸附率不足30%。而对模板分子和沙美特罗的吸附率可以达到99%以上，其它5种结构类似物吸附效率相对偏低，但也可达50%以上。这可能是由于MMIP在吸附过程中优先选择的是带两个苯环的化合物，然后再根据空腔中的活性位点选择其它化合物。本发明中合成的分子印迹磁性微球对于多种类似物都有较高的吸附效率，这说明MMIP已经可以对于一系列的瘦肉精类似物进行萃取和处理。

表1MMIP对于苯乙醇胺A及其类似物的吸附情况

Claims (9)

1.一种苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球的制备方法，包括如下步骤：

苯乙醇胺A和甲基丙烯酸经混合后进行预聚合；

所述预聚合的温度为25℃～30℃，时间为0.5～1.0小时；

所述预聚合在乙腈中进行；

向所述预聚合后的体系中加入表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子、二乙烯基苯和2,2’-偶氮二异丁腈，进行聚合反应；

所述苯乙醇胺A、所述甲基丙烯酸、所述表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子和所述二乙烯基苯和所述2,2’-偶氮二异丁腈的质量比为1：1～6：1～3：10～40：0.1～1.5；

用磁铁收集所述聚合反应结束后得到聚合物，即得到所述苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子是按照下述方法制备的：在氮气保护下，Fe₃O₄磁性纳米粒子与3-氨丙基三乙氧基硅烷进行反应得到所述表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述聚合反应在氮气气氛下进行。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述聚合反应是先在温度为30℃～40℃的条件下反应10～12小时，然后调节温度至50℃～60℃继续反应10～12小时。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述表面氨基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子的制备方法中，所述方法还包括对所述Fe₃O₄磁性纳米粒子进行硅烷基化处理的步骤：在氮气保护下，Fe₃O₄磁性纳米粒子、浓氨水和正硅酸乙酯在乙醇中进行反应即得硅烷基化的Fe₃O₄磁性纳米粒子。

6.权利要求1-5中任一项所述方法制备的苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球。

7.权利要求6所述苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球在吸附苯乙醇胺A中的应用。

8.权利要求6所述苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球在吸附苯乙醇胺A的结构类似物中的应用；

所述苯乙醇胺A的结构类似物为沙美特罗、美托洛尔、莱克多巴胺、利托君、克伦特罗或氯丙那林。

9.权利要求6所述苯乙醇胺A磁性分子印迹聚合物微球在检测猪肉样品中苯乙醇胺A或苯乙醇胺A的结构类似物含量中的应用；

所述苯乙醇胺A的结构类似物为沙美特罗、美托洛尔、莱克多巴胺、利托君、克伦特罗或氯丙那林。