CN103788297B - 一种高选择性识别环丙沙星的表面印迹制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高选择性识别环丙沙星的表面印迹制备方法，属环境材料制备技术领域。特指以活性干酵母为基底，环丙沙星（CIP）作为模板分子，丙烯酰胺（AM）为功能单体，乙二醇二（甲基丙烯酸）酯（EGDMA）为交联剂，2,2ˊ-偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，通过沉淀聚合过程，制备环丙沙星表面印迹吸附剂的方法。静态吸附实验用来研究了制备的印迹吸附剂的吸附平衡、动力学和选择性识别性能。结果表明利用本发明获得的表面印迹吸附剂具有较快速的吸附动力学性质和优越的环丙沙星分子识别性能。

Description

一种高选择性识别环丙沙星的表面印迹制备方法

技术领域

本发明涉及一种高选择性识别环丙沙星的表面印迹制备方法，属环境材料制备技术领域。

背景技术

分子印迹技术(MolecularImprintingTechnique,MIT)是指以目标分子为模板分子，制备对该分子具有特异选择性识别功能的高分子印迹聚合物(MolecularlyImprintedPolymers，MIPs)的一种技术。分子印迹技术之所以得到众多科学工作者的重视，主要是因为其具有三大特点：即预定性，特异识别性，广泛应用性。预定性就是指人们可以根据不同的需要以不同的模板分子制备分子印迹聚合物，以满足各种不同要求；特异识别性是因为分子印迹聚合物是根据模板分子定做的，它具有独特的空间结合位点，可以选择性地识别模板分子；其广泛应用性主要表现在它与酶和底物、抗原和抗体、受体和激素等天然的生物分子识别系统相比，具有较强的抗恶劣环境能力，高度的稳定性和较长的使用寿命，且制备方法比较简单，使得它在诸多领域展现了良好的应用前景。

表面分子印迹技术通过把分子识别位点建立在基质材料的表面，从而有利于模板分子的脱除和再结合，克服了本体聚合方式中存在的一些严重缺陷，如活性位点包埋过深，传质和电荷传递的动力学速率慢，吸附-脱附的动力学性能不佳等。酵母(Yeast)作为一类重要的工业微生物，广泛应用于食品和饮料等发酵行业，利用酵母作为表面分子印迹载体材料，具有来源广、价廉易得、官能团丰富、与有机物兼容性高且可与无机材料形成稳定的价键等优点。活性干酵母是利用现代生物技术和先进设备将工业规模生产的酵母细胞干燥成干物质95%以上，水分5%以下的抽真空包装产品，其见水后瞬间即变成具有生理活性的细胞。用活性干酵母作为制备表面印记的基质材料，具有无可比拟的优势。

氟喹诺酮（Fluoroquinolones）类药物是一类人工合成的新型杀菌性抗菌药物，能够抑制细菌DNA的合成，具有抗菌谱广、抗菌活性强、生物利用率高、与其它抗菌药物无交叉耐药性等特点，被广泛用于动物和人类多种感染性疾病的治疗。环丙沙星作为第三代氟喹诺酮类药物，被广泛用于兽医临床、畜禽和水生动物养殖业中。近年来，随着国际食品贸易中对环丙沙星等喹诺酮类药物越来越严格的最高残留范围的限定，此类药物在动物源食品中的残留分析引起了国内外的普遍关注。将MIPs作为固相萃取中的吸附材料，可有效从复杂基质食品样品中分离、纯化、富集待测物，同时除去干扰组分，可显著提高环丙沙星检测方法的选择性、灵敏度及准确度。

沉淀聚合法是将单体、交联剂、模板分子完全溶于溶剂中，组成均相聚合体系，在一定的条件下引发聚合反应，聚合物生长到一定程度，生成的聚合物就不溶于单体和溶剂，产生相分离而使聚合物从聚合体系中沉淀出来。应用此方法可以得到具有特定粒径分布的聚合物微球，而且该方法不需在反应体系中加入任何稳定剂，因此制备的聚合物微球表面洁净，避免了悬浮聚合、乳液聚合等聚合方法中聚合物微球表面由稳定剂或表面活性剂对模板分子的非选择性吸附。沉淀聚合独特的优势使其在分子印迹微球的制备中得到广泛的运用。

发明内容

本发明利用沉淀聚合方法制备了一种环丙沙星表面印迹吸附剂，并将吸附剂用于水溶液中环丙沙星的选择性识别和分离。该吸附剂对环丙沙星具有选择性高，分离效果显著，重复使用次数多的优点。

本发明特指以活性干酵母为基底，环丙沙星（CIP）作为模板分子，丙烯酰胺（AM）为功能单体，乙二醇二（甲基丙烯酸）酯（EGDMA）为交联剂，2,2'-偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，通过沉淀聚合过程，制备环丙沙星表面印迹吸附剂的方法。

本发明的技术方案如下：

（1）将活性干酵母和水加入到100ml圆底烧瓶中，混匀至酵母溶解，接着加入乙腈，超声10min，然后分别加入环丙沙星，丙烯酰胺，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯，混匀搅拌，接着加入2,2'-偶氮二异丁腈。随后将瓶口密封，放入水浴震荡器中，设置温度50℃，转速180rpm，反应2h，接着调高温度至60℃，继续反应22h。然后离心，60℃下真空干燥12h。合成的印迹聚合物用甲醇和醋酸的混合液为提取液索氏提取48h，脱除模板分子环丙沙星。最后，产物在50℃下真空干燥6h制得环丙沙星表面印迹聚合物。对应的非印迹吸附剂（NIPs）制备方法与上述相同，但不加模板分子环丙沙星。

其中，步骤（1）中所述的活性干酵母、水和乙腈的用量比例为：1：（50~70）：（200~280）g/ml/ml。

其中，环丙沙星、丙烯酰胺、乙二醇二(甲基丙烯酸)酯和2,2'-偶氮二异丁腈的用量为：按照每1g活性干酵母加入（0.31~0.33）mmol环丙沙星，（1.25~2）mmol丙烯酰胺，（5~10）mmol乙二醇二(甲基丙烯酸)酯和（0.02~0.06）g2,2'-偶氮二异丁腈。

其中，步骤（1）中所述的甲醇和醋酸的混合液中甲醇和醋酸的体积比为9:1；

上述技术方案中所述的环丙沙星，其作用为模板分子。

上述技术方案中所述的丙烯酰胺，其作用为功能单体。

上述技术方案中所述的乙二醇二(甲基丙烯酸)酯酯，其作用为交联剂。

上述技术方案中所述的2,2'-偶氮二异丁腈，其作用为引发剂。

上述技术方案中所述的活性干酵母，其作用为基质材料。

（2）将所制得的吸附剂进行吸附性能分析测试。

①静态吸附试验

称取5mg印迹聚合物（MIPs）和非印迹聚合物（NIPs）加入相应测试溶液中，在恒温水域中静置，考察吸附溶液的初始浓度、静置时间和结构类似物干扰对印迹吸附剂识别环丙沙星分子的影响；吸附后，通过离心分离收集得到测试液中上层清液，未吸附的环丙沙星分子浓度用紫外光谱测定，并根据结果计算出吸附容量(Q_e，mg/g)：

其中C₀(mg/L)和C_e(mg/L)分别是吸附前后环丙沙星的浓度，W(g)为吸附剂用量，V(ml)为测试液体积。

②选择性吸附试验

选取恩诺沙星（ENR）、磺胺二甲嘧啶（SMZ）、四环素（TC）为竞争吸附底物，分别配置以上三种化合物的水溶液，每种底物的浓度都为50μmol/L。取10ml配置好的溶液加入到比色管中，分别加入5mg印迹和非印迹吸附剂，把测试液放在25^oC的水浴中分别静置12h；静置时间完成后，离心分离得到上清液，未吸附的各种竞争吸附底物的浓度用紫外光谱（UV）测定。

本发明的技术优点：该产品使用的活性干酵母价格低廉易得，遇水依然保持酵母的活性，表面含有丰富的官能团，不需要过多的修饰改性，便于一锅法合成表面印迹聚合物；由于印迹发生在活性基质材料表面，避免了部分模板分子因包埋过深而无法洗脱的问题，获得的印迹吸附剂机械强度高，识别点不易破坏，大大地降低了非特异性吸附；利用沉淀聚合反应生成的聚合物微球表面洁净且颗粒尺寸大小统一；利用本发明获得的环丙沙星复合材料表面印迹吸附剂具有较好的热稳定性，较高的吸附容量，快速的吸附动力学性质和对环丙沙星有明显的分子识别性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明技术作进一步描述。

图1为实施例1和实施例2中活性干酵母颗粒、印迹聚合物1和印迹聚合物2的红外光谱图；从图1中可以看出在酵母本身富含多种官能团，如在3317cm^-1处出现的宽峰，为羟基和-NH₂的称伸缩振动的重叠峰；2927cm^-1处为C-H的伸缩振动峰，1651cm^-1和1542cm^-1处分别对应蛋白质的酰胺I和酰胺II的吸收峰，1396cm^-1处为羧酸中-OH的面内弯曲振动吸收峰。利用酵母为基质材料制备的表面分子印迹聚合物1和印迹聚合物2保留了酵母菌原有的特征峰，但3317cm^-1处的-NH₂和羟基的峰朝高波数偏移到3427cm^-1。印迹聚合物1和2在约1730cm^-1处出现的强峰为酯羰基的C=O伸缩振动峰，表明了印迹聚合物已经成功的接枝到酵母表面。通过印迹聚合物1和2的对比发现，两者红外光谱图基本一致，只是在1386cm^-1处印迹聚合物1比印迹聚合物2表现出更强的特征峰，表明酵母的量和溶剂的比例对印迹聚合物红外谱图的影响很小。

图2为实施例1中活性干酵母粒子（a,d）、印迹聚合物1（b,c）和印迹聚合物2（e,f）的扫描电镜图；从图2中可以看出合成的活性干酵母粒径分布均一、表面光滑，而在酵母表面合成的印迹层粗糙膨松，表明印迹成功。而且，印迹聚合物2相对于印迹聚合物1来说，印迹层更粗糙，更均匀一些。表明酵母表面印迹层的厚度可以通过酵母的量和溶剂的比例来调节。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

实施例1

（1）环丙沙星表面印迹聚合物(MIPs)的制备

取0.2g活性干酵母放入到100ml圆底烧瓶中，加入10ml水，混匀至酵母溶解，然后加入40ml乙腈，超声10min，然后分别加入环丙沙星0.0625mmol，丙烯酰胺0.25mmol，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯1mmol，混匀搅拌，通氮15min，然后小心的加入2,2'-偶氮二异丁腈0.0043g，将瓶口密封，放入水浴震荡器中，设置温度50℃，转速180rpm，反应2h，接着调高温度至60℃，继续反应22h。然后离心，60℃真空干燥12h。合成的产物用90mL甲醇和10mL醋酸的混合液为提取液索氏提取48h，脱除模板分子环丙沙星。最后，50℃下真空干燥6h制得环丙沙星表面印迹聚合物。

对应的非印迹吸附剂（NIPs）制备方法与上述相同，但不加模板分子环丙沙星。

实施例1中各表征图如附图中图1印迹聚合物1及图2中a,b,c所示。

（2）静态吸附试验

取10ml初始浓度分别为5、10、15、20、25、50、75、100、150、200、250和300mg/L的环丙沙星溶液加入到比色管中，分别加入5mg上述制得的印迹和非印迹吸附剂，把测试液放在25^oC的水浴中静置12h后，离心分离得到上清夜，未吸附的环丙沙星分子浓度用紫外光谱测定，并根据结果计算出吸附容量。

结果表明，环丙沙星表面印迹吸附剂的饱和吸附容量为18.81mg/g，明显高于非印迹吸附剂的9.61mg/g。

（3）选择性吸附试验

选选取环丙沙星（CIP）、恩诺沙星(ENR)、四环素(TC)和磺胺二甲嘧啶（SMZ）为竞争吸附底物，分别配置以上三种化合物的水溶液，每种底物的浓度都为50μmol/L。取10ml配置好的溶液加入到比色管中，分别加入5mg印迹和非印迹吸附剂，把测试液放在25^oC的水浴中分别静置12h；静置时间完成后，离心分离得到上清液，未吸附的各种竞争吸附底物的浓度用紫外光谱（UV）测定。

结果显示，通过对ENR、TC和SMZ三种竞争抗生素的选择性实验，环丙沙星表面印迹聚合物对非印迹聚合物的相对分离因子为1.592、6.456和9.563，表明此环丙沙星表面印迹材料具有良好的选择识别性能。

实施例2

（1）环丙沙星表面印迹聚合物(MIPs)的制备

取0.15g活性干酵母放入到100ml圆底烧瓶中，加入10.5ml水，混匀至酵母溶解，然后加入42ml乙腈，超声10min，然后分别加入环丙沙星0.05mmol，丙烯酰胺0.3mmol，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯1.5mmol，混匀搅拌，通氮15min，然后小心的加入2,2'-偶氮二异丁腈0.0096g，将瓶口密封，放入水浴震荡器中，设置温度50℃，转速180rpm，反应2h，调高温度至60^oC，继续反应22h。然后离心，60℃真空干燥12h。合成的产物用90mL甲醇和10mL醋酸的混合液为提取液索氏提取48h，脱除模板分子环丙沙星。最后，50℃下真空干燥6h制得环丙沙星表面印迹聚合物。

对应的非印迹吸附剂（NIPs）制备方法与上述相同，但不加模板分子环丙沙星。

实施例2中各表征图如附图中图1印迹聚合物2及图2中d,e,f所示。

（2）静态吸附试验

取10ml初始浓度分别为5、10、15、20、25、50、75、100、150、200、250和300mg/L的环丙沙星溶液加入到比色管中，分别加入5mg上述制得的印迹和非印迹吸附剂，把测试液放在25^oC的水浴中静置12h后，离心分离得到上清夜，未吸附的环丙沙星分子浓度用紫外光谱测定，并根据结果计算出吸附容量。

结果表明，环丙沙星表面印迹吸附剂的饱和吸附容量为25.4mg/g，明显高于非印迹吸附剂的15.47mg/g。

Claims (1)

1.一种高选择性识别环丙沙星的表面印迹的制备方法，按以下步骤进行：

将活性干酵母和水加入到100ml圆底烧瓶中，混匀至酵母溶解，接着加入乙腈，超声10min，然后分别加入环丙沙星，丙烯酰胺，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯，混匀搅拌，接着加入2,2'-偶氮二异丁腈；随后将瓶口密封，放入水浴震荡器中，设置温度50℃，转速180rpm，反应2h，接着调高温度至60℃，继续反应22h；然后离心，60℃下真空干燥12h；合成的印迹聚合物用甲醇和醋酸的混合液为提取液索氏提取48h，脱除模板分子环丙沙星；最后，产物在50℃下真空干燥6h制得环丙沙星表面印迹聚合物；

其中所述的活性干酵母、水和乙腈的用量比例为：1：（50~70）：（200~280）g/ml/ml；

其中，环丙沙星、丙烯酰胺、乙二醇二(甲基丙烯酸)酯和2,2'-偶氮二异丁腈的用量为：按照每1g活性干酵母加入（0.31~0.33）mmol环丙沙星，（1.25~2）mmol丙烯酰胺，（5~10）mmol乙二醇二(甲基丙烯酸)酯和（0.02~0.06）g2,2'-偶氮二异丁腈；

其中所述的甲醇和醋酸的混合液中甲醇和醋酸的体积比为9:1。