CN112679747A

CN112679747A - 检测烷基间苯二酚的分子印迹聚合物及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN112679747A
Application number: CN202011525111.6A
Authority: CN
Inventors: 李洪岩; 王静; 范浩然; 温洋洋; 李婕; 毛慧佳; 陈志军
Original assignee: Beijing Technology and Business University
Current assignee: Beijing Technology and Business University
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2040-12-22
Also published as: CN112679747B

Abstract

本发明公开了一种检测烷基间苯二酚的分子印迹聚合物及其制备方法和应用，涉及化学分析技术领域。所述分子印迹聚合物以功能化二氧化硅作为载体，ARs作为模板分子，将聚合物接枝到功能化二氧化硅表面的核壳结构材料。制备方法，包括以下步骤：(1)制备硅胶；(2)制备活化硅胶；(3)制备核壳结构分子印迹聚合物。本发明制备工艺简单，制备的表面分子印迹材料化学稳定性好、吸附容量大、重复利用率高，能够在复杂环境中检测ARs，克服了现有方法不同缺点，具有很好的应用前景。

Description

检测烷基间苯二酚的分子印迹聚合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及化学分析技术领域，具体涉及一种检测烷基间苯二酚的分子印迹聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

全谷物摄入量与心血管疾病、癌症、II型糖尿病等多种疾病的发病率呈负相关，全谷物食品的保护机制与麸皮中的酚类化合物密切相关。烷基间苯二酚(ARs)是大量存在于小麦、黑麦麸皮中的一类酚类类脂，它是1,3-二羟基-5-烷基苯衍生物，其苯环5位上被长短不一的奇碳数的烷基取代，以C15-C25的烷基链为主，ARs特殊的双亲性使其具有的多种生理功能。因为ARs主要存在于谷物(小麦或黑麦)的皮层部分，而谷物皮层是全谷类的重要成分，因此ARs也被认为是评估全麦谷物(特别是小麦和黑麦)食品摄入量的潜在标志物。

分子印迹技术(Molecular Imprinting Technology，MIT)是指制备具有特异性识别位点和预定选择性聚合物的技术，合成的聚合物能够选择性的吸附模板分子或同模板分子结构相近的某一族化合物。印迹原理类似于生物自然识别系统，如抗原和抗体、酶和底物，像锁和钥匙一样，MIPs对模板分子及其类似物具有选择识别特性。当模板分子与功能单体接触时会形成多个作用点，在聚合过程中，这种作用会被“记忆”下来，然后通过一定的方法去除模板分子，最终形成一个与模板分子空间构型相匹配的“空穴”型聚合物即MIPs。它能识别特定的模板分子，并对恶劣环境(如高温、高压)具有一定的耐受性。近年来，由于各个学科的快速发展以及检测手段的改进和更新，分子印迹技术发展相当迅速。分子印迹聚合物具有预定性、特异识别性及抗酸抗碱抗氧化性等显著优点，使其与固相萃取、色谱、生物传感器、化学发光、膜分离等技术联用，广泛应用于生命分析、医药、模拟酶催化、环境样品等复杂样品中痕量物质的分析，展示了广阔的应用前景。

例如，中国专利申请201910508053.7公开了一种槲皮素表面印迹聚合物及其在小麦等农作物毒素检测中的应用。其槲皮素为替代模板，选用UIO66-NH2作为表面印迹的载体材料，采用化学接枝法制备出印迹聚合物。将合成的聚合物用作吸附剂制备表面印迹固相萃取柱，对食品中黄曲霉毒素进行萃取和分离，形成一种简便快速，高效灵敏的检测小麦样品中黄曲霉毒素的分析方法，解决当前处理方法成本高，耗时长的问题。

近几十年来发展了多种检测ARs的方法，如气相色谱-串联质谱法、高效液相色谱法、分光光度法、火焰离子化气相色谱法、同位素标记法等。但色谱法检测样品前预处理较为复杂、仪器昂贵等因素不利于色谱法推广和使用；光谱法易受到样品中有色物质的干扰，分析结果误差大，且图谱分析复杂，需要专业技术人员，增加其应用的难度。同时，所述方法的检出限及线性范围各不相同，并存在识别效率低、选择性差、灵敏度低、信号弱等缺点。所以，现有的检测方法限制了全谷物中ARs的快速简易检测，难以为国内全麦粉及全麦食品的真伪判定提供支撑。而目前尚无基于分子印迹技术检测ARs的相关研究。

由于目前亟需发展一种检测准确度高、快速简单的ARs检测手段，因此本申请提供一种检测烷基间苯二酚的分子印迹聚合物及其制备方法和应用，可实现全谷物中ARs的快速简易检测。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中存在的缺陷，基于分子印迹技术，合成一种能够应用于ARs(烷基间苯二酚)定性分析的核壳结构分子印迹聚合物，并应于实际样品中目标分析物的检测。本发明制备工艺简单，制备的表面分子印迹材料化学稳定性好、吸附容量大、重复利用率高，能够在复杂环境中检测ARs，克服了现有方法存在的缺点。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

首先，本发明提供一种检测烷基间苯二酚的分子印迹聚合物，该分子印迹聚合物是以功能化二氧化硅作为载体，以ARs作为模板分子，将聚合物聚合到功能化二氧化硅表面得到的核壳结构材料。

再者，本发明提供一种检测烷基间苯二酚的分子印迹聚合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硅胶：将四乙氧基硅烷(TEOS)加入醇溶液中，然后迅速加入质量分数为12％-20％的氨水溶液，搅拌，离心，洗涤后干燥得硅胶；

(2)制备活化硅胶：将步骤(1)得到的硅胶加入酸溶液，搅拌，过滤，洗涤后干燥，得活化硅胶；

(3)制备核壳结构分子印迹聚合物：将ARs(烷基间苯二酚)溶于致孔剂中，加入功能单体，搅拌，然后加入步骤(2)中所得活化硅胶、硅酸四乙酯和冰乙酸，混合均匀，发生聚合反应得到产物，将所得产物移除ARs，得核壳结构分子印迹聚合物。

优选的，步骤(1)中，所述醇溶液选自甲醇、乙醇、丙醇中的至少一种。

优选的，步骤(1)中，所述醇、四乙氧基硅烷和氨水的用量比为50mL：1-10mL：5.0-50.0mL。

优选的，步骤(1)中，所述搅拌是指：室温下搅拌1-24h。

优选的，步骤(1)中，所述干燥包括但不限于烘干、吹干、自然晾干、真空干燥，进一步优选为真空干燥。

优选的，步骤(2)中，所述酸溶液选自盐酸、硝酸、硫酸中的至少一种。

优选的，步骤(2)中，所述酸溶液的体积分数为40-60％。

优选的，步骤(2)中，所述硅胶与所述酸溶液的用量比为2.0-20.0g：20.0-200.0mL。

优选的，步骤(2)中，所述搅拌是指：室温搅拌2-24h。

优选的，步骤(2)中，所述干燥包括但不限于烘干、吹干、自然晾干、真空干燥，进一步优选为真空干燥。

优选的，步骤(3)中，所述ARs、功能单体和致孔剂的用量比为0.2mmol：1.0-3.0mmol：20.0-100.0mL。

优选的，步骤(3)中，所述功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷。

优选的，步骤(3)中，所述致孔剂选自甲醇、乙腈、丙酮、甲苯、氯仿中的至少一种。

优选的，步骤(3)中，所述搅拌转速为200-500r/min，搅拌时间为30-90min。

优选的，步骤(3)中，所述搅拌方式为室温下磁力搅拌。

优选的，步骤(3)中，所述活化硅胶、正硅酸四乙酯和冰乙酸的用量比为0.2g：5.0-20.0mmol：0.5-2.0mL。

优选的，步骤(3)中，所述移除ARs包括以下步骤：将所得产物用无水乙醇冲洗，然后用ARs洗脱液洗脱，再用无水乙醇洗至中性。

所述ARs洗脱液为甲醇和乙酸的混合溶液，进一步优选的，甲醇和乙酸的体积比为9：1，所述洗脱优选为震荡洗脱，洗脱次数3-10次。

优选的，步骤(3)中，所述聚合反应在密封水浴震荡的条件下进行，所述水浴震荡条件为：20-50℃，200-500r/min，12-36h。

再者，本发明还提供一种用于ARs定性检测的便携式装置，该装置通过将上述核壳结构分子印迹聚合物装填于封装装置中得到。

最后，本发明还提供上述分子印迹聚合物或便携式装置在检测烷基间苯二酚的应用。

优选的，上述应用包括：将上述核壳结构分子印迹聚合物作为固相萃取相，对不同浓度ARs标准液、不同全谷物食品中的ARs进行富集和分离，在富集端直接测定紫外光谱。

进一步优选的，所述ARs不同浓度为0～10μg/L；

所述核壳结构分子印迹聚合物：烷基间苯二酚(m:v)＝3-10:1；

所述全谷物食品为小麦、大麦、黑麦、玉米、全麦面包、全麦饼干中的任意一种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明制备的核壳结构分子印迹聚合物对ARs具有显著的识别性能。这为实际应用中ARs的检测提供了一种新方法；

(2)本发明制备工艺简单，制备的表面分子印迹材料化学稳定性好、抗恶劣环境能力强、吸附容量大、使用寿命长、重复利用率高，能够在复杂环境中检测ARs；

(3)本发明的用于ARs定性检测的便携式装置，结构简单、操作简便，可实现现场快速检测。

附图说明

图1是实施例1核壳结构分子印迹聚合物在线紫外检测装置示意图；

图2是实施例2硅胶与核壳结构分子印迹聚合物的扫描电镜图(SEM)和透射电镜图(TEM)，其中，a：硅胶SEM，b：核壳结构分子印迹聚合物SEM，c：硅胶TEM，b：核壳结构分子印迹聚合物TEM；

图3是实施例3核壳结构分子印迹聚合物对ARs的选择性吸附图；

图4是实施例2核壳结构分子印迹聚合物的稳定性和可重复使用性图；

图5是对比例2核壳结构分子印迹聚合物对ARs的选择性吸附图；

图6是对比例1核壳结构分子印迹聚合物的稳定性和可重复使用性图；

图7是实施例3核壳结构分子印迹聚合物和非印迹核壳结构分子聚合物对ARs的动力学吸附示意图；

图8是对比例2核壳结构分子印迹聚合物和非印迹核壳结构分子聚合物对ARs的动力学吸附示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

下述实施例中的实验方法，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。

下述实施例中，

所述封装型装置为实验室自制装置(见图1装置说明)；

所述3-氨丙基三乙氧基硅烷购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，货号为A107147；

所述四乙氧基硅烷购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，货号为T110596。

实施例1

(1)制备硅胶：1.0mL TEOS加入50.0mL甲醇溶液，然后迅速加入5mL氨水溶液(质量分数为12％)，室温下搅拌24h后，离心，用水洗多次后下真空干燥。

(2)制备活化硅胶：取2.0g硅胶，加入200.0mL盐酸溶液(体积比为40％)，常温搅拌24h，过滤，用二次蒸馏水多次洗涤硅胶后真空干燥。

(3)合成核壳结构分子印迹聚合物：将0.20mmol ARs溶于20mL无水甲醇中，加入1.0mmol 3-氨丙基三乙氧基硅烷，室温下磁力搅拌(200r/min，30min)，然后加入0.2g活化硅胶、5.0mmol硅酸四乙酯和0.5mL冰乙酸混合均匀，密封后水浴震荡(20℃，200r/min)12h完成聚合反应。将得到的产物用无水乙醇冲洗3次，然后用甲醇：乙酸(V:V＝9:1)混合溶液震荡洗脱3次，再用无水乙醇洗至中性后真空干燥，得核壳结构分子印迹聚合物；

(4)准确称取60.0mg核壳结构分子印迹聚合物装填于封装型装置中，测定富集端20.0mL不同浓度(0-10μg/L)ARs紫外光谱，并对小麦中的ARs进行富集和分离，富集后，在富集端直接测定紫外光谱。

实施例2

(1)制备硅胶：5.0mL TEOS加入50.0mL乙醇溶液，然后迅速加入25mL氨水溶液(质量分数为16.7％)，室温下搅拌12h后，离心，用乙醇洗多次后下真空干燥。

(2)制备活化硅胶：取10.0g硅胶，加入100.0mL硫酸溶液(体积比为50％)，常温搅拌12h，过滤，用二次蒸馏水多次洗涤硅胶后真空干燥。

(3)合成核壳结构分子印迹聚合物：将0.20mmol ARs溶于60.0mL乙腈中，加入2.0mmol 3-氨丙基三乙氧基硅烷，室温下磁力搅拌(350r/min，60min)，然后加入0.2g活化硅胶、12.0mmol硅酸四乙酯和1.0mL冰乙酸混合均匀，密封后水浴震荡(35℃，350r/min)24h完成聚合反应。将得到的产物用无水乙醇冲洗3次，然后用甲醇：乙酸(V：V＝9：1)混合溶液震荡洗脱6次，再用无水乙醇洗至中性后真空干燥，得核壳结构分子印迹聚合物；

(4)准确称取70.0mg核壳结构分子印迹聚合物装填于封装型装置中，测定富集端10.0mL不同浓度(0-10μg/L)ARs紫外光谱，并对黑麦中的ARs进行富集和分离，富集后，在富集端直接测定紫外光谱。

实施例3

(1)制备硅胶：10.0mL TEOS加入50.0mL丙醇溶液，然后迅速加入50.0mL氨水溶液(质量分数为20％)，室温下搅拌1h后，离心，用乙醇洗多次后下真空干燥。

(2)制备活化硅胶：取20.0g硅胶，加入20.0mL硫酸溶液(体积比为60％)，常温搅拌2h，过滤，用二次蒸馏水多次洗涤硅胶后真空干燥。

(3)合成核壳结构分子印迹聚合物：将0.20mmol ARs溶于100.0mL丙酮中，加入3.0mmol 3-氨丙基三乙氧基硅烷，室温下磁力搅拌(500r/min，90min)，然后加入0.2g活化硅胶、20.0mmol硅酸四乙酯和2.0mL冰乙酸混合均匀，密封后水浴震荡(50℃，500r/min)36h完成聚合反应。将得到的产物用无水乙醇冲洗3次，然后用甲醇：乙酸(V：V＝9：1)混合溶液震荡洗脱10次，再用无水乙醇洗至中性后真空干燥，得核壳结构分子印迹聚合物；非印迹核壳结构分子聚合物的制备按照印迹核壳结构分子聚合物的合成方法进行，只是不加模板分子ARs。

(4)准确称取100.0mg核壳结构分子印迹聚合物装填于封装型装置中，测定富集端10.0mL不同浓度(0-10μg/L)ARs紫外光谱，并对全麦面包中的ARs进行富集和分离，富集后，在富集端直接测定紫外光谱。

对比例1

与实施例2不同的是，3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为5mmol，其余皆相同。

对比例2

与实施例3不同的是，3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为5mmol，其余皆相同。

结果分析

图1是上述实施例1中核壳结构分子印迹聚合物在线紫外检测装置图。此装置含有能够装载吸附材料的模块1，模块左右有通道孔，用于吸附材料的填装和样品溶液的流入和流出。在真空或压力的作用下，样品溶液通过右侧的孔道流过吸附材料，进行富集和分离，滤液通过左侧的孔道流出，此装置的上下端均用反光材料进行封装，保证整个装置不漏光，富集后，在富集端直接测定紫外光谱。

图2为上述实施例2中硅胶与核壳结构分子印迹聚合物的扫描电镜图(SEM)和透射电镜图(TEM)。从图可知，硅胶与核壳结构分子印迹聚合物的大小均一。硅胶的表面平整光滑，粒径约为350-400nm，如图1中的a和c；核壳结构分子印迹聚合物表面变得比较粗糙，薄膜厚度约为40nm，如图1中的b和d。

图3为上述实施例3中核壳结构分子印迹聚合物对ARs、阿魏酸、香豆酸和植酸的选择性吸附结果。从图中可以看出，核壳结构分子印迹聚合物对ARs有较高的吸附量，对阿魏酸、香豆酸和植酸的吸附量几乎为0，说明了核壳结构分子印迹聚合物的识别能力是基于洗脱模板后形成的空腔的大小、形状和三维结构，进一步说明核壳结构分子印迹聚合物对ARs具有较好的选择性。

图4为上述实施例2合成的核壳结构分子印迹聚合物重复利用率。通过8个吸附-解吸循环评估核壳结构分子印迹聚合物的稳定性和可重复使用性。如图所示，核壳结构分子印迹聚合物的吸附效率缓慢下降，在8个周期内保持约80％，这表明核壳结构分子印迹聚合物具有可接受的可重复使用性和良好的稳定性。

图5和图6分别为上述对比例2和对比例1合成的核壳结构分子印迹聚合物对ARs、阿魏酸、香豆酸和植酸的选择性吸附和重复利用率结果。与图3和图4对比可知，过量的功能单体会降低分子印迹聚合物的选择性和重复利用率。

图7为上述实施例3合成的核壳结构分子印迹聚合物对ARs的动力学吸附。如图所示，核壳结构分子印迹聚合物对ARs的结合量在0-20min内迅速增加，30min达到动态平衡，此时结合量约为85.9％。说明核壳结构分子印迹聚合物可以较快的吸附ARs，为快速简易定性ARs提供基础。

图8为上述对比例2合成的核壳结构分子印迹聚合物和非印迹核壳结构分子聚合物对ARs的动力学吸附。功能单体用量增加，分子印迹聚合物中非特异性吸附位点增多，产生非特异性吸附。同时合成核壳结构分子印迹聚合物时使用过量的功能单体易增加生产成本，降低生产效率。

上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种检测烷基间苯二酚的分子印迹聚合物，其特征在于，所述分子印迹聚合物是以功能化二氧化硅作为载体，以ARs作为模板分子，将聚合物聚合到功能化二氧化硅表面得到的核壳结构材料。

2.一种检测烷基间苯二酚的分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述醇溶液选自甲醇、乙醇、丙醇中的至少一种；所述醇、四乙氧基硅烷和氨水的用量比为50mL：1-10mL：5.0-50.0mL。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硅胶与所述酸溶液的用量比为2.0-20.0g：20.0-200.0mL。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述ARs、功能单体和致孔剂的用量比为0.2mmol：1.0-3.0mmol：20.0-100.0mL；所述功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷；所述致孔剂选自甲醇、乙腈、丙酮、甲苯、氯仿中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述活化硅胶、正硅酸四乙酯和冰乙酸的用量比为0.2g：5.0-20.0mmol：0.5-2.0mL。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述移除ARs包括以下步骤：将所得产物用无水乙醇冲洗，然后用ARs洗脱液洗脱，再用无水乙醇洗至中性；其中，所述ARs洗脱液为甲醇和乙酸的混合溶液，甲醇和乙酸的体积比优选为9：1，所述洗脱为震荡洗脱，洗脱次数3-10次。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述聚合反应在密封水浴震荡的条件下进行，所述水浴震荡条件为：20-50℃，200-500r/min，12-36h。

9.一种用于ARs定性检测的便携式装置，其特征在于，所述装置通过将权利要求1所述或根据权利要求2-8任一项制备方法制备得到的核壳结构分子印迹聚合物装填于封装装置中得到。

10.权利要求1所述或根据权利要求2-8任一项制备方法制备得到的核壳结构分子印迹聚合物，或权利要求9所述便携式装置在检测烷基间苯二酚的应用，

优选的，所述应用包括：将上述核壳结构分子印迹聚合物作为固相萃取相，对不同浓度ARs标准液、不同全谷物食品中的ARs进行富集和分离，在富集端直接测定紫外光谱；所述核壳结构分子印迹聚合物：烷基间苯二酚(m:v)＝3-10:1。