MWCNT-MIP技術在獸藥殘留分析前處理中的應用進展

林 濤，王宗楠，賀利民*

(1.東莞出入境檢驗檢疫局綜合技術中心，廣東東莞523000;2.華南農業大學獸醫學院獸醫藥理研究室，廣州510642)

碳納米管(Carbon nano-tube，CNT)是碳的同素異形體之一，由碳六元環構成的類石墨平面卷曲成無縫筒狀的納米級中空管，其中每個碳原子通過sp2雜化與周圍3個碳原子發生完全鍵合(圖1)［1］。由單層石墨平面卷曲形成單壁碳納米管(Single-walled carbon nano-tube，SWCNT)，多層石墨平面卷曲形成多壁碳納米管(Multi-walled carbon nano-tube，MWCNT)。自1991年日本科學家Iijima［2］發現 MWCNT 以來，因其具有尺寸小、比表面積大、電導率高、機械、化學穩定性和熱穩定性良好、界面效應強、易于共價功能化修飾一系列優點。這種結構獨特，性能優異的新型納米材料，作為吸附材料可用于富集復雜基質中的藥物殘留、有機污染物、金屬離子和生物大分子等［3］，具有廣泛的應用前景。

圖1 單壁碳納米管和多壁碳納米管的結構示意圖

分子印跡技術(Molecular imprinting technology，MIT)是合成對特定分子具有特異識別特性的功能高分子材料制備技術，起源于二十世紀30年代的“模板學說”，到二十世紀末才引起廣泛關注和快速發展［4］。分子印跡聚合物(Molecularly imprinted polymer，MIP)是一種模擬自然界中抗原與抗體特異性識別機制，利用模板分子、具有結構互補的功能單體及交聯劑共聚而形成在空間結構和結合位點上與模板分子完全匹配的高分子聚合物［5］。因其具有特異性識別能力，能從復雜樣品中選擇性分離富集目標物，且制備簡單，能夠反復使用，機械強度較高，穩定性好，非常適合作為固相萃取(Solidphase extraction，SPE)的填充材料，用于試樣的前處理，特別是復雜樣品的分離、凈化和富集獲得了廣泛應用［6］。

通過在多壁碳納米管表面接枝分子印跡聚合物(MWCNT-MIP)，融合二者的優勢，有望成為復雜基質試樣中痕量物質分析前處理凈化技術的研究熱點。

1 MWCNT和MIP在獸藥殘留分析前處理凈化中的應用

1.1 MWCNT在固相萃取中的應用 MWCNT具有比表面積大、穩定性好等優點，近年來，作為SPE吸附材料已用于獸藥殘留分析的凈化和富集。Wang等［7］以 MWCNT為SPE 吸附劑，萃取、凈化豬肉樣品中地西泮、艾司唑侖、阿普唑侖和三唑侖4種苯二氮卓類藥物殘留，采用氣相色譜-串聯質譜檢測，地西泮的檢測限達到2 μg/kg，其它三種藥物的檢測限為5 μg/kg。Zhao 等［8］采用 MWCNT 作為SPE吸附劑，通過離子阱氣相色譜-串聯質譜測定豬肉樣品中巴比妥、異戊巴比妥和苯巴比妥三種巴比妥類藥物殘留，三種藥物的回收率均在75%-96%之間，檢測限達到0.2 μg/kg。同時，比較了C18 SPE小柱與MWCNT-SPE小柱，結果表明，后者明顯優于前者。Hou等［9］建立了基于 MWCNT分散固相萃取-超高效液相色譜-串聯質譜法測定豬肉中18種磺胺類藥殘留，討論了MWCNT的類型、pH、萃取時間、MWCNT的用量及洗脫液類型等因素對萃取效果的影響，磺胺類藥的平均回收率在89.2% ～117.9%之間。Lu等［10］使用 MWCNT作為SPE填料，分離凈化、富集雞蛋、牛奶和蜂蜜中的氯霉素殘留，通過對MWCNT-SPE條件的優化，建立了液相色譜-串聯質譜測定該3種食品基質中氯霉素殘留方法，氯霉素的回收率大于95.8%，相對標準偏差小于10%，三種食品基質中氯霉素的決定限達 0.006 μg/kg。

1.2 MIP在固相萃取中的應用 由于MIP獨特的性能，近年在獸藥殘留分析測定的前處理分離、凈化和富集方面得到了廣泛應用。Sellergren［11］首次將合成的MIP制備成固相萃取小柱，用于Pentanamidie藥物的選擇性凈化、富集，獲得很好的效果。Zheng等［12］采用虛擬模板技術制備了對替米考星具有高度交叉反應的MIP，用于飼料等復雜基質中替米考星的分離、凈化和富集，較傳統的C18等SPE小柱在回收率和凈化效果方面都具有明顯優勢。Zhang等［13］用萊克多巴胺為模板，制備的MIP固相萃取小柱用于豬尿中萊克多巴胺等β-興奮劑殘留的凈化、富集，效果理想。此外，基于MIP-SPE技術用于動物可食性組織［14-15］、牛奶［16-17］、血液［18-19］和水樣［20-21］等基質中獸藥殘留的分離、凈化和富集也有大量報道。

2 MWCNT-MIP在獸藥殘留分析前處理中的應用MWCNT和MIP分別作為SPE吸附材料已廣

泛用于可食性動物組織、牛奶、蜂蜜等動物性食品及血漿、尿液等生物介質中獸藥殘留的分離、凈化和富集。但隨著分析檢測要求的越來越高和試樣介質的越來越復雜，單一的MWCNT或MIP吸附材料都面臨各種挑戰，已無法完全滿足獸藥殘留分析前處理分離、凈化和富集的需要。因此，研究者開始考慮如何充分發揮二者的優勢，期望在試樣前處理技術方面達到增效作用。為此，利用MWCNT表面積大的特點，將MWCNT作為合成MIP的載體，在其表面接枝一層MIP高分子材料的改性思路引起研究者的重視［22］。首先對MWCNT進行功能化處理，一方面增強其在聚合物溶液中的分散性，另一方面其表面功能化處理后產生的官能團參與

MIP的聚合，使MIP通過化學鍵合而連接在MWC-NT表面上。目前，常用的方法有沉淀聚合法、溶膠凝膠法和電沉積法等。

MWCNT-MIP復合材料既有碳納米管超強的力學性能和巨大的比表面積，又有印跡聚合物專一選擇識別性能，從而克服了兩者的不足，又結合了兩者的優點:(1)能夠針對不同性質的目標分子，通過設計不同官能團修飾MWCNT，再接枝上以目標分析物為模板制得的MIP，達到提高萃取能力和特異性選擇的目的;(2)制備聚合物過程不需要經過研磨、過篩等繁瑣工序，避免了材料的浪費及識別位點的破壞;(3)機械強度高，同樣使得識別位點不易被破壞;(4)具有極大的比表面積，模板分子幾乎可以完全除去，最大限度地提高了有效結合位點的比例;(5)結合位點大多暴露于材料的表面，表現出較高的結合容量。同時，模板分子容易接近到材料的分子印跡位點，從而具有較快的結合動力學特性［23］。由于該技術興起于二十世紀末，國內外相關文獻較少，尤其是在獸藥殘留分析前處理領域還未得到廣泛的應用。Liu等［24］利用分子印跡技術和溶膠-凝膠法成功的在MWCNT表面接枝一層萘夫西林-MIP，將該吸附材料用于實際樣品中萘夫西林殘留的凈化和富集，表明該復合材料能夠選擇性吸附雞蛋中的萘夫西林，回收率在61.3% ～84.3%之間。該方法成本低廉，操作簡單，且制備的MWCNT-MIP小柱可重復利用。Zhang等［25］先將MWCNT用硝酸處理羧化，再加入氯化亞砜使其表面酰氯功能化，然后將其與無水四氫呋喃和乙烯基三乙氧基硅烷(VTEOS)混合，磁力攪拌，得到乙烯基修飾的MWCNT。然后，以紅霉素作為模板，丙烯酰-β-環糊精和甲基丙烯酸(MAA)作為雙功能單體在乙烯基修飾的MWCNT表面合成MIP，合成過程如圖2［25］所示。制備的MWCNT-MIP復合聚合物材料作為SPE小柱填料，可高選擇、高效的凈化、富集雞肉試樣中的紅霉素殘留，回收率在85.3% ～95.8%之間。

圖2 多壁碳納米管接枝分子印跡聚合物示意圖

3 結語

與微米級分子印跡聚合物相比，多壁碳納米管接枝分子印跡聚合物將材料顆粒提高到了納米級，具有選擇性良好、結合容量高、結合動力學快的特性，已成為分子印跡學研究的新熱點。但該技術尚處于起步階段，研究還不夠深入，存在許多亟待解決的科學問題:(1)目前，該技術結合位點的吸附作用機理不夠明確，相關的熱力學及動力學研究也較少;(2)在碳納米管表面接枝不同藥物-印跡聚合物的合成方法研究較少，尚未形成完善的合成理論體系;(3)對印跡位點可接近性的相關表征手段較少，因而難以評價該技術制備的印跡聚合物在結合速率上的優越性;(4)在目前的合成方法中，制備的MWCNT-MIP仍然存在形狀不規則，粒徑不均一、作用位點類型不統一、聚合時間較長及由于較高的聚合溫度導致親和力下降等問題。因此，加大機理研究力度、完善合成研究方法、增加表征方法是解決當前MWCNT-MIP制備技術面臨問題的有效手段。可以相信，隨著研究的不斷深入，MWCNTMIP技術在獸藥殘留分析前處理方面的應用前景將更加廣闊。

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