萊克多巴胺分子印跡聚合物的制備及吸附性能研究

毛永強，李娜，裴鈺，王恒峰，張玉，李東坡，劉思陽

(遼寧工程技術大學 理學院，遼寧 阜新 123000)

分子印跡聚合物(MIP)因具有高度的識別性和親和性，在固相萃取、手性分離、色譜分離和傳感器等領域得到廣泛應用［1-6］。目前分子印跡聚合物的制備方法有很多種，其中沉淀聚合法能夠在溶劑中制備粒徑均一的聚合物，避免繁雜的后處理，具有方法簡單、產率高、吸附性能好等特點，得到人們的關注［7］。

萊克多巴胺(RAC)是人工合成β-受體激動劑之一，能夠顯著提高豬瘦肉率。但RAC 殘留易通過食物鏈在人體內畜積，對人體造成肌肉疼痛、心動過速、心率失常、暈眩等危害。盡管我國明令禁止其作為動物促生長劑使用，但在經濟利益驅使下，違法濫用現象時有發生。因此，發展RAC 檢測方法對控制農產品質量安全具有重要意義。目前對食品和飼料內RAC 殘留的檢測，常采用液相色譜法、氣相色譜法、液相色譜-質譜法、氣相色譜-質譜法等，但這些方法需要復雜的前處理，且富集方法大都是非特異性的，往往會同時富集干擾成分，存在吸附容量小和印跡因子不高等缺點［8-11］。

本文采用沉淀聚合法制備萊克多巴胺分子印跡聚合物，并通過平衡吸附實驗和Scatchard 分析，研究其對模板分子萊克多巴胺的吸附性能和識別能力，從而為建立基于分子印跡技術檢測RAC 的方法奠定基礎。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

萊克多巴胺(RAC)、鹽酸克侖特羅(CLE)、沙丁胺醇(SAL)、甲基丙烯酸(MAA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、偶氮二異丁腈(AIBN)、甲醇、乙腈、冰醋酸均為分析純試劑。

U-3100 紫外可見分光光度計;KQ-500DA 型臺式數控超聲波清洗器;DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器;DZF-6050 真空干燥箱;Sigma 3-30K 高速臺式冷凍離心機。

1.2 分子印跡聚合物的制備

在100 mL 燒瓶中，加入2 mmol 功能單體MAA、0.5 mmol 模板分子RAC 和30 mL 體積比為1 ∶1 的甲醇-乙腈混合溶液，充分振蕩后，4 ℃預聚合12 h，然 后 加 入0. 25 mmol 引 發 劑AIBN 和10 mmol 交聯劑EGDMA，通氮氣10 min 除去溶液中溶解氧后，在60 ℃恒溫水浴條件下聚合24 h。用體積比9 ∶1甲醇和乙酸的混合溶液洗脫聚合物，直至紫外可見分光光度計檢測不到模板分子RAC 為止。聚合物在60 ℃真空干燥箱中烘干至恒重，得到分子印跡聚合物(MIP)。

非印跡聚合物(NIP)制備，步驟同上，但不加入模板分子RAC。

1.3 平衡吸附性能

稱取20 mg 的MIP 或NIP 置于試管中，分別加入不同濃度(0.05 ～0.50 mg/mL)的RAC 甲醇標準溶液，室溫下振蕩反應24 h 后，離心后取上清液測定其吸光度。根據結合前后溶液中RAC 的濃度變化，并依據下式計算MIP 或NIP 對RAC 的吸附量［12］。

式中 Q——MIP 或NIP 對RAC 吸附量，mg/g;

C0——結合前溶液中RAC 濃度，mg/mL;

C——結合后溶液中RAC 濃度，mg/mL;

V——RAC 溶液體積，mL;

W——MIP 或NIP 質量，g。

1.4 選擇性吸附

選用與萊克多巴胺(RAC)結構相似的鹽酸克侖特羅(CLE)、沙丁胺醇(SAL)作為底物，分別測定MIP 和NIP 對RAC、CLE 和SAL 這3 種底物的吸附量。

2 結果與討論

2.1 印跡聚合物的吸附等溫線

采用靜態平衡吸附法，測定不同濃度RAC 在MIP 和NIP 上的吸附等溫線，結果見圖1。

圖1 RAC 在MIP 和NIP 上的吸附等溫線Fig.1 Adsorption isotherm of RAC on MIP and NIP

由圖1 可知，隨著RAC 濃度的增大，MIP 的特異性吸附量和NIP 的非特異吸附量都隨之增大，且MIP 的吸附量明顯大于NIP，表明制備的MIP 對模板分子RAC 表現出優越的吸附性能。這是因為在MIP 制備過程中，模板分子與功能單體通過非共價鍵結合，在交聯劑作用下形成剛性的三維空間結構;洗脫RAC 后，MIP 上便形成與RAC 結合位點互補、大小和形狀一致的三維立體孔穴，因此MIP 對模板分子RAC 具有特異性識別和吸附作用。雖然NIP制備過程與MIP 相同，但由于未加入模板分子RAC，因此未能形成這類三維立體孔穴，僅以非特異方式吸附RAC，因而其吸附量較低。

2.2 印跡聚合物的Scatchard 分析

為考察MIP 對RAC 的結合特性，對RAC 在MIP 上的吸附等溫數據進行Scatchard 分析。方程如下所示:

式中 Q——RAC 在MIP 上平衡結合量，mg/g;

C0——溶液中RAC 平衡濃度，mg/g;

Qmax——結合位點最大表觀結合量，mg/mL;

Kd——結合位點平衡離解常數，mg/mL。

以Q/C0對Q 作圖，曲線見圖2。

圖2 MIP 的Scatchard 曲線Fig.2 Scatchard curve of MIP

由圖2 可知，Q/C0對Q 曲線呈非線性關系，但曲線中兩個部分呈線性關系，表明MIP 對RAC 分子存在兩類不同作用性質的結合位點。對圖2 中這兩段線性部分進行擬合，由直線的截距和斜率可近似求得高結合位點的最大表觀結合量Qmax1=8.64 mg/g，平衡離解常數Kd1=8.75 g/mL;低結合位點的最大表觀結合量Qmax2=14.93 mg/g，平衡離解常數Kd2=2.38 g/mL。這是因為RAC 中存在羥基、仲胺基兩類不同的功能基團，在預組裝時分別通過非共價鍵與功能單體MAA 中羧基結合，形成兩類不同組成的配合物，洗脫RAC 分子后在MIP 中形成兩類不同性質的結合位點。

2.3 印跡聚合物的選擇性吸附

采用靜態平衡吸附法，測定MIP 和NIP 對RAC結構類似的CLE 和SAL 這3 種底物的吸附量，考察MIP 的選擇性吸附性能，結果見圖3。

圖3 MIP 和NIP 對萊克多巴胺、克侖特羅和沙丁胺醇的選擇性吸附Fig.3 Selective adsorption of MIP and NIP for ractopamine(RAC)，clenbuterol (CLE)and salbutamol (SAL)

由圖3 可知，MIP 對RAC 的吸附量明顯大于對CLE 和SAL 的吸附量以及RAC、CLE 和SAL 在NIP上的吸附量，這說明MIP 對模板分子RAC 產生明顯的印跡效應。這是因為MIP 中存在與RAC 立體結構互補的三維立體孔穴，這些孔穴在形狀、大小、空間結構和作用位點等與RAC 分子高度匹配，但與CLE 和SAL 分子匹配度低，因此MIP 對RAC 的吸附量要明顯強于CLE 和SAL。同時，NIP 中功能基團分布是任意的，也沒有與RAC 互補的印跡孔穴，對3 種底物的吸附能力基本相當。這表明所制備的MIP 對RAC 具有很好的吸附選擇性和分子識別能力。

3 結論

采用沉淀聚合法，以萊克多巴胺為模板分子，制備萊克多巴胺分子印跡聚合物。平衡吸附實驗和Scatchard 分析的結果表明，所制備聚合物對萊克多巴胺分子存在兩類作用性質不同的結合位點，對萊克多巴胺具有良好的親和性和選擇性，從而為建立基于分子印跡聚合物檢測萊克多巴胺殘留的方法奠定基礎。

［1］ Zhang X，Xu S，Lee Y I，et al. LED-induced in-column molecular imprinting for solid phase extraction/capillary electrophoresis［J］.Analyst，2013，138(10):2821-2824.

［2］ Basozabal I，Gomez-Caballero A，Diaz-Diaz G，et al. Rational design and chromatographic evaluation of histamine imprinted polymers optimised for solid-phase extraction of wine samples［J］.J Chromatogr A，2013，1308:45-51.

［3］ Monier M，El-Mekabaty A.Preparation of molecularly imprinted resin based on chitosan for chiral recognition of Smandelic acid［J］. Int J Biol Macromol，2013，55:207-213.

［4］ Nolvachai Y，Kulsing C，Boysen R I，et al. Miniaturized molecularly imprinted polymer extraction method for the gas chromatographic analysis of flavonoids［J］.J Sep Sci，2014，37(8):1018-1025.

［5］ Rosy，Chasta H，Goyal R N.Molecularly imprinted sensor based on o-aminophenol for the selective determination of norepinephrine in pharmaceutical and biological samples［J］.Talanta，2014，125:167-173.

［6］ Sun X，Zhang L，Zhang H，et al. Development and application of 3-chloro-1，2-propandiol electrochemical sensor based on a polyaminothiophenol modified molecularly imprinted film［J］. J Agric Food Chem，2014，62(20):4552-4557.

［7］ Liu M，Li Y，Han J，et al.Synthesis of tetracycline-imprinted polymer microspheres by reversible addition-fragmentation chain-transfer precipitation polymerization using polyethylene glycol as a coporogen［J］.J Sep Sci，2014，37(9/10):1118-1125.

［8］ Churchwell M I，Holder C L，Little D，et al. Liquid chromatography/electrospray tandem mass spectrometric analysis of incurred ractopamine residues in livestock tissues［J］. Rapid Commun Mass Spectrom，2002，16(13):1261-1265.

［9］ Bocca B，Fiori M，Cartoni C，et al.Simultaneous determination of zilpaterol and other beta agonists in calf eye by gas chromatography/tandem mass spectrometry［J］. J AOAC Int，2003，86(1):8-14.

［10］He L M，Su Y J，Zeng Z L，et al. Determination of ractopamine and clenbuterol in feeds by gas chromatographymass spectrometry［J］.Anim Feed Sci Technol，2007，132(3/4):316-323.

［11］Antignac J P，Marchand P，Bizec B L，et al.Identification of ractopamine residues in tissue and urine samples at ultra-trace level using liquid chromatography-positive electrospray tandem mass spectrometry［J］. J Chromatogr B，2002，774(1):59-66.

［12］Li Y，Li X，Dong C K，et al.Selective recognition and removal of chlorophenols from aqueous solution using molecularly imprinted polymer prepared by reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization［J］.Biosen Bioelectron，2009，25(2):306-312.