硫辛酸分子印跡聚合物的制備及其分子識(shí)別性能研究

何 軍，張力灃，張 進(jìn)，黃元秀，牛延慧，任 偉

(1.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心, 貴州 貴陽(yáng) 550009；2.貴州師范學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550018)

科研與開(kāi)發(fā)

硫辛酸分子印跡聚合物的制備及其分子識(shí)別性能研究

何 軍1，張力灃2*，張 進(jìn)2，黃元秀2，牛延慧2，任 偉2

(1.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心, 貴州 貴陽(yáng) 550009；2.貴州師范學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550018)

α-硫辛酸(ALA)是一種新型的抗氧化劑，具有極高的醫(yī)用價(jià)值，在抗衰老方面應(yīng)用廣泛。本文以ALA為模板分子，殼聚糖為功能單體，制備ALA印跡聚合物(MIP)。通過(guò)紫外分光光度法分析ALA印跡聚合物分子識(shí)別特性，并考察了溫度對(duì)MIP的刺激響應(yīng)性能影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的MIP對(duì)目標(biāo)分子具有較好的特定識(shí)別選擇性。

α-硫辛酸；印跡聚合物；分子識(shí)別；結(jié)合特性

α-硫辛酸(ALA)是一種具有高效性能的抗氧化劑物質(zhì)，在許多疾病的預(yù)防和治療都起到非常重要不可忽視的作用。其還具有直接清除活性氧的能力，螯合金屬的能力，再生其它抗氧化劑的能力[1]。分子印跡技術(shù)作為一種具有選擇性較高的分子識(shí)別技術(shù)，其中利用化學(xué)方法合成具有高選擇性以及優(yōu)越分子識(shí)別能力的聚合物分子材料一分子印跡聚合物(MIP)[2]，利用分子印跡聚合物的特性達(dá)到探測(cè)有害成分，發(fā)展成天然抗氧化劑等物質(zhì)的釋放而提高食品質(zhì)量的活性包裝[3]。ALA印跡聚合物分子是由具有強(qiáng)氧化劑的ALA為模板分子和具有堿性、生物可降解性的殼聚糖為功能單體聚合而得，依附ALA的特殊氧化性制備出的ALA印跡聚合物分子也具有獨(dú)特的功能，印跡聚合物表面存在一定的孔穴，與印跡分子的結(jié)構(gòu)在某些方面如在形狀、大小、以及功能基團(tuán)的空間位置上相適合而被識(shí)別[4]，ALA印跡聚合物分子通過(guò)對(duì)ALA進(jìn)行識(shí)別，體現(xiàn)了它的特異性優(yōu)點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：α-硫辛酸(ALA)，N-N亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)，殼聚糖，乙酸、乙醇，過(guò)硫酸鉀，聚乙二醇、丙酮，甲醇，乙腈(純度大于99.5%)，硝酸，甲苯，冰醋酸，乙醚,石油醚其余均為分析純。

儀器:SHB-III 型循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)，DF-II 集熱式恒溫磁力攪拌器(金壇市恒豐儀器廠)，SHZ-82A型水浴恒溫振蕩器(金壇市開(kāi)發(fā)區(qū)吉特實(shí)驗(yàn)儀器廠)，UV-2450 型紫外分光光度計(jì)(日本島津儀器(蘇州)有限公司)，VECTOR22型紅外光譜測(cè)定儀(德國(guó)布魯克公司)，KQ-500V 型超聲波清洗器(中國(guó)昆山市超聲波儀器有限公司)，F(xiàn)A1004 型電子天平(鄭州南北儀器設(shè)備有限公司)，SZF-06A型索氏提取器(上海新嘉電子有限公司)。

1.2 ALA印跡聚合物的合成

準(zhǔn)確稱取0.2052 g ALA(1mmoL)及1.0432 g殼聚糖(6mmoL)置于磨口錐形瓶中，加入15%乙醇和1%乙酸混合液100 mL中溶解，用保鮮膜封口，放置于恒溫磁力攪拌器攪拌至完全溶解。待其完全溶解后轉(zhuǎn)至磨口錐形瓶中在集熱式恒溫磁力攪拌器50 ℃下反應(yīng)24 h，依次加入交聯(lián)劑(N-N-亞甲基雙丙烯酰胺)3.0721 g、引發(fā)劑(過(guò)硫酸鉀)0.6530 g、致孔劑(聚乙二醇)0.0611 g，使之充分搖勻，通氮除氧10min，再轉(zhuǎn)至錐形瓶中，密封好在50 ℃恒溫中聚合24 h ，最后將聚合好的混合物移入表面皿置于真空干燥箱中干燥36 h，制得ALA印跡聚合物(SMIP)。將其研磨成粉，用5%(體積分?jǐn)?shù))乙酸的甲醇溶液置索氏提取器中提取24 h，除去模板分子和未反應(yīng)化合物，直到回流的溶液中用紫外光譜檢測(cè)不出ALA，然后用乙腈洗滌聚合物中殘留的乙酸和甲醇，再用丙酮反復(fù)沉降聚合物顆粒，真空干燥至恒重待用。非表面印跡聚合物(SNIP)的制備除了不加ALA模板分子外，其它均與印跡聚合物的制備過(guò)程相同。

1.3 ALA印跡聚合物分子結(jié)合特性檢測(cè)

1.3.1 ALA的標(biāo)準(zhǔn)曲線

稱取0.2058 g ALA置于磨口錐形瓶中，加入100 mL15%乙醇和1%乙酸混合液進(jìn)行溶解，配制成0.01 moL/LALA溶液，待完全溶解后取1 mL于10 mL比色皿管中，再?gòu)拇斯苋? mL于第二支比色皿管，以此類推，將其稀釋至第6只比色皿管中，測(cè)其紫外吸光度，構(gòu)成濃度梯度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見(jiàn)圖1，得到ALA標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=11.534x+0.0037，R2=0.999。

圖1 ALA標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.3.2 ALA的吸附性能研究

稱取0.05 gALA聚合物于6個(gè)夾套燒瓶中，加入ALA溶液10、9、8、7、6、5 mL，標(biāo)記好，用保鮮膜封口后，在25 ℃下恒溫振蕩12 h后，離心分離，取上清液1 mL稀釋至50 mL，測(cè)其紫外吸光度[5]。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出吸附后溶液中ALA濃度。由吸附前后溶液中ALA濃度差按公式(1)算出聚合物的飽和吸附量Q(mg/g )。飽和吸附量計(jì)算公式為

Q =(C0- C)V/W

(1)

其中 Q 為吸附量(mg/g)、C0(mg/mL)為吸附前濃度、C(mg/mL)為吸附后濃度、V(mL)為ALA溶液的體積、W(g)為ALA聚合物的質(zhì)量。

經(jīng)紫外掃描得出ALA最大吸收波長(zhǎng)為266 nm，故而在此波長(zhǎng)下測(cè)其紫外吸光度，加入ALA溶液的體積中選出吸附效果較好時(shí)的濃度0.04944 mg/mL，再在此條件下用同樣的方法再做以上的實(shí)驗(yàn)，測(cè)出最高吸附量，再用吸附量較好的一組來(lái)進(jìn)行對(duì)其在不同溫度下進(jìn)行緩釋性能研究。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

表1 不同濃度和時(shí)間及溫度時(shí)聚合物的吸附量變化

2.1 印跡聚合物的靜態(tài)吸附

圖2 MIP和NIP的等溫吸附曲線

由表1和圖2可得出MIP最大吸附量Qmax約為9.33 mg/g，MIP與NIP的對(duì)模板分子吸附趨勢(shì)相似，但最大吸附容量(5.43 mg/g)較小，這是由于NIP的表面不像MIP的表面那樣有一定的孔穴，能夠與模板分子相互作用。之所以能夠吸附，其過(guò)程主要是由范德華力等其它的物理吸附作用引起的非特異性的吸附。MIP的吸附量較空白物大，是因?yàn)橛≯E聚合物表面有一定的孔穴，能與模板分子發(fā)生相互作用而被識(shí)別，聚合物表面的孔穴具有一定的識(shí)別能力，印跡因子α=QMIP/QNIP=9.33/5.43=1.718，當(dāng)α≥1.5時(shí)[6]，表示聚合物分子對(duì)吸附質(zhì)即模板分子具有良好的選擇識(shí)別特性，具有較高的選擇特性。

2.2 印跡聚合物的動(dòng)態(tài)吸附

通過(guò)對(duì)印跡聚合物的吸附動(dòng)力學(xué)考察，由圖3可知，MIP的吸附量在剛開(kāi)始時(shí)隨著時(shí)間的增加而增加，當(dāng)吸附時(shí)間在180min時(shí)，吸附能力較大，此時(shí)的吸附容量達(dá)到最大吸附量的93%左右，210min后吸附基本達(dá)到飽和，處于一個(gè)平緩狀態(tài)。反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)吸附量不再增加，這是因?yàn)橛≯E聚合物被模板分子所吸附，模板分子先吸附聚合物表面的孔穴，即結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)這些聚合物表面結(jié)構(gòu)上的孔穴都被模板分子幾乎全部占據(jù)的時(shí)候，模板分子找不到能夠相互作用的孔穴，吸附逐漸緩慢，最終達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)。而在180min之前，由于反應(yīng)時(shí)間不夠，聚合物與模板分子間沒(méi)有充分接觸，形成的結(jié)合位點(diǎn)較少，不利于吸附。

圖3 MIP的吸附量隨時(shí)間的變化曲線

2.3 印跡聚合物在不同溫度(T/℃)下吸附性能

經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，從圖4可以看出，在溫度為40 ℃時(shí)，印跡聚合物的吸附量達(dá)到最大，當(dāng)溫度超過(guò)了40 ℃時(shí)，聚合物的吸附量下降速率增大，下降比較快。這是由于剛開(kāi)始溫度升高，促進(jìn)模板分子與聚合物相互作用，但當(dāng)溫度過(guò)高破壞了聚合物分子的空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致聚合物表面的孔穴受到一定的影響，不利于模板分子吸附聚合物。在不同的溫度時(shí)聚合物的結(jié)合特性不同，所以最佳溫度應(yīng)為40 ℃，此時(shí)的溫度能夠讓模板分子大量的吸附聚合物，緩釋效果好。

圖4 MIP的吸附量隨溫度的變化曲線

3 結(jié)論

通過(guò)采用紫外檢測(cè)法對(duì)聚合物分子的吸光度測(cè)定從而分析聚合物分子的特異性能及其選擇特性。結(jié)果表明：通過(guò)檢測(cè)其動(dòng)態(tài)吸附和靜態(tài)吸附印跡聚合物的吸附量，印跡聚合物與模板分子的結(jié)合能力在ALA濃度為0.04870 mg/mL時(shí)吸附量最大，分別為9.33 mg/g、5.43 mg/g，當(dāng)溫度為40 ℃、反應(yīng)時(shí)間為180min時(shí)聚合物吸附量達(dá)到最大值，分別是5.7408 mg/g、8.734 mg/g，在此條件下聚合物與模板分子的結(jié)合能力較強(qiáng)，聚合物與模板分子才能更好的接觸進(jìn)而相互作用，達(dá)到最好的識(shí)別效果。

[1] 黃 濤,黃開(kāi)勛.α-硫辛酸的生物醫(yī)學(xué)功能[J].生命的化學(xué),2004,24(1):58-60.

[2] Yang Qiang,Luo Guitao,Xiao Rong.Study on the adsorption behavior of molecular imprinted polymers[J].New Chemical Materials,2013,41(4):87-89.

[3] 朱秋勁,張 進(jìn),張孝剛,等.抗氧化溫敏型硫辛酸分子印跡聚合物的研究動(dòng)態(tài)[J].食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào),2013,4(6):1785-1789.

[4] Wang Ning,Dong Xiangchao,Zhang Xuwei,et al.Synthesis and the recodnition properties of the monosulfuron imprinted polymer[J].Joumal of Instrumental Analysis,2004,23(4):13-17.

[5] 張志良,王 兵.分子識(shí)別材料D-萘普生印跡聚合物的制備與結(jié)構(gòu)性能[J].高分子材料科學(xué)與工程,2010,26(9):112-116.

[6] 彭 寧,閻鳳超,陳 磊,等.呋喃分子印跡聚合物的制備及其吸附特性[J].分析化學(xué)研究簡(jiǎn)報(bào),2010,38(4):559-563.

(本文文獻(xiàn)格式：何 軍，張力灃，張 進(jìn)，等.硫辛酸分子印跡聚合物的制備及其分子識(shí)別性能研究[J].山東化工,2017,46(15):1-2,6.)

Synthesis and Research of Molecule Recognition Capability of Alpha-lipoic Molecularly Imprinted Polymer

HeJun1,ZhangLifeng2*,ZhangJin2,HuangYuanxiu2,NiuYanhui2,RenWei2

(1.Technology Center of China Tobacco Guizhou Industrial Co.,Ltd., Guiyang 550009,China;2.Guizhou Normal College,Guiyang 550018,China)

Alpha-lipoic acid(ALA),a new type of antioxidants with high medicinal value,is widely used in the treatment of diabetic neuropathy. In the thesis, ALA molecule imprinted polymer(MIP) was prepared by taking ALA as template molecule, and chitosan as the functional monomer. The recognition characteristics between MIP and ALA was analyzed, And the stimulus response performance of the temperature's impact on MIP was investigated by ultraviolet spectrophotometry.Experimental results showed that the preparation of MIP has a good specific recognition for the target molecule ALA.

alpha-lipoic acid; molecule imprinted polymer; molecular recognition; binding characteristics

2017-05-05

貴州省科技廳資助項(xiàng)目(黔科合J字[2015]2125號(hào))；貴州省教育廳資助項(xiàng)目(黔教高發(fā)[2014]321號(hào))

何 軍(1979—)，男，貴州貴陽(yáng)人，技術(shù)中心助工，研究方向：煙草化學(xué)成分分析；*通訊作者：張力灃(1982—)，女，土家族，貴州銅仁人，講師，研究方向：分子印跡識(shí)別與電化學(xué)傳感技術(shù)研究。

TQ314.2

A

1008-021X(2017)15-0001-02