粒徑狹窄分布分子印跡微球的制備

陳 強，王 佳，蘇成英

（新疆天業(yè)（集團）有限公司，新疆 石河子 832000）

分子印跡技術(shù)（MolecularlyImprintingTechnique，MIT）是一種對印跡分子具有構(gòu)效預(yù)定性和特異識別性的聚合物制備技術(shù)。具體來說，分子印跡技術(shù)是以某種化合物為模板，將其溶解在適當?shù)娜軇ㄖ驴讋┲校瑢⒛０宸肿优c一定數(shù)目的功能單體分子混合，功能單體上有能與模板分子產(chǎn)生相互作用的功能基團，通過共價或非共價相互作用形成單體模板分子復(fù)合物，之后選擇適當?shù)慕宦?lián)劑和引發(fā)劑，在一定條件下引發(fā)聚合，使模板分子和功能單體形成的復(fù)合體系被固定在聚合物的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，進而使功能單體上的功能基團在空間排列和空間定向上固定下來，然后通過一定的方法將模板分子從所得的高聚物中除去，從而獲得與模板分子在空間結(jié)構(gòu)上相匹配的三維空穴高聚物。作為一種制備具有親和性和選擇性高、穩(wěn)定性好的分子印跡聚合物的技術(shù)，分子印跡以其簡便、通用和高效等特點吸引了研究者的廣泛興趣。在分離提純[1～3]、免疫分析[4]、仿生傳感[5]、臨床藥物分析[6]、酶模擬[7]、膜分離[8]等領(lǐng)域得到日益廣泛的研究和應(yīng)用，展示了誘人的應(yīng)用前景[9～12]。

隨著分子印跡技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的制備技術(shù)被科研工作者研發(fā)采用，其中技術(shù)比較成熟，應(yīng)用最為廣泛的主要有本體聚合法、水溶液懸浮聚合法[13]、沉淀聚合法、表面模板聚合法、表面印跡法[14]、原位聚合法等。本文主要就本體聚合法中的光引發(fā)聚合做重點介紹。

本體聚合方法是一種制備分子印跡聚合物（MIP）常用的且易于操作的方法。其制備過程主要如下，首先使模板分子和功能單體按適當比例溶解在惰性溶劑（致孔劑，通常是氯仿和甲苯）中，在適當溫度下進行預(yù)聚合，使模板分子與功能單體形成比較穩(wěn)定的復(fù)合物，之后加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑，通過超聲脫氣再通氮氣除去氧氣后，經(jīng)熱引發(fā)或紫外光照射引發(fā)聚合得到塊狀聚合物。塊狀聚合物經(jīng)粉碎、研磨和篩分后得到適當粒徑的聚合物，洗脫除去模板分子并在室溫下經(jīng)真空干燥后得到分子印跡聚合物。

本文研究內(nèi)容主要是BPA分子印跡聚合物的制備、洗脫及表征。以BPA為模板分子，利用新的致孔劑（正己烷和甲苯），通過改變致孔劑的比例以及模板分子與功能單體制備分子印跡聚合物。用適當?shù)南疵撘簩酆衔镞M行洗脫除去模板分子。通過運用紅外、掃描電鏡等分析檢測手段對其進行表征，確定較佳的制備工藝條件，并對其吸附性能進行了研究。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

實驗試劑與儀器分別見表1、表2。

表1 實驗所用試劑

表2 實驗所用儀器

1.2 分子印跡聚合物的制備

1.2.1 分子印跡聚合物的制備

（1）光引發(fā)聚合

將1 mmol模板分子BPA和12 mmol功能單體和適當致孔劑混合后，再分別加入24 mmol EGDMA以及40 mg AIBN。之后將該混合液超聲脫氣5 min，同時通氮氣10min除氧，然后密封，在波長λ=365 nm的紫外線下照射24 h后，混合液開始變粘稠，之后渾濁，有白色絮狀物質(zhì)生成，最后形成白色物質(zhì)。

空白印跡聚合物（NIP）除未加模板分子外，制備方法同上。

（2）模板分子的洗脫

將制備的MIP倒入離心管，再加入氯仿離心，離心后取上層浮物用濾紙包好，放入索氏提取器提取24 h，提取液采用無水甲醇和冰乙酸，體積比為9∶1。使用紫外分光光度計，在λ=279 nm下通過紫外檢測，以確定模板是否去除干凈。

1.2.2 致孔劑不同配比對印跡聚合物的影響

改變致孔劑正己烷和甲苯的比例，分別采用比例為 4∶1、3∶2、2∶3、1∶4，其他條件不變。

1.2.3 不同溫度對印跡聚合物的影響

改變分子印跡聚合物制備時的溫度，分別在20℃、25℃時進行反應(yīng)，其他條件不變。

1.2.4 功能單體對印跡聚合物的影晌

改變分子印跡聚合物制備時功能單體的種類，分別采用甲基丙烯酸（MAA）、2－乙烯基吡啶（2－VP）作為功能單體，其他條件不變。

1.3 分子印跡聚合物的表征

1.3.1 掃描電鏡分析（SEM）

使用熱場發(fā)射掃描電鏡（卡爾·蔡司公司，德國）觀測分子印跡微球的形貌。

1.3.2 動態(tài)光散射分析

使用納米粒度儀（馬爾文公司，英國）測定分子印跡微球的粒徑分布及大小。

1.4 分子印跡微球吸附實驗

1.4.1 標準曲線的繪制

稱取適量的模板分子溶解在乙腈中，用紫外分光光度計掃描確定最大吸收波長。在之后的測試中，選用其對應(yīng)的最大吸收波長。

標準溶液的配制：稱取500 mg BPA，用乙腈定容至500 mL。

標準曲線的繪制：取少量BPA溶液稀釋后，在紫外分光光度計上掃描BPA在不同波長下的吸光度，通過紫外掃描測量其最大紫外吸收波長在λ=279 nm，然后在波長λ=279 nm下測BPA濃度分別為 10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L時的吸光度，并根據(jù)測定數(shù)據(jù)繪制濃度－吸光度標準曲線。

1.4.2 靜態(tài)吸附測試

將40mg的印跡聚合物裝入50 mL錐形瓶中，分別加入濃度為 10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L的乙腈溶液10 mL。然后將錐形瓶放置到振動篩，并在室溫下機械地搖動16 h。待振蕩結(jié)束，將懸浮物以10000 r/min離心10 min。然后取上清液使用紫外分光光度計（安捷倫科技有限公司，美國），在λ=279 nm下測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 分子印跡微球制備單因素實驗結(jié)果

2.1.1 致孔劑不同配比對印跡聚合物的影響見表3根據(jù)實驗制備出的印跡聚合物可以發(fā)現(xiàn)，利用正己烷和甲苯為致孔劑且比例為4∶1制備出的印跡聚合物無需研磨篩分且粒徑比較均一。

表3 致孔劑的不同配比

2.1.2 不同聚合溫度的影響

聚合溫度對于制備高選擇性的分子印跡聚合物具有至關(guān)重要的影響。分別在20℃和25℃中進行實驗。實驗表明，20℃時形貌規(guī)整為球形，25℃時粒徑較小，但形狀不規(guī)則。

2.1.3 不同功能單體的影響

分別采用2－乙烯基吡啶（2－VP）和甲基丙烯酸（MAA）作為功能單體，聚合方式采用光引發(fā)聚合，進行單因素實驗。結(jié)果見表4。

表4 不同功能單體對分散系數(shù)的影響

2.2 分子印跡聚合物微球的表征

MAA的SEM圖見圖1，2－VP的SEM圖見圖2。

圖1 MAA的SEM圖

根據(jù)SEM可以看出以2－乙烯基吡啶（2－VP）為功能單體制備的分子印跡微球比以甲基丙烯酸（MAA）為功能單體做出的分子印跡微球球形更明顯，效果更好。

圖2 2－VP的SEM圖

2.3 分子印跡聚合物的吸附性能研究

2.3.1 標準曲線的繪制

在λ=279 nm波長處測定濃度分別為10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L 及 60 mg/L 的BPA乙腈溶液的吸光度。得出BPA在乙腈中的標準曲線見圖3。

圖3 BPA標準曲線

2.3.2 靜態(tài)吸附測試

（1）2－VP的最終濃度Cf和吸附能力B的關(guān)系曲線見圖4。

圖4 Cf－B關(guān)系曲線（MAA）

（2）MAA的最終濃度Cf和吸附能力B的關(guān)系曲線見圖5。

圖5 Cf－B關(guān)系曲線（2－VP）

最終得到關(guān)于不同功能單體的分離因子I見表5。

表5 不同功能單體的分離因子I

實驗結(jié)果表明，當致孔劑正己烷和甲苯的比例為4∶1，以2－VP為功能單體時，制備的分子印跡微球的吸附性能最好。

3 結(jié)論

利用正己烷和甲苯為致孔劑且比例為4∶1制備出的印跡聚合物，無需研磨篩分且粒徑比較均一；以2－乙烯基吡啶（2－VP）為功能單體制備的分子印跡微球比以甲基丙烯酸（MAA）為功能單體做出的分子印跡微球球形更明顯，吸附效果更好；采用與傳統(tǒng)致孔劑氯仿和甲苯不同的新型致孔劑正己烷和甲苯，減少了溶劑和致孔劑的用量，制備出了分散系數(shù)較小、粒徑可控的印跡聚合物。