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中北大学学位论文 吸附与检测肌酐的高性能高分子材料的制备及其性能 捅要 本文采用反相悬浮聚合法合成了甲基丙烯酸b 羟乙酯( h e m a ) 、n 乙烯基吡咯烷 酮( n v p ) 及n ，n 亚甲基双丙烯酰胺( m b a ) 三元微米级共聚微球( h e m 删p m b a ) ； 考察了分散剂种类与用量、搅拌速度、油水两相比例、交联剂用量等因素对成球性能及 微球粒径的影响规律；采用红外光谱( f 1 1 r ) 表征了微球的化学结构；使用扫描电子显 微镜( s e m ) 观察了微球的形貌。研究结果表明，采用反相悬浮聚合法可以制备出球形 度良好、粒径在1 0 0 - - 3 0 0 t m 范围内可控的微米级艇m a n v p m b a 三元交联微球。 以交联共聚微球( h e m a n v p m b a ) 为基质，用3 ，5 二硝基苯甲酰氯( d n b c ) 对其进行化学改性，制得了表面接枝有大量3 ，5 二硝基苯甲酸酯基( d n b z ) 的功能微 球d n b z h e m a n v p 。采用红外光谱( 兀1 r ) 与化学分析法对其化学结构及组成进行 了表征；重点研究了功能微球d n b z - h e m a n v p 对肌酐的吸附特性与吸附机理。静态 吸附实验表明，d n b z h e m 删p 对肌酐具有较强的吸附作用，最大吸附量达到 2 0 5 6 m g g ；d n b z - h e m a n v p 对肌酐的吸附性能受介质p h 值及盐度的影响很大；当 p h 值较小或较大时，吸附容量都较低，p h = 8 5 时，吸附容量最大；介质的盐度越大， 吸附容量越小；二者之间的吸附是静电相互作用驱动下的化学吸附。 在硅胶微粒表面实施了甲基丙烯酸( m a a ) 的接枝聚合，制备了接枝微粒 p m a a s i 0 2 。以接枝微粒p 删s i 0 2 为固体吸附剂，对水介质中的肌酐进行了静态吸 附实验，考察了p h 值、盐度及温度对吸附容量的影响；研究了吸附机理。研究结果表 明，p m a a s i 0 2 对肌酐具有强的吸附作用，吸附容量受介质p h 值与盐度的影响很大。 且二者之间的吸附是氢键作用与静电作用协同而导致的物理吸附，其中主驱动力是静电 相互作用。以肌酐为模板分子，乙二醇二缩水甘油醚( e g d e ) 为交联剂，通过静电和 氢键作用，对接枝在硅胶表面的p m a a 大分子链进行了分子印迹，制备了肌酐表面印 迹材料m i p p m a a s i 0 2 ；采用静态与动态两种方法研究了m i p p m a a s i 0 2 对肌酐的结 合特性，并考察了主要印迹条件p h 值以及交联剂用量对印迹材料吸附选择性能的影响。 实验结果表明，肌酐印迹材料m i p p m a s i 0 2 对肌酐具有结合亲和性与识别选择性， 中北大学学位论文 还具有优良的洗脱与再生性能。 关键词肌酐，甲基丙烯酸1 3 一羟乙酯，3 ，5 二硝基苯甲酸酯，吸附，聚甲基丙烯酸， 分子表面印迹 中北大学学位论文 p r e p a r a t i o na n da d s o r p t i o np r o p e r t yo fh i g hp e r f o r m a n c e a d s o r p t i o na n dd e t e c t i o np o l y m e r m a t e r i a l sf o rc r e a t i n i n e a b s t r a c t t h ec o p o l y m e r i z a t i o no f2 - h y d r o x y e t h y lm e t h a c r y l a t e ( h e m a ) ，n - v i n y l p y r r o l i d o n e ( n 忡) a n dn ，n - - m e t h y l e n eb i s a c r y l a m i d e ( m b a ) w a sp e r f o r m e dv i ai n v e r s es u s p e n s i o n p o l y m e r i z a t i o nm e t h o d ，a n dm i c r o n - s i z e dc r o s s l i n k i n gt r i p o l y m e rm i c r o s p h e r e sw e r eo b t a i n e d t h ee f f e c t so fv a r i o u sf a c t o r s ，s u c ha sd i s p e r s e rk i n d ，s t i r r e rr a t e ，r a t i oo fo i lp h a s et ow a t e r p h a s ea n dt h eu s e da m o u n to fc r o s s l i n k i n gr e a g e n t ，o nt h ef o r m i n g o ft h em i c r o s p h e r ea n dt h e d i a m e t e ro ft h em i c r o s p h e r e sw e r ee x a m i n e d t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo ft h em i c r o s p h e r e sw a s c h a r a c t e r i z e dw i t hf t i rs p e c t r i u m ，a n dt h e i rm o r p h o l o g yw a se o b s e r v e dw i t hs c a n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p e t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e m i c r o n s i z e dc r o s s l i n k i n g t r i p o l y m e rm i c r o s p h e r e r sw i t he x c e l l e n ts p h e r i c i t ya n dw i t hc o n t r o l l a b l ed i a m e t e ri nar a n g e o f1 0 0 - - 3 0 0 z mc a ns u c c e s s f u l l yp r e p a r e db yu s i n gi n v e r s es u s p e n s i o np o l y m e r i z a t i o n s y s t e m t h ec r o s s l i n k i n gc o p o l y m e rm i c r o s p h e r ew a sd e s i g n a t e da sh e m a n v p m i c r o s p h e r e h e m a n v pw a sm o d i f i e dc h e m i c a l l yw i t h3 , 5 一d i n i t r o b e n z o y lc h l o r i d e ( d n b c ) a n d f u n c t i o n a lm i c r o s p h e r ed n b z - h e m a n v po nw h i c han u m b e ro f3 ，5 - d i n i t r o b e n z o a t e ( d n b z ) g r o u pw e r eb o n dw a so b t a i n e d i t sc h e m i c a ls t r u c t u r ea n dc o m p o s i t i o nw e r e c h a r a c t e r i z e dw i t hf t i ra n dc h e m i c a la n a l y t i c a lm e t h o d t h ea d s o r p t i o nc h a r a c t e r i z a t i o na n d m e c h a n i s mo fd n b z - h e m a n v pf o rc r e a t i n i n ew e r em a i n l ys t u d i e d s t a t i ca d s o r p t i o n e x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h ef u n c t i o n a lm i c r o s p h e r ed n b z h e m a n v ph a ss t r o n ga d s o r p t i o n p r o p e r t yf o rc r e a t i n i n e ，a n di t sm a x i m u ma d s o r p t i o nc a p a c i t yi s2 0 5 6 m g g b o t hp hv a l u e a n ds a l i n i t yi n f l u e n c et h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yg r e a t l y w h e np hv a l u ei sl o w e ro rh i g h e r ，t h e a d s o r p t i o nc a p a c i t yi ss m a l l e r ，a n dw h e np h = 8 5 ，t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yh a sm a x i m u m t h e g r e a t e rt h es a l i n i t yo ft h em e d i u mi s ，t h es m a l l e rt h ea d s o r p t i o nc a p a c i t y t h es t u d yr e s u l t s d i s p l a yt h a tt h ea d s o r p t i o no ft h e f u n c t i o n a lm i c r o s p h e r ed n b z - h e m a n v pf o rc r e a t i n i n ei s 中北大学学位论文 a t t r i b u t e dt oc h e m i c a la d s o r p t i o n ，f u r t h e r m o r e ，i ti sac h e m i c a la d s o r p t i o nd r i v e nb y e l e c t r o s t a t i ci n t e r a c t i o n g r a f t i n gp o l y m e r i z a t i o no fm e t h y la c r y l i ca c i d ( w a s c a r r i e do u to nt h es u r f a c eo f s i l i c ag e lp a r t i c l e sa n dg r a f t i n gp a r t i c l e sp m a a s i 0 2w e r eo b t a i n e d t h es t a t i ca d s o r p t i o n e x p e r i m e n t so fp m a a s i 0 2f o rc r e a t i n i n ei na q u e o u ss o l u t i o nw e r ep e r f o r m e d t h ee f f e c t so f p hv a l u ea n ds a l i n i t yo ft h em e d i u ma n dt e m p e r a t u r ew e r ee x a m i n e d t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a tt h eg r a f t i n gp a r t i c l e sp m a a s i 0 2h a v es t r o n ga d s o r p t i o na b i l i t yf o r c r e a t i n i n ei na q u e o u ss o l u t i o n t h ep hv a l u ea n ds a l i n i t yo ft h em e d i u mi n f l u e n c et h e a d s o r p t i o np r o p e r t yo fp m a a s i 0 2g r e a t l y t h ea d s o r p t i o no fp m a a s i 0 2f o rc r e a t i n i n ei sa p h y s i c a la d s o r p t i o na n dr e s u l t sf r o mt h es y n e r g i s m so fh y d r o g e nb o n da n de l e c t r o s t a t i c i n t e r a c t i o nb e t w e e nt h e m b e t w e e nt h ea b o v ei n t e r a c t i o n s ，t h ee l e c t r o s t a t i ci n t e r a c t i o ni sa m a j o rd r o v i n gf o r c ef o rt h ea d s o r p t i o no fp m a a s i 0 2a g a i n s tc r e a t i n i n e t h em o l e c u l a r i m p r i n t e dp o l y m e t h y l a c r y l i ca c i do nt h es u r f a c eo fs i l i c ag e lw a sp r e p a r e du s i n gc r e a t i n i n ea s at e m p l a t em o l e c u l ea n de t h y l e n eg l y c o ld i g l y c i d y le t h e r ( e g d e ) a sc r o s s l i n k i n ga g e n tv i a c o o r d i n a t i o nb o n de f f e c t s ，a n dc o m p o s i t em o l e c u l a ri m p r i n t e dm a t e r i a lm i p - p m a a s i 0 2w a s o b t a i n e d b o t hs t a t i ca n dd y n a m i cm e t h o d s ( i e b a t c ha n dc o l u m nm e t h o d s ) w c l ea d o p t e dt o s t u d yt h eb i n d i n gp r o p e r t i e so fm i p p m a a s i 0 2f o rc r e a t i n i n e ，a n dt h ee f f e c t so fm a i n i m p r i n t i n gc o n d i t i o n s ，p h v a l u ea n dt h ea m o u n to fc r o s s l i n k i n ga g e n t ，o nt h eb i n d i n g p r o p e r t i e so fm i p - p m a a s i 0 2w e r ee x a m i n e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h e m o l e c u l a ri m p r i n t e dm a t e r i a lm i p p m a a s i 0 2p o s s e s s e ss t r o n gr e c o g n i z i n ga b i l i t yf o r c r e a t i n i n e ，a n di ti se a s yt ob er e g e n e r a t e da n dr e u s e d k e y w o r d sc r e a t i n i n e ，2 一h y d r o x y e t h y lm e t h a c r y l a t e ，3 , 5 d i n i t r o b e n z o a t e ，a d s o r p t i o n ， p o l y ( m e t h y la c r y l i ca c i d ) ，m o l e c u l es u r f a c ei m p r i n t e dp o l y m e r 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：因壶望日期：互翌正!厶笙论文作者签名：型趁望日期：互翌正!厶笙 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包 括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件； 学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校可以学术交流为目的，复 制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容 ( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名： 尘盏莹日期：2 型堕：f 。幺 导师签名： 中北大学学位论文 1 本课题的研究背景及意义 肾脏在人体新陈代谢中具有重要作用，肾病患者因肾功能低下或衰竭，在血液中会 有大量包括肌酐在内的毒性成分的积累，严重威胁患者生命。肌酐( c r e a t i n i n e ，c r ) 是肌酸的代谢产物【l l ，过量的肌酐不但会引起患者的一系列中毒症状，而且还会进一步 加速肾衰进程。 目前，降低病患者血液中肌酐浓度的主要方法是血液透析，但高昂的医疗费用是一 般病患者难以承受的。关于肌酐的清除，有的学者研制了口服吸附剂【2 羽，但存在吸附 选择性与生物相容性差的缺点，临床使用效果不理想。血液灌流( h e m o p e r f u t i o n p l a s m a p e r f u s i o n ) 是另一种清除人体内过量的内源性代谢毒物的血液净化治疗技术【鲫，是 将患者血液或血浆通过体外循环，引入装有吸附剂的容器中，吸附清除血液中包括肌酐 在内的多种毒素，以达到治疗目的f 8 】。血液灌流技术的核心是制备高性能的固体吸附剂， 它对毒性物质不仅具有高的亲和吸附性能，而且具有生物与血液相容性。面对日益增多 的肾病患者，设计与制备用于血液灌流的能有效清除肌酐的高性能医用材料，对治疗肾 病从而延长病患者生命具有重大的意义。 人体血液或尿样中的肌酐浓度是肾功能是否正常的重要指标，因此肌酐的临床检测 是肾脏病诊断的主要手段之一。目前，血液肌酐浓度检测的临床化验方法主要有基于 j a f f e t s 反应的光度分析法与酶催化化验法f 9 , 1 0 ，前者在使用过程中容易被其它物质所干 扰，后者则有费时与成本高的缺点。分子印迹聚合物( m i p ) 由于对被检测物分子( 模板 分子) 具有高度的识别与结合特性，近年来开始被引入生物分子的检测分析研究领域， 有学者制备了肌酐分子印迹聚合物，试图建立肌酐浓度检测新方法f 1 1 1 3 1 。将分子印迹材 料用于血液中包括肌酐在内的各种生物分子浓度的检测研究已成为生物医学和材料科 学研究的热点课题。 1 1 血液灌流吸附材料 血液灌流技术是二十世纪六十年代出现的，它是将吸附材料装入灌流罐中，血液从 动脉血管引出后，经一血泵( 或心脏) 压入灌流罐，血液中的代谢产物或毒素被罐内的吸 1 中北大学学位论文 附材料清除后，再送回静脉血管中。确切地说它就是将溶解在血液中的有毒物质吸附到 功能吸附材料上从而将其清除的一种治疗过程。制备血液相容性好、吸附性能强、高选 择性的医用吸附材料是发展血液灌流技术的关键所在1 1 4 , 1 5 】。 1 1 1 血液灌流吸附材料的发展 早在2 0 世纪中期，人们就开始进行血液灌流的探索，但由于早期血液灌流中，血液 直接与吸附剂接触，出现了血小板减少、溶血反应，致热原反应、微粒栓塞等，限制了 血液灌流在临床的推广应用。1 9 4 8 年m u i r h e a d 和r e i d 1 6 l 首先提出了树脂型人工肾的概 念，用a m b e r l i t l r 1 0 0 h 树脂进行了动物实验，结果表明能清除尿素和肌酐，但清除效率 较低。1 9 6 4 年y a t z i d i s l l 7 1 应用未经包裹的活性炭进行血液灌流，发现它可有效清除肌肝、 酚类、肛类等毒素，但其有血液相容性差和易脱落等缺陷。1 9 5 8 年s c h e h t e r i l 8 l 等已首次 报道了用离子交换树j 旨d o w e x 5 0 x 8 直接血液灌流治疗肝昏迷患者。国内于2 0 世纪7 0 年末 对血液灌流技术进行研究，8 0 年代初，徐昌喜等【1 9 ，2 0 】人用交联琼脂糖包裹活性炭的研究， 并通过血液灌流抢救急性药物中毒患者，疗效很好。总之，通过血液灌流可以从血液中 清除多种毒素与病源物质，包括有机小分子和生物大分子，可用于临床治疗多种疑难性 疾病。吸附剂的发展历史并不很长，但在生物医学工程领域里已显示出了强大的生命力， 目前血液灌流用吸附材料基质主要有以下几种： ( 1 ) 天然多糖类骨架介质 天然多糖类主要是指纤维素、葡聚糖、壳聚糖以及琼脂糖等，以天然多糖为母体的 介质是“经典 的吸附材料。这类介质具有亲水性和生物相容性，可以允许生物大分子 透过而不发生变性，在广泛的p h 范围内稳定，可以用碱液清洗，再生容易。但这类介 质的骨架多为软基质，机械强度差，压降大，不易操作；溶胀程度随溶剂的组成而变化。 ( 2 ) 无机类骨架介质 无机基质分离介质的最大特点是不可压缩性，机械强度高。材料主要以活性炭、多 孔硅胶，可控孔径玻璃( c o n t r o l l e dp o r eg l a s s ) 、氧化铝、氧化锆以及羟基磷灰石等。其 中多孔硅胶是无机介质类运用最广、用量最大的。其特点是表面含有硅醇基( 或硅羟基) s i o h ，这是硅胶可以进行表面化学键合或改性的基础。1 9 7 6 年，c h a n g l 2 1 l 等对控孔玻 璃的内外表面进行修饰后接上二乙基氨基乙基( d e a e ) 、二乙基氨基( d e a ) 、聚乙烯 亚胺( p e i ) 或羧甲基( c m ) 等离子交换基团，制成的离子交换剂，可用于高效液相色 2 中北大学学位论文 谱法分离生物大分子。1 9 7 9 年，a l p e r t 和r e g n i e r l 2 2 】在各种多孔硅胶表面上交联不同种 类的胺制成离子交换剂，发现其交换能力高，并且能很好地分离酶和蛋白质。1 9 8 3 年， a l p e r t l 2 3 】用涂布法合成了聚天门冬氨酸硅胶，对蛋白质的分离效果良好。 ( 3 ) 合成有机高分子类介质 研究人员吸取了多糖类介质骨架亲水性、生物相容性的优点，克服其易受微生物侵 蚀，物理性能欠佳以及介质处理和保存麻烦的缺点，开始合成有机大分子骨架介质的研 究。通过选择亲水性好的单体，经过聚合反应，制备出合成大分子骨架的介质。除应用 多年的丙烯酰胺类之外，八十年代还出现了聚乙烯醇系列以及含羟甲基酰胺类的新型吸 附齐u 2 4 1 。h j e r t e n l 2 5 1 等合成了聚丙烯酰胺凝胶，后来各类以亲水性高聚物位载体的离子交 换剂相继问世。m i k e o l 冽等以甲基丙烯酸羟乙酯与双甲基丙烯酸乙二醇酯共聚物为母体 制备了吸附剂。1 9 8 2 年，k a t o 2 7 等采用亲水性的乙烯基聚合物吸附剂( t s k - g e ld e a e t o y o p e a rl6 5 0 ) 。此外，m u l l e r l 2 8 1 等将线性聚合物接枝到载体表面，合成了触角型吸附 剂。减少了非离子相互作用，具有交换能力大、回收率高、选择性高和效率高等优点， 其主要种类有聚丙烯酰胺类、聚乙烯类、聚苯乙烯类及甲基丙烯酸酯类等。 1 1 。2 血液灌流用吸附剂的基本性能要求 用于血液灌流的吸附剂直接与血液相接触，因此，必须符合以下标准： ( 1 ) 对目标物质具有高吸附亲和性与血液相容性； ( 2 ) 具有良好的生物相容性： ( 3 ) 具有较高的机械强度，不破碎、不易脱落； ( 4 ) 不损害有关组织，不引起热源、过敏及毒性反应，不致癌。 1 1 3 具有血液相容性的高分子材料 所谓血液相容性是指血液和生物材料之间发生的特异性或非特异性反应。用于血液 灌流的高分子材料必需具有良好的血液相容性，否则有可能会引起排异反应。聚甲基丙 烯酸b 羟乙酯( p h e m a ) 和聚n 乙烯基吡咯烷酮( p n v p ) 都是具有血液相容性的亲水性 聚合物1 2 9 刘，尤其是p h e m a 的大分子链上还具有活性基团羟基，因此含h e m a 与n v p 3 中北大学学位论文 的聚合物广泛用于生物医学【3 1 3 2 1 。人们将h e m a 与其它单体交联共聚，制备的生物医 用高分子微球，用于生物大分子及酶的固定化1 3 3 , 3 4 1 、药物的控释1 3 5 l 、生物大分子及d n a 的分离1 3 6 , 3 7 1 等。显然，制备含有h e m a 的聚合物交联微球具有重要的科学意义。 1 2 肌酐吸附材料的研究现状 目前对肌酐的吸附材料及性能研究最多的是中国的王少敏、于九皋和杨冬芝带领的 课题组，在国内外进行了若干报道。文献报道苦味酸、3 , 5 二硝基苯甲酸、3 ，5 二硝基苯 甲酸酯等均可与肌酐发生特殊的络合反应【3 8 枷l 。肌酐分子中邻位羰基的稳定作用使亚甲 基易失去一个质子，形成负离子结构，然后进攻硝基苯环间位形成j a n o v s k y 络合物及其 互变异构体。王少敏等人的课题小组就是模拟这一反应原理，设计合成了一系列以高分 子为载体的吸附剂。 杨冬芝等人以h n m r 、1 3 c n m r 和u v 二s 技术考察了肌酐与3 ，5 二硝基苯甲酸 ( d n b a ) 之间的络合反应机理【4 ，在此基础上，结合3 ，5 二硝基苯甲酸淀粉酯 ( d n b z s t ) 对肌酐的吸附产物分析，推测了d n b z s t 对肌酐的吸附机理。结果表明， 在碱性水溶液中，肌酐分子中的亚甲基易失去一个质子，并进攻d n b a 的苯环，与其形 成。络合物；在微碱性的透析液中，d n b z s t 对肌酐的吸附主要是通过硝基苯环与肌酐 之间形成。络合物，络合机理与d n b a 和肌酐之间的络合反应相似。 于九皋，杨冬芝以淀粉和3 ，5 二硝基苯甲酰氯为原料合成了一种淀粉衍生物_ 3 ，5 二硝基苯甲酸淀粉酯【4 2 1 ( d n b z s t ) ，采用红外光谱、元素分析、核磁、热重等手段对 产物结构进行了表征，确定了合成d n b z s t 的最佳条件。d n b z s t 对肌酐有较好的吸 附性能，在肌酐溶液浓度1 0 0 m g l 、吸附温度为3 7 、介质p h = 7 的条件下，d n b z s t ( 取代度d s = 2 0 9 ) 对肌酐的最大吸附量达2 5 m g g 。 于九皋，杨冬芝等人还以硝化纤维素( c n 1 1 5 ) 与3 氯2 羟基丙基三甲基氯化铵 ( c h p a ) 反应合成了一种新的硝酸酯基季铵型硝化纤维素吸附剂【4 3 l ( q a c n ) ，取代度 为1 0 3 ，季铵基取代度为o 3 8 。并利用元素分析、红外光谱、1 3 c 核磁共振谱、x 射线光 电子能谱等对产物结构进行了表征。q a c n 对肌酐有较好的吸附性能：在肌酐质量浓度 为6 0 m g l 、温度为3 7 。c 、透析液p h = 7 1 拘条件下，o 5 9 吸附剂对肌酐的吸附平衡时间为4 h ， 4 中北大学学位论文 平衡吸附率为4 9 。 王少敏等人则以硝化纤维素为原料，经一锅法醚化和胺化2 步反应合成了仲胺型硝 化纤维素【删( c a n ) 。采用元素分析、红外光谱、1 3 c 核磁共振波谱、x 射线光电子能谱 等对产物结构进行了表征。仲胺型硝化纤维素对肌酐有较好的吸附性能：在肌酐质量浓 度为6 0 m g l 、温度为3 7 c 、透析液p h = 7 的条件下，0 s g a c n 对肌酐的吸附平衡时间为 2 h ，平衡吸附率为6 8 。 1 3 分子印迹技术与肌酐的检测 1 3 1 分子印迹技术 分子印迹技术是指将要分离的目标分子与交联剂在单体溶液中进行共聚或在可交 联的聚合物溶液中交联制得颗粒介质，然后洗脱除去包埋在介质中的目标分子，从而得 到分子印迹聚合物( m o l e c u l a ri m p r i n tp o l y m e r ，m 口) 的技术。印迹技术的出现源于免 疫学，早在二十世纪三十年代m u d d 、p a u l i n g 4 5 】等人就提出了印迹技术的一些理论，科 学家们在分子印迹方面进行了大量的试验，但直到七、八十年代，这一技术才有了真正 的突破【辑郴】。分子印迹聚合物对模板分子具有惊人的记忆性与识别性，而且使用多次以 后记忆识别能力也几乎不会下降，再加上印迹聚合物所具有的其它独特优点，比如耐高 温、耐高压、耐酸碱等，越来越受到科学工作者的青睐。近年来，印迹技术已广泛应用 于固相萃取分离、色谱分离、生物模拟、生物传感器等诸多领域【4 9 彤l ，特别在检测分析 与分离领域显示出良好的应用前景。 目前，分子印迹聚合物的制备主要有两种方法，即共价法( 预组织法) 与非共价法 ( 自组织法) 5 6 5 7 1 。 共价法中，目标分子与功能单体或聚合物发生不可逆的共价作用，聚合反应或交联 反应完成后再通过化学手段打开共价键，除去目标分子，形成分子印迹聚合物。由于目 标分子与功能单体之间的作用力为共价键，作用力强，形成的聚合物稳定，但是印迹过 程复杂，目标分子的抽提比较困难。 非共价法中，模板分子与功能单体之间预先自组织排列，以非共价键( 静电力、氢 键、偶极力、金属螯合力、范德华力等) 形成作用点，然后交联共聚合最后洗脱除去模 5 中北大学学位论文 板分子，形成分子印迹聚合物。 1 3 2 表面分子印迹 制备分子印迹聚合物的传统方法是包埋法，由于对模板分子包埋得过深与过紧，不 仅经粉碎最后所得的印迹聚合物微粒中识别位点少，而且模板分子扩散的阻力大，不易 与识别位点结合【5 8 矧。表面印迹技术能很好的解决这些缺点。表面印迹技术是后来发展 起来的一种制备分子印迹聚合物的方法，n o r r l o w 和d h a l 6 0 等人分别在硅胶与聚合物表 面实施了印迹。表面印迹技术是先将目标分子与功能单体在溶液中反应形成加合物，然 后将加合物与表面活化后的硅胶和其它介质反应，形成表面具有分子印迹的聚合物。表 面分子印迹聚合物的出现，解决了传统制备方法形成的印迹聚合物孔道深，目标分子不 易进入聚合物内孔的缺陷，在现代的固相萃取分离、色谱分离等领域发挥了很大的作用， 但在上述这种表面印迹方法中，是功能单位与模板分子形成的加合物在硅胶表面进行接 枝聚合，由于空间位阻大，接枝度低，因此印迹效果差。本课题组提出了一种新型的表 面分子印迹技术【6 1 , 6 2 l ：先通过接枝聚合将功能大分子接枝到硅胶微粒表面，然后使其饱 和吸附模板分子，最后采用特殊的交联剂，使硅胶表面的接枝大分子得以交联，从而实 现模板分子的印迹。 1 3 3 肌酐检测材料的研究现状 血液肌酐浓度检测的临床化验方法主要有基于j a f f e s 反应的光度分析法，但该方法 使用过程中容易被其它物质所干扰：利用酶催化化验法检测肌酐，则有费时与成本高的 缺点。分子印迹聚合物( m i p ) 由于对被检测物分子( 模板分子) 具有高度的识别与结 合特性，近年来被引入生物分子的检测分析研究领域，已有学者制备了肌酐分子印迹聚 合物，试图建立肌酐浓度检测新方法。 h s u a n a n gt s a i 和m e i j y w a ns y u 等人，以表氯醇为交联剂，b 环糊精为单体，采 用分子印迹的方法对肌酐进行了吸附实验【1 0 l ，结果表明当单体与印迹分子以3 ：2 的比例 反应时，且交联剂占单体质量的1 1 0 时，对肌酐的吸附率能达到最大值。 h s u a n a n gt s a i 和m e i j y w a ns y u 等人，采用分子印迹的方法以二乙烯基苯为交联 6 中北大学学位论文 剂，4 乙烯基吡啶为单体，合成了肌酐印迹的4 乙烯基吡啶与二乙烯基苯的共聚物【6 3 1 ， 以此印迹聚合物吸附肌酐。结果表明印迹分子与肌酐之间的结合力是非共价键，以及氢 键。以此法吸附肌酐，肌酐吸附率可高达7 2 。说明肌酐印迹的4 乙烯基吡啶与二乙 烯基苯的共聚物对肌酐有较强的吸附性能，具有很好的实用价值。 1 4 本课题的研究目标 本文希望通过实验研究实现以下目标： ( 1 ) 以甲基丙烯酸b 羟乙酯( h e m a ) 、n 乙烯基吡咯烷酮( n 帅) 及n ，n i 亚甲基 双丙烯酰胺( m b a ) 为聚合共单体，采用反相悬浮聚合法制备( h e m n v p m b a ) 共 聚交联微球；以微球的形貌和粒径为指标，优化成球反应条件，达到所制微球形貌较好、 粒径可控。 ( 2 ) 利用3 ，5 二硝基苯甲酰氯( d n b c ) 中的酰氯基团与h e m a n v p m b a 交联微球 表面羟基基团的反应，形成3 ，5 二硝基苯甲酸酯( d n b z ) ，制得固载有大量d n b z 基团 的d n b z h e m 删p 功能微球；通过探索化学改性反应规律，、提高d n b z 的键合量；通 过静态吸附实验考察吸附材料对肌酐的吸附效果，探索吸附介质的p h 值、温度、盐度、 及微球表面d n b z 的键合量等因素对吸附性能的影响规律：分析d n b z h e m a n v p 对肌 酐的吸附机理。以期将d n b z h e m a n v p 用作为血液灌流吸附材料，去除血液中的肌酐。 ( 3 ) 通过偶联剂 r 氯丙基三甲氧基硅烷( m p s ) 的偶联作用，将聚甲基丙烯酸偶联 接枝于经活化的多孔硅胶上，制备对肌酐有吸附作用的接枝吸附材料p m aa s i 0 2 ；通过 静态吸附实验考察吸附材料对肌酐的吸附效果，探索吸附介质的p h 值、温度及盐度等因 素对吸附性能的影响规律，以期为制备肌酐分子表面印迹材料奠定基础。 ( 4 ) 以肌酐为模板分子、乙二醇二缩水甘油醚( e g d e ) 为交联剂，对化学交联在 硅胶表面的p m a a 大分子链进行分子印迹，制备肌酐表面印迹材料m i p p m a a s i 0 2 ；通 过静态结合实验考察m i p p m a a s i 0 2 对肌酐的结合性能；动态结合实验考察 m i p p m a a s i 0 2 对肌酐的结合选择性及脱附性能；探索印迹条件p h 值以及交联剂用量 等因素对结合性能的影响规律。以期将肌酐分子表面印迹材料m i p p m a a s i 0 2 用于肌酐 的临床检测分析之中。 7 中北大学学位论文 2 本课题研究内容及方案设计 2 1 交联微球h e m a n v p m b a 的制备 ( 1 ) 本研究以n 乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸b 羟乙酯及n ，n 亚甲基双丙烯酰胺 为原料，采用反相悬浮聚合方法预期合成表面含有大量羟基基团的交联微球 h e m a n v p m b a ，以备对微球的进一步功能化改性。其交联反应过程如图2 1 所示： + 甲h 2甲h 2 干h 2r h o hc o 毛阡一c h 牛 图2 1 制备胶联微球h e m a n v p m b a 的过程示意图 ( 2 ) 交联微球h e m a m ，p m b a 的表征 采用红外吸收光谱的方法对产物的化学结构进行表征；采用扫描电子显微镜( s e m ) 观察微球的形貌；用带有测微尺的光学显微镜测定微球的粒径。 ( 3 ) 考察各种因素对共聚合体系成球性能及对微球粒径的影响 在改变分散剂种类、分散剂用量、搅拌速度、油水相比例( v ) 、交联剂用量等 条件下，分别进行微球的制备实验，考察聚合体系的成球性能以及各种因素对微球粒径 的影响规律。 2 2 功能微球d n b z h e m a n v p 的制备及对肌酐吸附性能的研究 ( 1 ) 使交联微球h e m a n v p m b a 在溶剂中充分溶胀后，与d n b c 进行化学改性 反应，通过微球表面的羟基基团与3 ，5 二硝基苯甲酰氯中的酰氯基团发生反应，从而将 d n b c 键合于微球上，形成固载有大量3 ，5 二硝基苯甲酸酯( d n b z ) 的功能微球，即 8 尸尸芝严乏_尸一 p尸尸甲pp洲 中北大学学位论文 制得肌酐吸附材料d n b z h e m a n v p ，其化学改性反应过程如图2 2 所示： h + 寸 图2 2 交联微球h e m a n v p m b a 与d n b c 的反应原理图 h c l ( 2 ) 功能微球d n b z h e m a n v p 的红外表征 利用红外吸收光谱对产物的化学结构进行表征，以确定d n b c 键合于h e e n v p m b a 交联微球上。 ( 3 ) 测定功能微球中3 , 5 二硝基苯甲酸酯( d n b z ) 的键合量 采用三氯化钛氧化还原法【6 4 j 测定功能微球表面d n b z 的键合量。 ( 4 ) 功能微球d n b z - h e m a n v p 的吸附特性的研究 通过静态吸附实验考察吸附材料d n b z h e m a n v p 对肌酐的吸附性能及各影响因 素对其吸附性能的影响规律；并分析吸附机理。 2 3 接枝微粒p m a a si0 ：的制备及其对肌酐吸附性能的研究 ( 1 ) 制备接枝微粒p m a a 签i 0 2 ，分析肌酐与p m a a s i 0 2 之间的相互作用力。 ( 2 ) 通过静态吸附实验考察吸附材料p m a a s i 0 2 对肌酐的吸附性能及各影响因素 对其吸附性能的影响规律；并分析吸附机理。 2 4 肌酐表面印迹材料赫ip p m a a si0 2 的吸附特性的研究 ( 1 ) 制备表面肌酐印迹材料m i p p 删s i 0 2 使接枝微粒p m a a s i 0 2 表面上的p m a a 在水介质中充分溶胀后，对肌酐进行充分 的吸附，吸附饱和后加入交联剂乙二醇二缩水甘油醚，在n a o h 存在下，交联剂上的环 氧基团会与p m a a 相邻两条链中的羧酸基团发生环氧键的开环交联反应，洗去模板分 子肌酐，即在硅胶表面的聚合物层中留下肌酐的空穴，就会形成表面印迹材料 mi p p m a a s i 0 2 。 9 中北大学学位论文 乙二醇二缩水甘油醚结构式为： h 2 妤0 卜洲2 卸弋弋叱- 0 弋叱弋哲洲2 u 制备肌酐表面印迹材料m i p p m a a s i 0 2 的过程如图2 3 所示： 1 0 e g d e 交联 n a o h 洗脱 中北大学学位论文 h 氯，芦h 辜h 图2 3 制备肌酐表面印迹m i p p m a a s i 0 2 的过程示意图 ( 2 ) 通过静态吸附实验以及动态吸附实验考察m i p p m a a s i 0 2 对肌酐的结合及脱 附性能。 ( 3 ) 考察印迹条件对m i p p m a a s i 0 2 与肌酐结合特性的影响。 1 1 中北大学学位论文 3 反相悬浮聚合法制备交联微球h e m a n v p m b a 3 1 实验部分 3 1 1 原料与仪器 ( 1 ) 原料 n 乙烯基吡咯烷酮( n 忡) ，上海德祥医药科技有限公司，分析纯； 甲基丙烯酸b 羟乙酯( h e m a ) ，天津市化学试剂研究所，分析纯； n ，n 亚甲基双丙烯酰胺( m b a ) ，湖南湘中精细化学品厂，化学纯； 过硫酸铵( a p s ) ，上海富蔗化工有限公司，分析纯； 液体石蜡( 0 8 3 5 0 8 5 5g m 1 ) ，天津市东丽区天大化学试剂厂，化学纯； s p a n 6 0 ，天津市东丽区天大