（环境科学专业论文）分子印迹微米微球的合成方法及其应用研究.pdf

四川师范大学硕士学位论文 m i p m s 和非印迹聚合物微球c n i p m s ) _ l i 拘饱和吸附量q 分别为1 6 4 6g m o l g 和1 4 9 6 9 m o l g ，印迹因子( a ) 为1 1 ；1 0 羟基喜树碱在m i p m s 和n i p m s 上 的饱和吸附量q 分别为1 0 5 9 g m o l g 和9 6 3g m o l g ，印迹因子( 仅) 为1 1 。 初步固相萃取研究实验表明，将l m d 的m i p m s 用于实际尿液中l m d 的分离 富集，基本可以排除尿液中其它杂质的干扰。 关键词：分子印迹聚合物微球沉淀聚合法1 0 羟基喜树碱 甲芬那酸左旋甲基多巴固相萃取 分子印迹微米微球的合成方法及其应用研究 t h es y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o n so fm o l e c u l a r l y i m p r i n t e dp o l y m e r i cm i c r o s p h e r e s m a j o r ：e n v i r o n m e n ts c i e n c e g r a d u a t e ：l ih o n g p i n g s u p e r v i s o r ：l a ij i a p i n g a b s t r a c t ：i nt h i sp a p e r ，t h em o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r i cm i c r o s p h e r e s ( m i p m s ) w e r es y n t h e s i z e db yp r e c i p i t a t i o np o l y m e r i z a t i o n ，u s i n gm e f e n a m i ca c i d ( m f a ) ，l - m e t h y l d o p a ( l m d ) a n d 10 一h y d r o x y c a m p t o t h e c i n ( 10 h c p t ) a s t e m p l a t e s ，m e t h a c r y l i ca c i d ( m a a ) ，4 一v i n y lp y r i d i n e ( 4 - v p ) a n da c r y l a m i d e ( a m ) a sf u n c t i o n a lm o n o m e r s ，e t h y l e n eg l y c o ld i m e t h y la c r y l a t e ( e g d m a ) a n dd i v i n y l b e n z e n e ( d v b ) a sc r o s s l i n k e r si n d i f f e r e n t p o r o g e n ，i n c l u d i n ga c e t o n i t r i l e ， a c e t o n i t r i l e c h l o r o f o i 1 1 1 ，a c e t o n i t r i l e t o l u e n e ，a c e t o n i t r i l e m e t h a n 0 1 a c e t o n i t r i l e c h l o r o f o r m m e t h a n o l ，a c e t o n i t r i l e t o l u e n e m e t h a n o la n d a c e t o n i t r i l e p y r i d i n e t h es h a p e a n d m e t h o d o l o d g yo fm i p m s w e r ec h a r a c t e r i z e d u s i n gs c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y ( s e m ) t os y n t h e s i z ea b o v e 3 l x r n i nd i a m e t e rf o rm i p m s ，t h e s y n t h e t i cc o n d i t i o n so fp r e c i p i t a t i o np o l y m e r i z a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e da n de x p l o r e d i nd e t a i l t h es i z e so fm i p m sw e r ea f f e c t e dd i f f e r e n t l yb yt h ek i n d sa n da m o u n t s o fm o n m e r s ，c r o s s l i n k e r sa n dp o r o g e n sd e p e n d i n go nt h ek i n d so ft e m p l a t e m o l e c u l e s f o rm f a ，3 - 5g mo fm i p m sc o u l db eo b t a i n e dw h e na ma n dd v b w e r eu s e da sf u n c t i o n a lm o n o m e ra n dc r o s s l i n k e r ，r e s p e c t i v e l y ，i nam i x t u r e p o r o g e no fa c e t o n i t r i l ea n dc h l o r o f o r m ( 3 ：1 ，v ) f o rl m d ，3 - 7 岬o fm i p m s c o u l db eo b t a i n e dw h e nm a aa n dd v bw e r eu s e da sf u n c t i o n a lm o n m e ra n d c r o s s l i n k e r ，r e s p e c t i v e l y ，i na m i x t u r ep o r o g e no fa c e t o n i t r i l e c h l o r o f o r m m e t h a n o l ( 1 0 6 4 ：3 5 4 ：1 ，v ) f o r1 0 一h c p t ，3 - 5 mo fm i p m sw e r ea c h i e v e dw h e n i i i 四川师范大学硕士学位论文 m a aa n dd v bw e r eu s e da sf u n c t i o n a lm o n o m e ra n dc r o s s l i n k e ri nam i x t u r e p o r o g e no f a c e t o n i m 【l e c h l o r o f o r m m e t h a n 0 1 ( 1 2 ：4 ：1 ，v ) t h em i p m so fl m da n d10 h c p tw e r ep a c k e di n t oc o l u m nu s e da ss o l i d - p h a s e e x t r a c t i o n ( s p e ) m a t e r i a l s ，t h el o a d i n g ，c l e a n i n ga n de l u a t i n gc o n d i t i o n sw e r e o p t i m i z e d t h es a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i t y ( q ) o fm i p m sa n dn i p m s f 1 0 rl m d w e r e16 4 6p m o l ga n d14 9 6p m o l g ，r e s p e c t i v e l y , a n dt h ei m p r i n t i n gf a c t o r ( a ) i s 1 1 t h es a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i t yqo fm i p m sa n dn i p m sf o r1o - h c p tw e r e 10 5 9p m o l ga n d9 6 3p r n o l g ，r e s p e c t i v e l y ，a n dt h ei m p r i n t i n gf a c t o r ( 0 【) i s1 1 t h ep r i m a r ys p er e s u l t si n d i c a t et h a tt h el m di nm i m i cu r i n ec o u l db es e p a r a t e d a n de n r i c h e do nt h em i p m sc o l u m no fl m da n dt h ei n t e r f e r e n c e so fi m p u r i t i e si n u r i n ec o u l db ee l i m i n a t e dr o u g h l y k e yw o r d s ：m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r i cm i c r o s p h e r e s p r e c i p i t a t i o np o l y m e r i z a t i o n 10 h y d r o x y c a m p t o t h e c i n m e f e n a m i ca c i d l m e t h y l d o p a s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n 四川师范大学学位论文独创性及 使用授权声明 本人声明：所呈交学位论文，是本人在导师夔塞王熬援指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何 其他个人或集体皂经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 本人承诺：已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致。如因不符而 引起的学术声誉上的损失由本人自负。 本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定： 学校作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在大学拥 有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生必须按学校规定提交印刷 版和电子版学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库供检 索；2 ) 为教学、科研和学术交流目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的 学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在有关网络上供阅读、浏览。 本人授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全 文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：巷纽萍 签字日期：口7 年f 月27 日 导师签名： 糍手 答字日期。7 年厂月7 日 分予印迹微米微球的合成方泫及其应用研究 1 绪论 分子印迹技术( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gt e c h n i q u e ，m i t ) 1 1 刮是一种制备对 特定目标分子( 也称模板分子) 具有特异选择性的高分子聚合物的技术。它源 于生化领域的分子识别概念。所谓分子识别就是指在复杂的混合体系中，依靠 具有形状、大小和化学功能与客体分子互补的主体分子对客体分子的识别和结 合。分子识别的一个重要特征就是其专一性，但是具有分子识别功能的天然生 物大分子往往提取复杂、稳定性差、存储和操作不便，在高温或其他恶劣环境 下容易失活，因此在实际应用中受到了很大的限制。在这些生物大分子的特殊 结构及性能的启发下，化学工作者们开始尝试通过化学合成模拟具有某些类似 生命分子功能的人工主体。在此类研究中，分子印迹技术以其研究设备简单， 稳定性好，成本低，可以预定选择性，具有与酶、受体和抗体相类似的结合特 性等优点，成为今日分子识别的一个热点。 1 1 分子印迹的发展概况 分子印迹技术是源于高分子化学、生物化学和材料化学等学科的一门交叉 科学，该技术是模拟自然界所存在的分子识别作用，如酶与底物、。抗原与抗体 等，以目标分子为模板合成具有特殊分子识别功能的分子印迹聚合物 ( m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r ，m i p s ) ，它是针对某一特定的目标分子合成具 有专一性聚合物的一种技术，早在1 9 3 1 年俄国化学家p o l y a k o v 【7 j 就发现了在不 同致孔剂中制备的硅胶对致孔剂具有特异性的吸附现象，这只是在一定意义上 构成了分子印迹技术的雏形。然而分子印迹技术的真正发展却来源于免疫学。 在2 0 世纪3 0 年代b r e i n l 、l a u r o w i t z 和m u d d 就相继提出一种当抗原侵入 时生物体产生抗体的理论，后来在2 0 世纪4 0 年代由诺贝尔奖获得者 p a u l i n g i8 】对抗体形成理论做了进一步的阐释，并提出了以抗原为模板来合成 抗体的抗体形成”理论( 图1 1 ) 。因此，分子印迹技术的思想起源可以追溯到 f i s c h e 的“锁和钥匙”、p a u l i n g 的“抗原一抗体”以及d i c k e y 的“专一性吸附”的概 企【9 1 j 世d0 四川师范大学硕士学位论文 图1 1 形成抗体的过程示意图 a r t i c l ei l l u s t r a t i o nf r o ma t h e o r yo ft h es t r u c t u r ea n dp r o c e s so f f o r m a t i o no f a n t i b o d i e 尽管p a u l i n g 的理论被后来的“克隆选择”学说所推翻，但是它激发了人们 以抗原或待测物为模板合成抗体模拟物的设想，为分子印迹的发展提供了思路 并奠定了一定的理论基础，并且这种思路一直沿用至今。从p a u l i n g 的理论 出发，d i c k e y f 州在19 4 9 年用染料甲基橙作为印迹分子，然后酸化硅酸盐溶液 形成染料印迹胶体，干燥并洗去印迹分子后得到了对甲基橙比乙基橙吸附能力 高2 倍的吸附材料。这后来被视为是“分子印迹”的萌芽。但是遗憾的是这项 技术在很长一段时间内都没有太大的发展，也没有引起人们的足够重视。直到 1 9 7 2 年，德国的w u l f f 研究小组首次报导了人工合成的m i p s 后【l0 1 ，这项技 术才逐渐被人们所认识。特别是在1 9 9 3 年瑞典科学家m o s b a c h 等在( ( n a t u r e ) ) 杂志上发表了有关茶碱m i p s 的研究报告剧】，分子印迹技术才得到了蓬勃的 发展。近年来，随着超分子化学、高分子化学和生物化学等学科的发展，分子 印迹技术包括印迹机理、印迹聚合物的制备、印迹技术的应用及其热力学、动 力学等方面的理论研究取得了长足的进展。1 9 9 7 年国际性的分子印迹协会 ( s m i ) 在瑞典成立，其宗旨是“致力于分子印迹科学与技术的全面发展” 2 分子印迹微米微球的合成方法及其应用研究 ( c o m m i t t e dt oe x c e l l e n c ei na l la s p e c t so fm o l e c u l a ri m p r i n t i n gs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y ) 。迄今为止s m i 己有数百名来自世界各国的会员，发表了论文 3 0 0 0 余篇和若干专著。根据s m i 的统计，目前世界上至少有5 0 0 个以上的 学术机构和企事业团体在从事各种分子印迹技术的研究开发工作，并且主要集 中在瑞典、德国、美国、英国、日本和中国等1 0 多个国家【1 2 】，欧共体( e u r o p e a n c o m m i s s i o n ) 于1 9 9 8 年启动了一项计划，旨在资助欧洲8 个研究小组从事 m i p s 的制备、结构表征以及将m i p s 用于临床分析、环境分析以及生物分析 等方面的研究。分析化学趋势( t r e n d si na n a l y t i c a lc h e m i s t r y ) 在1 9 9 9 年 第3 期出版了有关分子印迹的专刊。2 0 0 0 年7 月在英国的加的夫大学举行 了第一届分子印迹技术国际会议，来自世界各地的一百多名专家学者交流了 1 1 2 篇论文。最近几年，随着分子印迹在各个方面的成功，商业化的分子印迹 产品也不断出现。o x o n o n ( w w w o x o n o n n e t ) 公司已经开展了为客户合成 m i p s 的业务。m dt e c h n o l o g i e s 公司( w w w m i p t e c h n o l o g i e s s e ) 是一家专门 研究分子印迹技术应用的公司。目前已经成功地开发出用于固相萃取( s p e ) 、 液相色谱填料、药物筛选和生化分离的分子印迹产品。分子印迹技术的发展之 所以如此迅速，主要是因为它具有三大特点：构效预定性( p r e d e t e r m i n a t i o n ) 、 特异识别性( s p e c i f i cr e c o g n i t i o n ) 和广泛实用性( p r a c t i c a b i l i t y ) 。基于该技术 制备的m i p s 具有选择性较高、稳定性好、使用寿命长、应用范围广、亲和性 和抗干扰性强等特点。因此，分子印迹技术在许多领域，如色谱分离、固相萃 取、仿生传感器、模拟酶催化、临床药物分析、吸附、膜分离等，得到日益广 泛的研究和开发，并有望在生物工程、临床医学、环境监测、天然药物、食品 工业等领域形成产业化规模的应用。此外，分子印迹技术对于研究酶的结构、 认识受体抗体作用机理以及在分析化学等方面也具有重要的理论意义和实用 价值。 1 2 分子印迹的一般原理 分子印迹技术是指为获得在空间和结合位点上与某一分子( 模板分子、印 迹分子) 完全匹配的聚合物的制备技术。此过程如图1 2 所示【1 3 】。 该技术是通过以下方法来实现的1 0 】：( 1 ) 是在致孔剂中模板分子与功能 四川师范人学硕j ：学位论文 单体通过可逆共价作用或非共价作用形成复合物；( 2 ) 加入交联剂，在模板分 子一功能单体复合物周围发生聚合反应，形成刚性的高分子聚合物；( 3 ) 洗脱 除去模板分子。这样就在高分子共聚物中留下一个与模板分子在空间结构上完 全匹配，并且含有可以与模板分子专一结合的功能基的三维空穴。由于用不同 的模板分子制备的m i p s 具有不同的结构和性质，所以一种印迹聚合物只能优 先与其模板分子结合，类似于“锁”与“钥匙”的关系，也就是说印迹聚合物对模 板分子具有选择性结合作用。由于孔穴对模板分子的记忆功能，m i p s 对模板 分子的亲和力大大增强，表现出分子识别的能力。m i p s 依靠形状、大小和化 学功能基的分布对模板分子进行识别，类似于生物体系中酶对底物、抗体对抗 原、受体对激素的作用，具有专一选择性。 丽。f 静弋=芦 删，。竺1 一 鞠喀b 饼l i 卜x 。徽 过国司一蚴 国弋二 图1 2 分子印迹过程示意图 f i g 1 - 2 s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no ft h em o l e c u l a ri m p r i n t i n gp r o c e s s 1 3 分子印迹的方式 根据模板分子与功能单体在聚合过程中相互作用的机理不同，合成m i p s 主要有两种方式：共价方式和非共价方式。 共价方式( 又称预组装法，p r e o r g a n i z a t i o n ) 要求功能单体与模板分子之 间形成共价键，再用某种溶液将模板分子洗脱下来后形成具有空穴的m i p s 【1 4 】。形成共价键的典型反应有酯化反应、希夫碱( 亚胺) 反应和缩酮反应。将模 4 分子印迹微米微球的含成方法及其应用研究 板分子从聚合物中提取出来一般可采用酸解法。但由于共价键作用普遍较强， 模板分子不易于洗脱，在模板预组装或识别过程中，模板分子的结合和解离速 度普遍较慢，不适于快速的识别，其识别机理与生物识别相差甚远，因此这一 方法发展缓慢。 一 非共价方式( 又称自组装法，s e l f - a s s e m b l i n g ) ，模板分子与功能单体在溶 液中以疏水作用、氢键作用、7 【7 【作用、静电作用等较弱的作用力形成主客体 配合物，加入交联剂进行聚合反应，然后将模板分子抽提取走形成m i p s t l 5 m6 1 。 用分子自组装法制备的m i p s ，其识别机理类似于天然生物分子，是分子印迹 技术的研究热点，发展较快。最早将分子自组装方法应用于分子印迹聚合的是 m o s b a c hk 1 6 】。他以茶碱为模板分子、m a a 为功能单体，利用两者闻的氢 键作用在惰性致孔剂中形成主客体配合物，在偶氮二异丁氰( a m n ) 的引发 下，以乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂( e g d m a ) 进行自由基共聚合，形成 刚性聚合物。反复洗去模板分子后，即在聚合物中形成对茶碱有特异性的印迹 空穴。 两种方法各有优缺点，如表1 1 所示。为了克服各自的缺点，w h i t c o m b e 等把共价印迹法与非共价印迹法的优点结合起来，构成了复合印迹法【17 1 ，高 分子的制备与共价印迹法相同，但对客体的键合则采用非共价的相互作用。这 样，共价印迹法键合客体速度慢的缺点就可以得到解决。 表1 - 1 共价法与非共价法的比较 t a b l e1 - 1 c o m p a r i s o no f c o v a l e n ta n dn o n - c o v a l e n tm o l e c u l a ri m p r i n t i n g 四川师范大学硕士学位论文 1 4 分子印迹过程中各组分的选择 m i p s 的制备是分子印迹技术的关键，目前国内外学者主要根据自己的目 的和用途不同选择不同的功能单体、交联剂、引发剂和致孔剂来合成自己需要 一的m i p s 。 1 4 1 功能单体的选择 目前，由于分子自组装方法以非共价键作用力形成主客体配合物有着与 酶、受体等天然生物分子相类似的识别机理，是分子印迹研究的热点。分子自 组装方法中己经报道的功能单体包括丙烯酸、m a a 、各种甲基丙烯酸酯、三 氟甲基丙烯酸、亚甲基丁二酸、丙烯酰胺、4 乙烯基苯甲酸、4 一乙基苯乙烯、 2 丙烯酰胺基2 甲基1 丙璜酸、1 乙烯基咪唑、4 乙烯基吡啶、2 乙烯吡啶、 2 ，6 二丙稀酰胺吡啶、n 丙稀酰胺基丙氨酸、n ( 4 乙烯苄基) 亚氨基二乙 酸铜( i i ) 、环糊精和含乙烯基的l 缬氨酸的衍生物等【1 8 】，( 见图1 3 ) 。其中 最常用的功能单体是m a a ，它和印迹分子之间能够形成较多的氢键结合位点， 还可以在一定条件下同胺类物质发生离子作用，因此其制成的m i p s 具有很高 的选择性。 6 分子印迹微米微球的合成方法及其应用研究 雨嫣醴 跳i c i d 岛头：黢 m 随叫嘲曲t 潮嘴 i 吐叩， n l - 乙烯纂瞰唑 l 毛啦忙孵i ，n 妇鹚k ， 2 6 - 一二丙媾甑胺纂随屯啶 2 鸺晒叫蜮衙嘲雅 图】3 常见的功雒单体 f i g 1 3 g e n e r a lf u n c t i o n a lm o n o m e r s f “4 _ 乙烯墓毗髋 4 - v 啊i 仍融曲繁 l 、m 2 丙烯酝敝 掰l 确谙鬈 1 4 2 交联剂的选择 最常用的交联剂是乙二醇二甲基丙烯酸酯( e g d m a ) 和三甲氧基丙烷三 甲基丙烯酸酯( t r i m ) 。除此之外，已经报道的交联剂还包括：n ，n 亚甲 基二丙烯酰胺、n ，n 1 ，4 亚苯基二丙烯酰胺、3 ，5 二丙烯酰胺基苯甲酸、 二乙烯苯、l 2 二丙烯酰胺基苯丙醇丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯( p e t r a ) ho 一 、 v o 良 弛譬瓣d 四j i l 师范大学硕j ：学位论文 等( 见图1 - 4 ) 【19 1 ，交联剂在分子印迹中起着非常关键的作用，印迹过程中聚 合形成不易变形的刚性结构，从而能够记住模板分子的形状。但与之相矛盾的 是，为了保证把模板分子从印迹空穴中洗脱出来，还必须保证交联后的结构具 有一定的柔性，这同时也是分子识别的过程中目标分子能够扩散进入印迹空穴 必要条件。 二乙镌苯 c ) i ，n y 眈帅2 謦脯 乙= 孵二即萋内怖酸糍 e | 口，y 镪n e9 l y ja m 擒枷曩嚣y 埘瞻 卜：n p q c o o h n k 矿n h 口n 名 a o6 圹 。y r - 0。 二。ch2己ch2。h)ch2。 t 9 8 ) 为泸州化工科研所赠送； 二乙烯基苯( d v b ，分析纯8 0 0 ) ，购于上海盛重精细化工有限公司；甲 基丙烯酸( m a a ，分析纯) 、偶氮二异丁腈( a i b n ，分析纯) 、乙腈、甲苯、 甲醇、乙酸均购于成都市科龙化工试剂厂；氯仿购于天津市博迪化工有限公司。 2 1 2 仪器 j s m 5 9 0 d l v 扫描电子显微镜，日本电子厂；u v m s _ 4 8 0 2 s 双光束紫外分 可见光光度计，优尼科( 上海) 仪器有限公司；k q 2 5 0 d e 数控超声波清洗器， 昆山市超声仪器有限公司；d z f 6 0 5 3 真空干燥箱，上海一恒科学仪器有限公 司；h z q c 空气浴振荡器，哈尔滨市东明医疗仪器厂；t d z 5 w s 多管架自动 平衡离心机，长沙湘仪离心仪器有限公司；d z k w - 4 电子恒温水浴锅，北京中 兴伟业仪器有限公司；o l y m p u s c x 3 1 ，j a p a n 摄影生物显微镜；b t - 9 3 0 0 s 激 光粒度分布仪，b e t t e r 丹东市百特仪器有限公司。 2 2m i p m s 的合成 按一定的比例称取功能单体甲基丙烯酸( m a a ) 、引发剂偶氮二异丁腈 ( a i b n ) 、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯( e g d m a ) 以及致孔剂乙腈( 见 表2 1 ) ，将它们溶于圆底烧瓶中，向其中通氮气1 0r e _ i n ，于氮气氛下密封圆 底烧瓶，并将其放入恒温水浴槽中。于室温下开始加热，让温度缓慢上升到 6 0 ，并记下此时的时间( 注：温度绝对不能超过6 0 ) 。恒温加热聚合2 4h 后，取出冷却至室温备用。用b t 9 3 0 0 s 激光粒度分布仪观察检测产物的粒度 分布情况以及粒径的大小。把金像显微镜调到最大的倍数，观察产物的大体形 状，保存好图片。 2 3 实验结果与讨论 本章研究的目的是研究采用沉淀聚合法合成非印迹聚合物微球 四川师范大学硕士学位论文 ( n o n i m p r i n t e dp o l y m e r i cm i c r o s p h e r e s ，n i p m s ) i 拘各种合成条件对n i p m s 粒径 大小的影响。表2 1 为采用m a a e g d m a 聚合体系的参照实验。其中，功能 单体：交联剂= 1 ：5 ( m o l 比) ，引发剂= 3 0m g ：聚合相：致孔剂= 1 ：2 0 ( 聚合相 包括模板分子，功能单体和交联剂) 。该体系合成的出来的n i p m s 采用一 b t - 9 3 0 0 s 激光粒度分布仪获得的粒度分布见图2 1 和表2 2 。 表2 - 1合成m i p m s 的各组分参数 t a b l e2 - 1t h es y n t h e s i sp a r a m e t e r so fe a c hc o m p o n e n to ft h em i p m s 图2 1m a a e g d m a 聚合体系合成得到的n i p m s 的粒度分布图 f i g 2 - 1 t h eg r a n u l a r i t yd i s t r i b u t i o no f m a a e g d m an i p m s 分子印迹微米微球的合成方法及其应用研究 表2 2m a a e g d m a 聚合体系合成得到的n i p m s 的粒径分布 t a b l e2 - 2t h eg r a n u l a r i t yd i s t r i b u t i o no fm a a - e g d m an i p m s 由图2 二1 及表2 2 可知，大体粒径范围在o 5 5 o 8 5 岬，占了大概3 0 左 右，但微球的粒径远小于3 x m ，不适合用于s p e 和超高压液相色谱分离的应 用。 为此，我们进行了第二组实验：即保持功能单体：交联剂= 1 ：5 的比例， 改变聚合相与致孔剂的比例，分别采用聚合相：致孔剂= 1 ：1 0 、1 ：1 5 、1 ：2 5 、 1 ：3 0 四组，合成出来的n i p m s 的最大粒径分布见表2 3 。 1 9 四川师范大学硕士学位论文 表2 3聚合相与分散相比例对n i p m s 粒径的影响 t a b l e2 3t h ei n f l u e n c e so ft h er a t i oo fp o l y m e r i z a t i o np h 髂et od i s p e r s i o np h a s eo nt h e g r a n u l a r i t yd i s t r i b u t i o no fm a a - e g d m a n i p m ：f s 由表2 3 可知，改变聚合相与分散相的比例，最大粒径微球的区间含量变 化不大。事实上，分散相的用量增加，相当于溶液中单体和交联剂浓度的减小， 使用在m a a e g d m a 聚合体系中，当功能单体与交联剂的物质的量比为1 ：5 时，所得的模板聚合物具有最佳的选择性和识别能力。而增加致孔剂的用量似 乎对微球的粒径没有太大是的影响。相反，当我们把聚合相的浓度增大，发现 致孔剂的量7 5m l 时，所得聚合物的粒径不均匀，形状也不规则，只有少 量的球形粒子。随着乙腈量的增i i ( 1 l 单体和交联剂的浓度降低) ，可产生球形 粒子，但微球仍然不能达到我们的要求。 为此，我们固定聚合相：致孔剂= 1 ：2 0 ，a i b n 的质量= 1 0m g ，然后改变功 能单体与交联剂的比例，使其分别为功能单体：交联剂= 1 ：7 和1 ：8 。所获得 的主要微球的粒径分布见表2 4 。 表2 _ 4 功能单体与交联剂比例对微球粒径的影响 t a b 1 e 2 - 4 比例 m a ae d m a a i b n聚合相乙腈主要粒径区间 鹰儋儋g m l p m 分子印迹微米微球的合成方法及其应用研究 由表2 - 4 可以看出，增大交联剂的比例在一定程度上可以增大微球的粒 径。事实上，沉淀聚合法要求反应在低浓度下进行，以保证反应体系中始终存 在有机致孔剂和析出的聚合物两相。交联剂浓度过大，致孔剂将分散进入生成 的聚合物中，有机致孔剂相消失，聚合反应将回到普通的封管聚合条件，不能 得到预期的聚合物微球，随着交联剂浓度的增加，聚合物微球的粒径增大，表 面粗糙程度增加，最后生成块状聚合物【8 3 1 。 为此，我们固定聚合相：致孔剂= 1 ：2 0 ，功能单体：交联剂= 1 ：5 ，进一步改 变引发剂的比例，即由原来的1 0m g 增加到1 5m g 。其结果见表2 5 。 表2 - 5 改变引发剂的比例 t a b l e2 - 5 c h a n g e s i nt h er a t i oo fi n i t i a t o r 由表2 5 可以看出，在一定范围内增加引发剂的量，聚合物微球的粒径也 随之增加。这是因为当引发剂的量增加，引发剂的浓度将增大，使得反应可以 充分进行，所得的微球的粒径就增大。但是并不是引发剂的浓度越大，微球的 粒径就越大，曹现峰烨j 报道，当引发剂的浓度增加到一定程度后，在聚合相 中，体系中自由基生成的速率将增大，按照低聚物机理，成核速率也将增大， 所生成的微球粒子数目增多，粒径反而减小。总体来看，在一定的引发剂浓度 范围内，前一影响占主要作用，因此最终产物的平均粒径随引发剂浓度的增大 而增大，当引发剂所占的比例达到一定值时，两种因素的影响趋于相同，聚合 物平均粒径不再变化。为了进一步探讨各种条件对微球粒径大小的影响，我们 进一步改变了致孔剂的种类。在原来只用乙腈做致孔剂的基础上，改用乙腈和 氯仿的混合液做致孔剂，目的是要为了研究氯仿的加入对微球形状大小和形态 的影响。仍然采用m a a ：e g d m a = i ：5 的比例。其结果见表2 - 6 2 l 四j 1 l 师范大学硕j ? 学位论文 由表2 - 6 可知，所形成微球的粒径远远大于31 t m ，出现这种情况的原因 可能是致孔剂的量不够，使得微球没有完全分散开来，部分微球已经聚集在一 起，凝结成块，从而导致颗粒物的粒径偏大的假象。 最后，我们实验了模板分子1 0 - h c p t 对m a a e g d m a 聚合体系微球粒 径的影响。具体试验如下： 分子印迹微球的制备：先把模板分子+ m a a + 致孔剂混合，放在冰箱中 冰冻半小时后取出，再加入e g d m a 和a i b n ，并向其中通氮气1 0m i n ，然 后放到水浴中缓慢加热到6 0 ，反应2 4h 后取出。沉降：将获得的m i p m s 自然挥发干燥，于甲醇中沉降，每隔半个小时，将上层悬浮液鬲移液管吸出， 然后再加入甲醇继续沉降数次( 根据聚合物微球在甲醇中的密度大小：粒径大 的在下层，粒径小的在上层) 直到上层液在显微镜下观察不到粒径0 5g m 的 微球，再将沉下来的液体在通风厨中干燥。把干燥好的产品拿去作扫描电 镜( s e m ) 。 实验中分别采用模板分子：功能单体m a a ：交联剂e g d m a = i ：4 ：2 4 和 l ：4 ：3 2 ( m o l 比) 的比例，聚合相：致孔剂= 1 ：2 0 。其结果见表2 7 及图2 2 所 不。 分了印缝微米微球的台成方法及代应用研究 表2 71 0 - h c p t 的m a a e g d m a 体系的合成条件 t a b l e2 - 7t h es v n t h e t a cc o n d i t i o n so f m a a - e g d m af o r1 0 - h c p t 聚台物模板分子m a ae g d m a a b n聚台相 乙腈 1 1 1 1 1 0ji i l l 1 0 1m m oj m g g ，m l p 10161 013 8 2 03 6 p 202 5】61 0l3 8 2 03 6 p 3 018】017 7 8 04 6 图2 - 21 0 - 羟基喜树碱m 1 p m s 和n i p m s 的扫描电镜图f 合成条件见表2 7 j f i g2 - 2 t h es e mo f m i p m sa n d n l p m s f o r l 0 - h c p t ( t h es y n t h e t i cc o n d i t i o n sa r es h o w ai nt a b l e27 ) 由图2 - 2 可知，微球的粒径不到1m ，而且微球的形态不是太规则，但 总体来说，微球粒径的分布还是比较集中的。对比图2 - 2 中的p 3 和p 1 发现， 随着交联剂量的增加，所得微球的形状仍然不规则，但是微球的粒径却变大的 趋势，这是因为增加交联剂的浓度同样也增加了聚合物的团聚程度，产物由原 来更细小的不规则颗粒逐渐团聚为粒径大一些的聚合物微球。由此可见交联剂 的浓度对聚合物微球的形态影响很大当交联剂的浓度增大所形成的微球的粒 径也显著变大。另外，对比图2 - 2 中的p 2 与p 1 发现，加模板分子后与空模板 相比，所形成的微球的粒径也有稍微变大一点的趋势，这可能是因为模扳分子 的加入改变了聚合体系的极性，从而影利聚合物的团聚程度。由此可见，模板 分子和交联剂共同控制着聚合物的团聚程度，也是影响聚合物形貌的重要因 素。但整体来讲，通过改变各种条件，在m a a e g d m a 体系中很难获得粒径 3u m 的m i p m s ，为此，我们试验了另个聚合体系，即a m d v b 聚合系统。 黧露 分子印迹微米微球的合成方法及其应用研究 3 甲芬那酸m i p m s 的合成与表征 3 1 引言 甲芬那酸( m e f e n a m i ca c i d ，m f a ) 又称甲灭酸，扑湿痛，是一种甾体抗 炎镇痛药，主要用于风湿性、类风湿性关节炎、痛经、头痛、牙痛、神经痛、 肌肉痛以及手术后和其他炎症性疼痛，具有镇痛、解热和抗炎作用，其抗炎 作用较强。副作用为偶见胃部不适、腹泻、皮疹，可造成白细胞、血小板减 少，精神抑郁、头晕、头痛、易激惹、视力模糊、多汗、气短、睡眠困难等， 为了减小副作用，控制其用药量，因此，在临床上往往需要对病人体内的药物 及其代谢物浓度进行监测，但由于血液、尿样等基体样品基体的复杂性以及这 些药物及其代谢物在样品中的浓度极低，这就给临床检测带来很大困难，而利 用m i p m s 的高选择性并将其用于这些药物及其代谢物的萃取分离和检测，将 有非常大的意义，这就是本研究选题的目的。 本章以甲芬那酸( m e f e n a m i ca c i d ，m f a ) 为模板分子，丙烯酰胺 ( a c r y l a r n i d e ，a m ) 为功能单体，二乙烯基苯( d i v i n y l b e n z e ，d v b ) 为交联剂， 合成了m f a 的m i p m s 。通过扫描电镜、平衡吸附试验等对m f a 的形貌、吸 附量、吸附速率和印迹因子等进行了表征。吸附量反映了吸附剂对一定浓度底 物的吸附能力的大小，是一个重要的热力学参数；吸附速率则表征了达到吸附 平衡的快慢，是一个重要的动力学参数；而印迹因子则是m i p m s 与n i p m s 饱和吸附量的差异，直观的反映出在合成m i p m s 是否形成了有效的特异性作 用位点，对模板分子是否有专一性吸附的能力。 3 2 实验部分 3 2 1 试剂 丙烯酰胺( a m ，分析纯) 购于成都市科龙化工试剂厂；其他的仪器和试剂 见第二章。 3 2 2m d m s 微球的合成 本研究按照表3 1 的比例先称取模板分子( m f a ) ，分别溶于乙腈氯仿 和乙腈甲苯的混合液中，再将功能单体溶于该混合溶液并让其与模板分子充 四川i 师范大学硕士学位论文 分作用半个小时以上，目的是使模板分子与功能单体形成复合物，最后再加入 交联剂( d v b ) 和引发剂( a i b n ) ，向混合液中通氮气1 0m i n 以除去溶解的 氧气，密封后置于恒温水浴箱，缓缓升温，在2h 以上上升到6 0 ，保持该温 度下热聚合2 4h ，聚合产物取出冷却至室温，将产物用玻璃棒在玻璃片上涂成 薄层，利用金像显微镜观察产物的形状，估计产物大小。最后，用v 甲醇：v 乙酸 ：9 ：l 溶液洗掉印迹分子和未聚合的功能单体和交联剂，直至洗脱液中检测不 到印迹分子。于烘箱中4 0 真空干燥，得到m f a 的m i p m s ；按同样方法不 加m f a 制备空白聚合物( n i p m s ) 【5 6 j 。 表3 - 1合成甲芬那酸的m i p m s 和n i p m s 的聚合条件 。旦曼! 曼! ：!卫曼! 翌坐盟兰曼旦望虫垒q 翌! q ! 丛堡丛! 垫垒蔓! ! m ! 鱼! 至坠垒 聚合物 m f a d v b a m a i b n 乙腈甲苯氯仿反应条件 m m o lm m o lm m o l m g m lm lm l c ，2 4h 3 2 3 聚合物微球扫描电镜分析 用j s m 5 9 0 0 l v 扫描电子显微镜对聚合物微球的表面结构和粒径大小进行 表征。 3 2 4 聚合物微球对印迹分子的平衡结合实验 称取一系列等量的m i p m s 和n i p m s 各1 0m g ，分别置于锥形瓶中，各加 入0 - - 3 0m m o l lm f a 的乙腈：氯仿= 3 ：1 ( v ) 的溶液2m l ，于恒温震荡器 上2 5 振荡2 4h ，3 0 0 0r m i n 离心1 0m i n ，取吸附液稀释至一定体积，用紫外 分光光度计测定平衡吸附液中m f a 的浓度，根据结合前后溶液中m f a 的浓 度变化计算单位质量聚合物微球对m f a 的结合量。 2 6 分于口逊微米微球的