（材料学专业论文）磷酸盐聚合物基分子印迹材料的制备与特性.pdf

摘要 本论文分别采用共沉淀法、煅烧法及模板法制备了多种磷酸盐；采用混熔 法制备了银基磷酸盐聚氯乙烯基材料；采用反相悬浮法制备了磷酸钙海藻酸钙 复合微球：采用溶出法制备了磷酸盐聚氯乙烯基离子印迹材料；采用硅烷交联 法制备了磷酸钙海藻酸钙分子印迹复合微球。并对上述磷酸盐聚合物基材料 的制备、结构和特性分别进行了研究。 从微生物与银系抑菌剂材料表面相互作用的角度出发，归纳了a g + 抑菌性 能的更合理的评价方法，实验通过具体实验比较研究了t t c 活性显色测定与 平板培养活菌计数法、抑菌圈法等评价效果。 通过银离子印迹磷酸盐聚氯乙烯基材料制备即银基磷酸盐聚氯乙烯基 材料的溶出实验研究，探讨和提出了银离子的溶出及其在磷酸盐聚合物基复 合材料中的迁移模式。 以磷酸钙海藻酸钙复合微球为载体，以乙烯基三( 1 3 一甲氧基乙氧基) 硅烷 ( a 1 7 2 ) 和y 一氨基丙基三乙氧基硅烷( k h 5 5 0 ) 硅烷为功能单体和交联剂， 以甲基橙为模板，采用表面印迹技术，制各了磷酸钙海藻酸钙分子印迹复合 微球( c p c am i c m s ) 。采用紫外分光光度计测试了m i c m s 的吸附和识别性能。 研究表明，所得的印迹物对模板的吸附满足l a n g m i u r 吸附模型，其吸附速度和 吸附容量与功能单体种类、载体类型、模板与功能单体的比率等因素有关。水 相中模板和功能单体主要以静电作用和疏水作用相结合。m i c m s 对其模板分 子表现出较好的分子识别性能，而在相同情况下未印迹的空白聚合物则无此识 别特性。印迹复合微球的识别性能与功能单体种类、载体类型、模板与功能单 体的比率和微球比表面积等因素有关。 关键词：磷酸钙；银基磷酸盐：聚氯乙烯；海藻酸钙；硅烷；抑菌评价；溶 出；离子印迹；磷酸钙海藻酸钙：反相悬浮法；分子印迹复合微球；硅烷交 联法；表面印迹：选择吸附 a b s t r a c t c a l c i u mp h o s p h a t ew a sf a b r i c a t e dv i at e m p l a t e sm e t h o da n ds i l v e r - b a s e d p h o s p h a t ew a sp r e p a r e db yc o - d e p o s i t i o nm e a n s s i l v e r - b a s e dp h o s p h a t e p v cw a s p r e p a r e db ym i x i n ga n dm e l t i n gt h es i l v e r - b a s e dp h o s p h a t ea n dp v cp o w d e r c a l c i u ma l g i n a t e c a l c i u mp h o s p h a t ec o m p o s i t em i c r o s p h e r e sw e r ef a b r i c a t e dv i a i n v e r s es u s p e n s i o n ( w o ) w i t hc h l o r o f o r ma n dh e x a n ea sd i s p e r s e dp h a s e e t h y l c e l l u l o s ea sd i s p e r s e r ，m i x t u r eo fc a l c i u mp h o s p h a t ea n ds o d i u ma l g i n a t es o l u t i o n a sd i s p e r s i n gp h a s ea n dc a l c i u mc h l o r i d es o l u t i o na st h ec r o s s 1 i n k e r i o ni m p r i n t e d p h o s p h a t e p o l y v i n y l c h l o r i d ew a s p r e p a r e db ys t r i p p i n g m e a n s t h e p h o s p h a t e p o l y m e r - b a s e dm a t e r i a l sw e r ec h a r a c t e r i z e da sf a ra st h e i rs t r u c t u r ei s c o n c e r n e d f r o mt h ev i e w p o i n to ft h ei n t e r a c t i o no fm i c r o o r g a n i s ma n dt h es i l v e r - b a s e d a n t i b a c t e r i a l ，t h em o r er e a s o n a b l ee s t i m a t em e t h o d sw e r ep r o p o s e d t h et e s t r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h et t ca c t i v ec o l o r a t i o nd e t e r m i n a t i o na n df l a tc u l t i v a t i o n b a c t e r i aa c c o u n tm e t h o d sw e r es u i t a b l ef o r t h ee s t i m a t i o no fc o n t a c ta n t i b a c t e r i a l t h ea g + d i s s o l v eb e h a v i o ro ft h es i l v e r - b a s e dp h o s p h a t e p v cw a sd e t e r m i n e d i nt h ed i s s o l v et e s t s t h et r a n s p l a n td i s c i p l i n a r i a no fa g + i nt h es i l v e r - b a s e d p h o s p h a t e p v cw a sd i s c u s s e da n dp r o p o s e d s u r f a c em o l e c u l a ri m p r i n t e dc a l c i u m p h o s p h a t e c a l c i u ma l g i n a t ec o m p o s i t e m i c r o s p h e r e s ( c p c am i c m s ) w e r es y n t h e s i z e db yu s i n gc p c ac m sa st h e s u p p o r t i n gm a t r i x ， e t h y l e n e t r i ( 1 3 一m e t h o x y ) e t h y o x y s i l a n e( a 17 2 ) a n d 7 - a m i d o p r o p y l t r i e t h y o x y s i l a n e( k h 一5 5 0 ) a st h ef u n c t i o n a l m o n o m e r sa n d c r o s s l i n k i n ga g e n t s ，a n dm e t h y lo r a n g ea s t e m p l a t ei na q u e o u ss o l u t i o n t h e c a p a b i l i t yo fc p c am i c m sw a st e s t e db yu l t r a v i o l e ts p e c t r o p h o t o m e t e r t h er e s u l t s h o w e dt h a tc p c am i c m sa d s o r b e dt h e i rt e m p l a t e si nt h ew a yo fl a n g m i u r , a n d t h e i ra d s o r p t i o np r o p e r t i e sw e r ei n f l u e n c e db yt h ef u n c t i o n a lm o n o m e r , t h ec a r r i e r s a n dt h er a t i oo ft h et e m p l a t et ot h ef u n c t i o n a lm o n o m e r t h ef u n c t i o n a lm o n o m e r s w e r es h o w e dt oc o m b i n et h et e m p l a t e sm a i n l yt h r o u g he l e c t r o s t a t i ca n dh y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o n si nt h ew a t e rs y s t e m t h ec p c am i c m se x h i b i t e das p e c i f i cr e c o g n i t i o n t ot h e i rt e m p l a t e s t h e s ea b i l i t i e so fc p c am i c m sw e r ei n f l u e n c e db yt h ef u n c t i o n a l m o n o m e r s ，t h ec a r r i e r s ，t h er a t i oo ft h et e m p l a t et of u n c t i o n a lm o n o m e r sa n dt h e s p e c i f i ca r e a so ft h em i c m s k e yw o r d s ：c a l c i u mp h o s p h a t e ，s i l v e r - b a s e d p h o s p h a t e ，p v c ，c a l c i u m a l g i n a t e ，s i l a n e ，a n t i b a c t e r i a l e s t i m a t e ，d i s s o l v e ，i o n i m p r i n t i n g ，c a l c i u m p h o s p h a t e c a l c i u ma l g i n a t e ，c o m p o s i t em i c r o s p h e r e s ，s i l a n ee r o s s l i n k i n g ，s u r f a t e i m p r i n t i n g ，s e l e c t i v ea d s o r p t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丕鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：禹宁 签字日期：加7 年口，月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名高宁 靳虢峪渺v 一飙砰硼伽铂年易日 第一章绪论 1 1 分子印迹材料与技术 第一章绪论 1 1 1 分子印迹的概念和背景 关于分子印迹的开创性研究目前最早追溯到1 9 3 0 s 的p o l y a k o v 研究组 采用硅胶制备了分子印迹材料【1 1 。现代的分子印迹技术则是在二十世纪7 0 年代由w u l f f 科研小组【2 一】提出的。他们成功地制备了几种分子印迹聚合 物，这些聚合物对糖类和氨基酸及其衍生物具有较高的选择性，被用做高 效液相色谱的固相填充物。 从这些开创性的工作开始，经过三十年的努力，这一技术得到了飞 速的发展。1 9 9 3 年m o s b a e hk 1 等人在n a t u r e 上发表有关茶碱分子 印迹聚合物的报道，使m i p s 除了原有的分离催化功能外，又找到了与生 物信息相关的多种生物传感技术及合成人工抗体等领域的新应用，因此 引起人们的广泛关注。 分子印迹聚合物( m i p ) 的制备一般包括如下三个过程： ( 1 ) 使模板分子与功能单体之间通过共价键或非共价键作用结合，形成主 客体配合物； ( 2 ) 加入交联单体，在引发剂、热或光引发下，在模板分子一功能单体配 合物周围产生聚合反应，聚合物链通过自由基聚合将模板分子和单体的配合物 “捕获到聚合物的立体结构中； ( 3 ) 将聚合物中的模板分子洗脱或解离出来，在聚合物中便留下与模板分 子形状和体积相同、结合基团在空间排列上互补的“分子孔穴”，m i p 就是基于 这些“分子孔穴”对模板分子进行识别的。通常，结合模板的m i p 经洗脱再生后 可反复循环使用。 m i p 印迹的基本原理如图1 - 1 所示。 第一章绪论 丫 皇 三。芸 图 鹾 图卜1 分子印迹的基本原理示意图 f i g l - lt h es k e t c h m a po f k e y s t o n e f o r p r e p a r i n g m 口 h i g h l ys 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 m gp r o c e s s ：t h e f o r m a t i o no fr e v e r s i b l ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nt h et e m p l a t ea n dp o l y m e n z a b l e f u n c t i o n a l i t ym a yi n v o l v eo n eo tm o ”o f t h ef o l l o w i n gi n t e r a c t i o n s ： ( a ) r e v e r s i b l e c o v a l e n tb o n d ( s ) ，( b ) c o v a l e n t l ya t t a c h e dp o l y m e r i z a b l eb i n d i n gg r o u p st h a ta r e a c t i v a t e df o rn o n - c o v a l e n ti n t e r a c t i o nb yt e m p l a t ec l e a v a g e ，( c ) e l e c t r o s t a t i c i n t e r a c t i o n s ，( d ) h y d r o p h o b i eo rv a i ld e rw 捌si n t e r a c t i o n so r ( e ) c o - o r d i n a t i o nw i t h am e t a lc e n t r e ；e a c hf o r m e dw i t hc o m p l e m e n t a r yf u n c t i o n a lg r o u p so rs t r u c r t r a e h i m e n t so ft h et e m p l a t e ，( 小e ) r e s p e c t i v e l y as u b s e q u e n tp o l y m e r i z a t i o ni nt h e p r e s e n c eo fc m s s l i n k e “s ) ，ac r o s s l i n k i n g r e a c t i o no fo t h e rp r o c e s s ，r e s u l t si nt h e f o r m a t i o no f a ni n s o l u b l em z t r x ( w h i c hi t s e l f c a nc o n l a j b u t st or e c o g n i t i o nt h r o u 曲 s t e r i c v a l ld e rw a a l sa n de v e l e c t r o s t a t i ci n t e r a c t i o n s ) i nw h i c ht h et e m p l a t es i t e s r e s i d e t e m p l a t e i st h e nr e m o v e df r o mt h ep o l y m e rt h r o u g hd i s r u p t i o no f p o l y m e r f t e m p l a t ei n t e r a c t i o n s ，a n de x t r a c t i o nf r o mt h em a t r i x t h et e m p l a t e ，o r a n a l o g u e st h e r e o f , m a yt h e nb es e l e c t i v 嘶b o u n dh yt h ep o l y m e ri nt h es i t e s v a c a t e db yt e m p l a t e ，t h e i m p n n t s w h i l et h er e p r e s e n t a t i o nh e r ei ss p e c i f i ct ov i n y l p o l y m e r i z a t i o n t h e s a l f l eb a s i cs c h e m e c 姐e q u a l l y b e a p p l i e d t o s o l g e l p o l y c o n d e m a t i o ne t c 分子印迹聚合物与模板分子之间的结合作用主要是孔穴内固定排列的结合 基团与模板分子问的相互作用。结合基团和模板分子之问的结合作用主要有：( 1 ) 共价键：( 2 ) 键；( 3 ) 氢键；( 4 ) 疏水范德华力：( 5 ) ( 过渡) 金属配基 。势一 第一章绪论 结合作用；( 6 ) 冠醚与离子作用；( 7 ) 离子键。不同结合类型的结合专一性也是 不一样的。模板分子的结构和印迹环境决定了哪种作用最有效。 与天然的和通过其它途径合成出来的分子识别材料相比，m i p 具有三大优点 阳1 ：即预定性、识别性和实用性。与复杂而严格的生物大分子的合成技术相 比，这种合成技术不需要精细的分子设计和复杂的程序过程，制备简单， 成本低廉。此外，它还具有强的抗机械、耐高温、高压等物理特性，抗 酸碱及各种有机溶剂等良好的化学稳定性和储存稳定性。至目前为止， 利用分子印迹技术，已经合成出2 0 多大类化合物的印迹高分子，如氨基 酸及其衍生物【7 1 、甘油酸及其衍生物【8 1 、染料【9 1 、芳酮【10 1 、多肽 n l 、二胺 【1 2 】等，其应用已涉及到分子层析【13 1 、酶模拟【1 4 , 1 5 】、抗体受体结合模拟【1 6 、 生物传感器【1 7 。2 0 1 、临床药物分析、膜分离技术以及催化等各个领域。 以上所提到的多为有机分子印迹聚合物，迄今为止，在印迹聚合物 应用于分子识别的研究中，氢键作用报道较多，金属配位键作用研究的 较少。然而，生物识别过程的相互作用研究表明，生物或药物分子与金 属离子的结合具有高度的专一性和温和的结合和断裂条件，在生物识别 体系中发挥着重要作用。第一种金属离子印迹聚合物是由k a b a n o v 和 n i s h i d e 研究小组制备的【2 1 1 。该小组的实验结果表明，与未印迹树脂相比， 印迹树脂对印迹金属离子的选择性明显提高。由这一成功的工作开始， c u ( i i ) 、z n ( i i ) 、n i ( i i ) 、c o ( i i ) 、c d ( i i ) 、f e ( i i i ) 、h g ( i i ) 、c a ( i i ) 等金属离 子均被作为印迹分子，用以制备金属离子印迹聚合物。 近年来，w u l l f 、m o s b a c h 等该学科带头人的一些综述文献 6 , 2 2 - 3 0 】介绍 了m i t 的相关理论和最新的研究成果，并对该技术所面l | 缶的挑战和今后 的发展趋势做了较为透彻地分析。 1 1 2 分子印迹的基材 由交联单体聚合而得的聚合物母体的结构对制备的分子印迹聚合物 起着非常重要的作用。因为印迹孔穴的识别性能是由模板分子和聚合物 链的固定排列共同决定的，因此聚合物结构的优化极为重要。聚合物母 体应具备如下性能： a 聚合物母体应有足够的硬度，以便模板分子除去后印迹孔穴能够 保持原有形状而不变形。b 聚合物母体应有较高的柔性，以使其能与嵌 入的底物迅速达到平衡。c 可制成特定的形态，既有足够的交联度，又 有良好的底物可近性。d 为便于在对动力学有利的高温条件下使用，聚 合物母体还应有良好的热稳定性。e 聚合物粒子应有良好的机械稳定性， 第一章绪论 以便在高压或搅拌环境下使用。 母体材料可以是有机聚合物，也可以是无机载体、生物高分子和有机 无机复合材料，分述如下。 1 1 2 1 有机聚合物 起初，聚合物母体基本上都采用多孔的有机聚合物，现在也有采用无 机载体和生物高分子的，但目前大量的工作仍集中在有机聚合物上。有 机聚合物母体可以是缩聚物，也可以是加成聚合物。在实际中应用较多 的是交联的烯类聚合物，这些聚合物一般是无规网络结构，内部有模板 印迹的孔穴，而在这种模板印迹的孔穴内有空间排列固定的结合基团。 交联烯类聚合物母体主要有凝胶型和大孔型网络结构两种。实际中应 用最多的是烯类交联单体二甲基丙烯酸乙二醇酯( e d m a ) 和三羟甲基丙 烷三丙烯酸酯( t r i m ) 。这些交联单体的聚合物一般具有凝胶型网络结构， 交联度很高，稳定性好，且网络内部传质过程也较容易。 1 1 2 2 无机载体 p i n e l 3 1 1 、h u n n i u s 32 1 、m a r k o w i t z 3 3 】等将无机载体用于分子印迹技术 中。在固体材料7 ( 如硅胶) 表面进行修饰是获得母体材料的一种行之有 效的方法。这类母体材料的选择性取决于孔穴的形状和孔穴内功能基团 的排列，而与母体本身关系不大。无机载体也可以是金、二氧化锡等。 无机载体的分子印迹有如下几种情况： ( 1 ) 无机载体上的有机高分子薄膜印迹 在硅胶表面上制备的厚度在5 1 0 n m 的大孔聚合物薄膜，具有类似的 印迹结构。例如，硅胶与3 - ( - - 甲氧硅烷基) 丙基异丁烯酸反应，将异丁烯 酸基团以共价键方式结合在硅胶表面上。硅胶表面要先涂上一层用于印 迹过程的单体混合物，然后辐射引发聚合。用这种方法可以制备具有预 期大小的非溶胀性粒子吸附剂。这些产品特别适用于外消旋物的色谱离 析。 ( 2 ) 硅胶表面修饰的分子印迹 19 4 9 年d i c k e y 用染料甲基橙作为印迹分子，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，而用乙基橙作印迹分子，结果正好相反。 ( 3 ) 固体材料上的无机印迹层 随着d i c k e y 方法的进一步发展，聚硅氧烷的交联层可以在模板分子 存在的条件下在硅胶粒子上生成，这样能利用它们的质点结构。首先使 含有结合基团的功能化硅烷发生缩聚，在模板分子和单体混合物之间获 4 第一章绪论 得明确的附加作用，以期在最终的吸附剂中得到增强的亲和力与选择性。 ( 4 ) 固体材料上的表面改性印迹 在典型的高分子或硅胶印迹中，所获产品的选择性决定于空穴的形状 和它内部功能基团的排列。有人将次甲基双偶氮次冷凝在大孔硅胶的表 面，结果生成了预定的缩聚产物，表面上自由的硅烷醇基团被六甲基二硅 烷基胺阻塞，不能进行非特征性的吸附。将模板洗脱后，在一定尺寸的 距离上留下了两种氨基官能团。 1 1 2 3 生物高分子f 矧 蛋白质和糖等生物高分子也可作为分子印迹聚合物的母体材料。 k e y e s 等将部分变性的蛋白质经模板修饰后制得带有新型酶活性中心的 产物。s h i n k a i 等在亚甲基兰存在下用腈脲酰氯交联水溶性的淀粉，除去 亚甲基兰后得到不溶的产物。w u l f f 等用直链淀粉与有机络合剂制备了直 链淀粉的包络化合物，并用腈脲酰氯进行分子内和分子间的交联，得到 不溶的络合物。k l i b a n o v 在大量外加的功能底物存在下，把溶解在水中 的蛋白质冷冻干燥，然后再用有机溶剂除去模板分子。所得的这些产物 对模板分子都有较高的选择性。 1 1 2 4 有机无机复合材料作为分子印迹新基材 近年来有机无机复合材料由于其优良的化学和物理性质被引入分子 印迹材料的制备领域。陆书来等 3 6 - 4 1 】采用反相悬浮聚合法，以f e 3 0 4 为磁 性组分，以甲基丙烯酸、丙烯酰胺为功能单体，苯乙烯和二乙烯苯为聚 合物母体材料制备了具有磁响应性的分子印迹磁性软湿凝胶复合微球， 研究其磁响应性和吸附选择性。结果表明所制备的复合微球具有一定的 磁响应性，并具有较高的分子识别性能和再生识别性能。 1 1 3 分子印迹制备新方法 迄今为止，分子印迹聚合物的制备方法主要包括：溶液聚合【4 2 1 、分散 聚合 43 1 、沉淀聚合【4 4 1 、种子溶胀悬浮聚合 45 1 、表面模板聚合等。近年来 表面印迹由于其各种优异的性质受到越来越多的关注。概括起来表面印 迹的实现方法如下： 1 1 3 1 表面模板聚合 表面模板聚合法是近年内出现的一种全新的方法。制备过程中，功能 单体与模板分子形成的配合物在反应载体的界面上。交联单体聚合后， 这种配合物结构就印在了聚合物的表面。 u c z u ，y o s h i d a 等 4 6 - 5 2 首先将此法用于分子印迹技术中，其制备过程 第一章绪论 为：首先将含有模板分子的水相w l 与含有交联单体、乳化剂、功能单体 的油相( o ) 混合，经过超声处理形成w i o 乳液，再将该乳液分散在外 部水相( w 2 ) 中形成w i o w 2 复合乳液，然后加入引发剂引发聚合，即 可得到聚合物微球，微球的粒径可控制在1 0 1 0 0 9 m 。制备过程中，功能 单体与模板分子在乳液界面处结合，形成的配合物就留在反应界面上。 交联单体聚合后，这种配合物结构就印在了聚合物的表面。因此，这种 方法被称为表面模板聚合。其最大特点是由于结合位点在聚合物表面， 所以印迹聚合物与模板分子结合的速度比较快。同时，制备过程也是在 水溶液中进行，且制备方法较为简单。 1 1 3 2 表面修饰印迹 通过对粒子表面进行修饰制备分子印迹聚合物材料是一个较好的方 法，这种方法最大的优点是可以利用粒子的机械稳定性，并且可以通过对 粒子本身性能的调节来适应应用的需要。近年来，有人用粒子表面的硅 烷醇与甲基丙烯酸酯进行烷氧硅烷反应【5 3 】，将甲基丙烯酸酯键合至硅胶 粒子上作为印迹聚合的基团，印迹混合物在粒子表面聚合制得分子印迹 材料。 1 2 金属离子印迹 生物识别过程的相互作用研究表明，生物或药物分子与金属离子的结 合具有高度的专一性和温和的结合和断裂条件，在生物识别体系中发挥 着重要作用。金属配合作用既有足够的稳定性，同时配体交换动力学又 相当快，键的强度可以通过实验条件来控制，发生聚合反应时，功能单 体和印迹分子有固定的化学计量比，不需要过量的结合基团，在大多数 情况下，底物与聚合物的再结合常常能满足快速色谱分析的要求。所以， 通过金属配合作用制备的金属离子印迹聚合物具有较高的使用价值。 y o s h i d am 等【5 4 巧6 】以中孔硅胶为基质，使金属离子与功能单体形成配 合物，将配合物用缩合聚合的方式引入到硅胶表面，除去模板金属离子 后，在硅胶或聚合物表面留下可重新结合该金属离子的识别位点。该法 制备的c u 2 + 印迹聚合物结合c u 2 + 的量是z n 2 + 的2 3 倍。p l u n k e t tm 等1 5 7 将硅胶用3 ( 三甲硅氧烷) 基甲基丙烯酸酯活化，使其表面含有可聚合 的乙烯，再将其同金属螯合单体n ( 4 一乙烯基苯甲基) 一亚氨基二乙酸 铜( i i ) 、印迹分子( 咪唑可与金属离子发生螯合作用) 共聚，制得半径 为1 0 9 m 的均匀球形分离介质。 6 第一章绪论 裴广玲【5 8 5 9 1 以m a a 、2 丙烯酰胺2 甲基丙磺酸为功能单体，t r i m 为聚合物母体，n i 2 + 和c u 2 + 为印迹离子，s d b s 为分散剂，利用反相乳液 悬浮聚合法制各离子印迹聚合物微球。研究制备的印迹聚合物微球对模 板离子的吸附行为，如吸附量、吸附动力学、吸附热力学以及对模板离 子的吸附选择等。 1 3 微球表面印迹 目前多数直接聚合得到的分子印迹聚合物均为块状，经研、筛等处理 后方可使用，且产品形状不规则、粒径的单分散性很差，因此所得的m i p 不仅使用麻烦而且效果也不好，这就要求能够直接合成出单分散性较好 的球形分子印迹聚合物，这也是m i p 未来发展的一个重要趋势。 微球表面印迹法是一种比较有前途的印迹方法。该方法制备得到粒径 分布比较均匀的微球，印迹孔穴和位点处于微球表面，有利于模板分子 的传质，在各种领域尤其是色谱分析分析方面有很好的应用前景。微球 表面印迹概括为以下几种制备方法： 1 3 1 载体微球的表面修饰印迹 该法通过在预制的微球上，( 如二氧化硅) 接枝或覆盖模板和功能单 体。功能单体在微球表面上进行预排布，然后加入交联单体，围绕微球 表面形成聚合物层，洗脱模板后，形成与模板在形状和功能上有互补表 面的模板结合孔穴。这些具有窄分布的球形粒子非常适合用于色谱。在 g l a d 等1 6 0 】早期对蛋白质印迹的尝试中，使糖蛋白类转铁蛋白在水溶液中 与硼化硅烷相互作用，然后在硅石粒子表面聚合。由于硼酸酯基团在转 铁蛋白上可与唾液酸产生可逆的相互作用，故硼化酯硅烷围绕着转铁蛋 白的预排布将导致硼酸酯基团合适的定位，从而产生对转铁蛋白专一的 结合孔穴。用转铁蛋白制各的聚硅氧烷覆盖的硅石用于高效液相色谱 ( h p l c ) 系统，在用b s a 作为对比分子时对转铁蛋白表现出一定的选择 性。 1 3 2 微球表面金属配位印迹 另外一种方法是基于金属的配位作用 6 1 】。在金属离子和核糖核酸酶 a 存在下，一个金属螯合单体在甲基丙烯酸酯衍生的二氧化硅粒子上聚 7 第一章绪论 合。核糖核酸酶a ( r n a s ea ) 含有两个表面暴露的组氨酸，与金属离子 进行配位，然后用e d t a 和脲处理去除蛋白质，所得到的二氧化硅粒子 用做h p l c 的固定相。研究表明，在金属离子存在下，r n a s ea 印迹的固 定相对r n a s ea 的亲和力比b s a 印迹的固定相高。相关的研究表明【62 1 ， 在一个络合物中，只有两个金属离子的适当定位也能对互补的蛋白质类、 生物咪唑提供强的结合和高的选择性。但是金属的配位络合只能用于表 面暴露片断含有组氨酸的蛋白质的模板印迹。微球表面印迹技术也被报 道用甲基丙烯酸和丙烯酰胺在二氧化硅粒子上共聚合形成对葡萄糖氧化 酶模板具有印迹识别点的m i p t 6 3 】。 1 3 3 复合聚合物微球表面印迹 陆书来等【6 4 】以丙烯酰胺( a m ) 和n ，n 亚甲基双丙烯酰胺( b i s a m ) 为聚合单体，磁铁矿f e 3 0 4 粒子为磁性组分，乙基纤维素为分散剂，甲苯 为分散介质，采用反相悬浮聚合法先制备磁性软湿凝胶复合微球。然后 以该微球为种子，a m 和b i s a m 为聚合单体( 壳单体) ，采用种子反相悬 浮聚合制备了牛血清白蛋白和溶菌酶分子表面印迹磁性软湿凝胶复合微 球。研究表明该印迹微球比采用单纯反相悬浮聚合制备的印迹物具有更 好的分子识别性能。 庞兴收 6 5 - 6 6 以反相悬浮聚合法制备的高交联度软湿凝胶微球为种子 ( 种球) ，用它作为硬的支撑物，再以丙烯酰胺( a m ) 和n ，n 亚甲基双 丙烯酰胺( b i s a m ) 为壳单体，制备一种“硬核软壳”的印迹凝胶微球， 实现了b s a 和e a b 的凝胶微球表面印迹。在加入相对少量模板蛋白质的 情况下，可以得到与直接包埋法制备的i p g b s 同等的印迹效果。印迹凝 胶微球达到吸附平衡的时间比直接采用反相悬浮聚合法制备的印迹凝胶 微球达吸附平衡的时间要短，并且其再生性能有了很大的改善。 1 4 磷酸盐 磷酸盐广泛存在于自然界中，是各种生物体内不可缺少的新陈代谢物质组 分，磷酸盐也是许多食物的天然成分之一，和生物体物质及自然物质有着天然 的联系和相互作用；同时从材料领域角度来看，磷酸盐更是一种重要的传统材 料和现代材料的组分，因此磷酸盐的研究历来在各个学科中均有重要的意义。 下面对磷酸盐体系进行了简要概述。 磷酸盐可分为正磷酸盐和缩聚磷酸盐，正磷酸盐指正磷酸的各种盐：m 。p 0 、 第一章绪论 m 。h p 0 4 、姗：p o 。( m 为一价金属离子) 。正磷酸盐加热脱水缩合形成缩聚磷酸盐，其通 式为z p 。，式中m 为一价金属离子，n 为磷原子数，当n 值很大时，缩聚磷酸盐 的极限化学式为m p 。0 如。焦磷酸的各种盐称为焦磷酸盐，m , p 。0 ，；三磷酸的各种 盐称为三聚磷酸盐，m 5 p 。0 t o ；分子含有3 个以上的磷原子的缩聚磷酸盐统称为多聚 磷酸盐，其分子中含叶一0 键的数目称为多聚磷酸盐的链长。偏磷酸盐分子式为 ( 肝0 3 ) n ，大体可分环状偏磷酸盐、不溶性偏磷酸盐和偏磷酸盐玻璃体( 这类物 质实际上是链长在1 0 以上的链状多聚磷酸盐及少量的环状偏磷酸盐的混合物) 。 磷是人体所必需的重要的矿物质元素，人体摄入磷的主要来源为天然食物 或食品磷酸盐添加剂，磷酸盐是几乎所有食物的天然成分之一【6 7 石9 1 。磷酸盐 离子交换剂具有良好的交换性能【7 0 。7 3 1 ，被广泛应用于放射性同位素的分离和 回收技术中。磷酸盐作为生化功能材料，尤其是烧结磷酸钙，羟基磷酸钙等被 广泛用作人工骨、人造牙齿、载体材料等【7 4 。8 ，随着近年来生物技术的发展， 磷酸盐生化功能材料的研究得到越来越多的关注。 无机抑菌剂是采用含有抑菌性金属负载在一定载体，通过离子交换、吸附、 合金化或化合而成。这种抑菌剂的抑菌成分为a g + 、c u 2 + 、z n 2 + 等阳2 刊，利用 离子交换、吸附沉淀等方法将金属离子附着在沸石、二氧化钛、陶瓷、磷酸盐、 膨润土等载体上m 1 叫。无机类抑菌剂具有长效性，不产生耐药性等优点，特 别是其突出的耐热性，优异的广谱抑菌性而受到人们关注，其中磷酸复盐抑菌 剂由于其优异的生物相容性具有广泛的应用前景。磷酸钛型载体的晶体结构中 有两种位置可为阳离子所占有，形成连续的三维通道，其中i v l + 离子为l i + 时 占有通道形成l i t i 2 ( p 0 4 ) 3 。晶体具有很强的离子交换能力，并对a f 有很强的 选择性，通过离子交换可以得到载体量很大的a g t i 2 ( p 0 4 ) 3 抑菌剂。由于a 矿 在晶体中具有良好稳定性，a g + 的释放速度缓慢，因此该抑菌剂效果持久。磷 酸锆盐型载体，也是通过离子交换，将a g + 引人到晶体结构中。不同之处在于离 子交换后的固体粉末要在1 2 0 0 下高温处理。其抑菌作用具有广谱性，抑菌机 理为光催化作用。 钙磷系统矿物中应用比较广泛的有磷酸三钙和磷酸钙。磷酸三钙( t c p ) 是 钙磷系统中一个重要的二元化合物，广泛用于制备烧结型生物陶瓷，如人工骨、 牙齿等。t c p 存在b 型( 低温型) 和a 型( 高温型) 两个变体，1 3 - t c p 为六方 晶系的晶体，q t c p 为单斜晶系的晶体。磷酸钙是一种微溶于水的弱碱性磷酸 的钙盐，其晶体化学式为c a 。( p 0 4 ) 。( o h ) 。 磷酸钙盐的合成有各种方法，通常分为两大类：水相合成和高温固相合成。 在水相合成法中包括水解法 t 0 2 , 1 0 4 、酸碱反应法 1 0 a 水热反应法、共沉淀法 z o s 、 溶胶一凝胶法n 咧、气溶胶分解法n 州及最近发展的微乳液法瓣0 1 等。 9 第一章绪论 1 5 海藻酸盐 1 5 1 海藻酸盐概述m n 海藻酸钠是唯一的一种可在室温下溶于水而形成水溶胶的多糖，其线型大 分子链近似于纯聚糖醛酸的分子链。所有的褐藻中都含有海藻酸。海藻酸是褐 藻细胞壁的重要组分，但在所有褐藻中只有很少的几种具有商业价值。在专业 书籍中，用“a l g i n 来称呼海藻酸盐这一族的物质，最普遍的a l g i n 是海藻 酸钠。在大量的应用中，主要是利用了它的增稠、悬浮、乳化、稳定、凝胶化 和成膜性质。 1 5 2 海藻酸盐的结构与特性 海藻酸盐由两种结构单体单元组成，一是b d 甘露糖醛酸残基，另一是q l 古洛塘醛酸残基( 见图1 2 ) 。d 一甘露糖醛酸与l 古洛糖醛酸之比率以及它们 排列的序列，决定了从不同海藻原料提取的海藻酸盐的性质。这两种单体具有 不同的离解常数p k a ，前者的p k a = 3 3 8 ，后者的p k a = 3 6 5 。因此，这两种单体 之比率也决定了海藻酸f l 勺p k a t 2 1 。 在海藻酸的大分子中，单体以嵌段区形式存在，即在某个嵌段区中只有一种 单体而没有另一种单体因而对这两种嵌段区可以称之为m 段( 聚甘露糖醛酸) 或g 段( 聚古洛糖醛酸) ( 图卜3 ) ，但也有两种单体交替存在的嵌段区，或以近似 于交替序列存在，称之为m g 段。海藻酸钠是海藻酸和碱作用所生成的产物，图 1 3 是海藻酸和海藻酸钠的结构式。海藻酸钠分子结构中m 段和g 段的比率决定 了不同类型海藻酸钠的凝冻性能，使凝胶具有一系列的性质而有利于在食品工业 中选择性地使用和调配。m 段、g 段和m g 段在来源于不同海藻的海藻酸钠中的 含量在商业上是至关重要的，因为这可以决定这些产品将可以用于何处。研究发 现。海藻酸盐中g 段含量较高时将得到高凝胶强度，而高m 段含量的海藻酸盐 则给出中等凝胶强度，并具有较强的抗脱水收缩作用。 ad 甘露糖醛酸残基 一甘一甘一甘一甘一甘一甘一甘一甘一甘一甘一甘一( 甘露糖醛酸部分) 1 0 第一章绪论 bl 一古洛糖醛酸残基 一古一古一古一古一古一古一古一古一古一古一古一( 古洛糖醛酸部分) 图1 - 2d 一甘露糖醛酸与l 一古洛糖醛酸 ad 甘露糖醛酸残基bl 一古洛糖醛酸残基 f i g 1 - 2c h e m i c a l 栅c 眦o f d - m a n n u r o n i ca c i da n dl - g u l u r o n i ca c i d ad m a n n u r o n i ca c i d b l g u l u r o r d ca c i d h h g gm m 一甘一甘一古一古一甘一甘一古一古一甘一甘一古一( 交替组成部分) 图1 3 海藻酸的结构组成 f i g1 - 3c o n s t i t u t i o n a lf o r m u l ao fs o d i u ma l g i n a t e o 海藻酸与二价、多价金属离子形成的盐，除了镁盐外，都是不溶的。从原则 上来说，控制这些不溶解的离子的量将可能形成海藻酸凝胶。目前人们海藻酸盐 对钙离子的反应已进行了较为深入的研究( 见图1 - 4 所示的模型) 。为了制取海藻 酸钙凝胶，需要比获得海藻酸钙的纤维状沉淀更严格地控制钙量。从实践中我们 可以看到；在发生凝胶化或沉淀之前，对于含有一定量的海藻酸钠的溶液来说， 随着钙离子结合量的逐渐增加，溶液粘度将上升。 海藻酸钙凝胶的机械强度与凝胶网络的空隙率有直接的依赖关系。海藻酸钠 中g 酸的含量越高，所形成的离子凝胶的模量就越高。针对这一现象，有研究 者做出这样的解释：高g 酸含量的凝胶，因为带有长的g 酸链段和较短的柔性 第一章绪论 链段，形成的是一种刚性、开放而静止的网络；而低g 酸含量的凝胶中柔性段较 长，网络更易于运动，链段间缠结得更厉割1 13 1 。 ， 图卜4 海藻酸钙凝胶化模型 f i g 1 - 4t h em o d e lf o ra l g i n a t eg e l a t i o ni nt h ep r e s e n c eo fc a l c i u mi o n s 除了形成离子凝胶外，海藻酸盐还能在p h 值低于分子链上糖醛酸的p k a 值 时形成酸凝胶。有文献【1 1 4 】表明，在离子交联凝胶中，稳定凝胶的主要因素是分 子链中的g 段，而m 段也支持酸凝