識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物及其制備方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物及其制備方法與應用，該方法包括如下步驟：將多類模板分子和功能單體混合后進行預聚合，再加入表面改性的Fe3O4磁流體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑進行聚合反應，用磁性體收集聚合反應結束后得到的聚合物，洗脫模板分子再用去離子水洗滌后干燥，即得到所述的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物；本發(fā)明能一次性對多類痕量抗生素進行選擇性識別富集及快速簡便的分離，大大節(jié)約成本及時間，有效地提高了效率，在食品、環(huán)境等領域的復雜樣品前處理中具有廣闊的應用前景。
【專利說明】識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物及其制備方法與應用

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物及其制備方法與應用。

【背景技術】
[0002]抗生素殘留超標食品正成為潛移默化危害人體健康的“隱形殺手”，“無意識受害”、“被動受害”、“無奈受害”的現(xiàn)象普遍存在，成為當前我國食品安全現(xiàn)狀中的熱點問題。此外，由于時代的進步，科學技術的發(fā)展，污染物質(zhì)對人體健康影響的研究逐漸深入，國際社會對食品、水標準規(guī)定的項目不斷增多，限制也越來越嚴，抗生素殘留污染分析問題正得到國內(nèi)外的密切關注。由于抗生素種類及數(shù)量繁多，為建立抗生素的檢測標準制造了很大的難度。隨著抗生素應用越來越多樣化、復雜化，對于抗生素殘留檢測已不僅僅局限于單一類別抗生素殘留檢測，單一類別藥物殘留檢測存在耗時耗力、低效率等弊端，目前世界上很多國家都在重點研究多類殘留的同時檢測，因此建立一種簡便可靠的識別富集檢測多類抗生素及其類似物的方法極為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物及其制備方法與應用。
[0004]本發(fā)明所提供的一種識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物的制備方法，包括如下制備步驟:
a.將多類模板分子、有機溶劑、水和功能單體混勻進行預組裝得到預組裝溶液；
b.將Fe3O4磁性納米粒子和油酸混合，震蕩反應得到油酸表面改性的Fe3O4磁流體，繼續(xù)加入交聯(lián)單體混勻；
c.將步驟a得到的預組裝溶液加入步驟b得到的混勻液，間斷超聲，得到預聚合溶液；
d.將分散劑溶于有機溶劑中；
e.將步驟d得到的溶液加入步驟c得到的預聚合溶液，再加入引發(fā)劑混勻，通N2除氧，進行聚合反應，得到聚合物；
f.用磁性體收集步驟e的聚合反應結束后得到的聚合物，用含乙酸的有機溶液洗滌所述聚合物，洗脫模板分子，當洗滌液在紫外檢測下沒有所述模板分子的吸收峰時，再用去離子水洗滌后干燥，即得到所述的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物。
[0005]上述步驟中，F(xiàn)e3O4磁性納米粒子和油酸的質(zhì)量體積比按Ig: l?3mL,多類模板分子間物質(zhì)的摩爾量比為1:0.2飛，模板分子、功能單體、交聯(lián)單體的摩爾量比為1:2^10:10^30, Fe3O4磁流體為交聯(lián)單體質(zhì)量的10?25%，引發(fā)劑與單體的質(zhì)量比為1:6?9，此處所述的單體包括功能單體和交聯(lián)單體，步驟d中分散劑與有機溶劑的質(zhì)量體積比為lg:150?300mL。
[0006]上述步驟中，所述聚合物反應溫度為4(T75°C，震蕩速度為10(T350 r/min ;優(yōu)選反應溫度為55?65°C，反應時間為20?28小時，震蕩速度為200?300 r/min。
[0007]上述步驟中，多類模板分子是四環(huán)素類和喹諾酮類的組合；功能單體是甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、4-乙烯基吡啶或丙烯酸中的一種；交聯(lián)單體是三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一種；分散劑可以是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或羥乙基纖維素中的一種；引發(fā)劑是偶氮二異丁腈。
[0008]本發(fā)明進一步提供了由上述方法制備得到的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物。
[0009]本發(fā)明還提供了所述識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物在吸附鹽酸強力霉素和鹽酸強力霉素的結構類似物與左氧氟沙星與左氧氟沙星結構類似物中的應用；所述鹽酸強力霉素的結構類似物可為四環(huán)素、土霉素，所述左氧氟沙星的結構類似物可為帕珠沙星、環(huán)丙沙星。
[0010]本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物，由于采用多模板，且兼具了磁性納米粒子和分子印跡聚合物的共同特點，在外加磁場的條件作用下，可以直接選擇性識別富集多類待測物，不僅達到快速簡便的分離，而且大大節(jié)約成本及時間，本方法有效地提高了效率，實現(xiàn)一種磁性印跡聚合識別富集多類痕量抗生素，將進一步拓展分子印跡與磁性材料的應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為模板分子的結構式，其中圖1 (a)為鹽酸強力霉素的結構式，圖1 (b)為左氧氟沙星的結構式。
[0012]圖2為磁性分子印跡聚合物(MMIPs)的紅外光譜圖。
[0013]圖3為磁性分子印跡聚合物(MMIPs)的熱重分析圖。
[0014]圖4為麗IPs和麗IPs的動力學吸附、靜態(tài)吸附及選擇性吸附圖。
[0015]圖5為MMIPs和MNIPs的等溫吸附及Scatchard圖。

【具體實施方式】
[0016]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法，實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。其中:
MMIPs:磁性分子印跡聚合物；
MNIPs:磁性非印跡聚合物；
TRIM:三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；
AIBN:偶氮二異丁腈；
PVP:聚乙烯吡咯烷酮。
[0017]本發(fā)明識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物，按下述步驟制備:
a.將多類模板分子、有機溶劑、水和功能單體混勻進行預組裝得到預組裝溶液:將0.025mmol的鹽酸強力霉素(0.012g)與0.025mmol的左氧氟沙星(0.0093g)兩類模板分子、0.5mL水和有機溶劑混合溶液(包括水0.45mL,甲醇0.0297mL,丙酮0.0208mL)、0.2mmol功能單體甲基丙烯酸(0.0172g)混合，用漩渦混勻器混勻lOmin，得到預組裝溶液；
b.將Fe3O4磁性納米粒子和油酸混合，震蕩反應得到油酸表面改性的Fe3O4磁流體，繼續(xù)加入交聯(lián)單體混勻:
①稱量0.02mol FeCl3WH2O (5.41g)和 0.0lmol FeCl2.4H20 (1.99g)于 250mL 三頸瓶中，加入10mL高純水并快速攪拌使其溶解，接著移到水浴鍋中，設定溫度為80°C，使其升溫加熱，快速溶解，當溫度達到80°C時，通入一定量的N2,時間為lh，主要目的是排除三頸瓶中的O2保證Fe3O4的有效合成；
②稱量0.1mol NaOH (4g)于50mL高純水中配成濃度為2mol/L的NaOH溶液，混勻靜置待其完全溶解，當三頸瓶中溫度達到80°C時，快速加入40mL配好的NaOH溶液，待反應結束后，靜置直至分層，棄去上清液，并加入高純水沖洗，如此反復，直到上清液呈中性，磁場分離，靜置陳化后得到Fe3O4磁性納米粒子；
③將0.2mmol (0.05g) Fe3O4磁性納米粒子和0.05mL油酸混合，震蕩lOmin，進行表面改性，得到表面油酸改性的Fe3O4磁性納米粒子；
④在表面油酸改性的Fe3O4磁性納米粒子中加入lmmolTRIM (0.3384g)，混勻；
c.將步驟a得到的預組裝溶液加入步驟b得到的混勻液，間斷性超聲lOmin，得到預聚合溶液；
d.將分散劑溶于有機溶劑中:將0.02g PVP溶于5mL溶劑中(溶劑包括甲醇2.917mL,丙酮2.083mL),輕搖，使PVP完全溶解；
e.將步驟d得到的溶液加入步驟c得到的預聚合溶液，再加入引發(fā)劑AIBN0.05g，用鏇潤混勻器混勻后，通入N2除氧1min,最后密封好,在250r/min恒溫搖床中反應24h,維持在60°C進行聚合反應；
f.用磁鐵收集步驟e的聚合反應結束后得到的聚合物，將聚合物用甲醇和乙酸混合液洗脫(體積比例為9:1)，在25°C水浴恒溫振蕩器中反應8h，反復洗脫，利用磁場分離，用甲醇洗滌，除去乙酸，直到上清液呈中性，且用紫外可見分光光度計檢測不到鹽酸強力霉素和左氧氟沙星的存在，鹽酸強力霉素在紫外-可見吸收光譜的紫外吸收峰為268nm、左氧氟沙星在紫外-可見吸收光譜的紫外吸收峰為296nm，最后用去離子水反復洗滌3飛次，并在60°C下烘干，得到所述的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物。
[0018]下面為了對比本發(fā)明麗IPs的表征和吸附效果，制備了非印跡聚合物，記為MNIPs，制備方法基本與上述方法相同，不同之處在于:在步驟a中的預組裝溶液中不加入模板分子鹽酸強力霉素和左氧氟沙星。
[0019]本實施例制備的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物的表征:
(O紅外光譜分析
圖2為本發(fā)明所制得的麗IPs紅外光譜圖。從圖2中可以看出在588cm-1處存在Fe-O的特征吸收峰，說明Fe3O4已成功包裹進以鹽酸強力霉素和左氧氟沙星為模板的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物。從圖2可以看出以下幾個主要吸收峰:在3440CHT1處存在強而寬的羥羧中的O-H伸縮振動吸收峰；在2970CHT1處存在C-H的伸縮振動吸收峰；在1730CHT1處存在C=O的伸縮吸收峰；在1630CHT1處存在C=C的振動吸收峰；在1460CHT1處存在C-H的彎曲振動吸收峰；在1270cm-1處存在C-O的伸縮振動吸收峰；在1150cm-1處存在C-C伸縮振動吸收峰； (2)熱重分析
如圖3，可以得出麗IPs的熱重曲線(TG曲線)表明了，在升溫的過程中，325°C之前，聚合物的質(zhì)量百分只是平緩的減少，幅度很小，主要是由于有機溶劑和物理上吸附的水分流失形成的。當溫度到達325°C時，聚合物的質(zhì)量百分比急劇下降，表明了熱分解過程開始，此時，聚合物內(nèi)部結構開始因受熱而快速分解，主要是因為有機物開始碳化。當溫度達到6000C以后，聚合物的質(zhì)量百分比幾乎趨于平穩(wěn)狀態(tài)，325°C ^600°C麗IPs失重，其原因是磁性聚合物表面分子印跡聚合物的分解所致。通過熱重分析，可以看出印跡聚合物的耐熱性好。
[0020]本實施例制備的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物的吸附性能研究，印跡磁性聚合物與非印跡磁性聚合物的比較:
(I)動態(tài)吸附的測定:
①鹽酸強力霉素(DC):配制濃度C=0.lmmol/L的溶液a,配制濃度C=0.04mmol/L的溶液b備用；
②左氧氟沙星(LVFX):配制濃度C=0.lmmol/L的溶液C，配制濃度C=0.02mmol/L的溶液d備用。
[0021]分別準確稱取印跡聚合物和非印跡聚合物1mg各20份，分別從溶液b，溶液d中移取5mL至對應的印跡和非印跡聚合物中。設定動力時間為:lOmin, 20min,30min,40min,50min，60min，90min，120min，150min，180min。然后將所有實驗組置于25°C水浴恒溫振蕩器中，調(diào)節(jié)適宜轉速，進行動力學吸附實驗。實驗分為兩大組，其中鹽酸強力霉素20組，左氧氟沙星20組，共40組。
[0022]由圖4 (a)可知，在某一特定濃度下，麗IPs和麗IPs對鹽酸強力霉素和左氧氟沙星的吸附量都是隨著震蕩時間的延伸而變大，MMIPs對鹽酸強力霉素的吸附，在前40min內(nèi)，吸附量上升趨勢較快，在4(T50min時吸附量基本趨于穩(wěn)定，達到了吸附平衡。MMIPs對左氧氟沙星的吸附，在前30min內(nèi)，吸附速度較快，30min后基本趨于穩(wěn)定，達到吸附平衡。
[0023](2)靜態(tài)吸附和選擇性吸附的測定:
①鹽酸強力霉素:從配制濃度c=0.lmmol/L的溶液a,配制濃度為0.02、.06mmol/L的溶液。
[0024]接著分別準確稱取1mg印跡聚合物及非印跡聚合物各9份,共18份。按照對應濃度，分別將配好的一系列溶液移取5mL至聚合物中，然后置于25V水浴恒溫振蕩器中，調(diào)至適宜的轉速，反應時間為12h，進行靜態(tài)吸附實驗。反應后在高速離心機上離心5min，然后取上清液用紫外分光光度計測其吸光度，然后求得各平衡濃度。
[0025]類似物四環(huán)素(TC)選擇性吸附實驗和鹽酸強力霉素靜態(tài)吸附的實驗過程完全一樣，只不過溶液為四環(huán)素溶液。
[0026]②左氧氟沙星:配制濃度C=0.lmmol/L的溶液b，配制濃度為0.θΓθ.018mmol/L的溶液。
[0027]接著分別準確稱取1mg印跡聚合物及非印跡聚合物各9份，共18份。按照對應濃度，分別將配好的一系列溶液移取5mL至聚合物中，然后置于25V水浴恒溫振蕩器中，至適宜的轉速，反應時間為8h，進行靜態(tài)吸附實驗。反應后在高速離心機上離心5min，然后取上清液用紫外分光光度計測其吸光度，然后求得各平衡濃度。
[0028]類似物帕珠沙星(PZFX)選擇性吸附實驗和左氧氟沙星靜態(tài)吸附的實驗過程完全一樣，只不過溶液為帕珠沙星溶液。
[0029]鹽酸強力霉素屬于四環(huán)素類抗生素，因此選擇結構與它類似的四環(huán)素作為模板分子的類似物。左氧氟沙星屬于喹諾酮類抗生素，因此選擇結構與它類似的帕珠沙星作為模板分子的類似物。通過對模板分子作靜態(tài)吸附曲線和對類似物作選擇性吸附曲線來研究合成的聚合物的吸附性能。
[0030]以聚合物靜態(tài)吸附量對溶液濃度作圖，考察該聚合物的吸附性能，且比較了印跡和非印跡分子聚合物的吸附量，以及該聚合物對模板分子類似物吸附量。從圖4 (b)和圖4(c)中可以看出，兩類抗生素合成的印跡聚合物的吸附量都隨著濃度的增大而呈上升趨勢，成正比例關系。而兩類非印跡聚合物的吸附量雖然也有隨著濃度增大而變大，但是不明顯，基本趨于平穩(wěn)狀態(tài)。說明了，合成的印跡聚合物主要為特異性吸附，而非印跡聚合物為非特異性吸附，該聚合物具有高度選擇性。從圖中還可以看出，該印跡聚合物對兩類模板分子及類似物都具有較高吸附量。表明了本發(fā)明中合成的MMIPs已經(jīng)可以對于一系列的喹諾酮類及四環(huán)素類似物進行萃取和處理
(3)圖5 (a)與圖5 (c)為DC和LVFX與麗IPs和麗IPs結合等溫吸附曲線。從圖5(b)與圖5 (d)可知MMIPs對DC和LVFX的Scatchard線不是一條直線，而是兩條線性相關的直線，說明了麗IPs中客體的鍵合點不止一個，而是兩類。麗IPs對于DC的離解平衡常數(shù)(Kd)和最大吸附量(Qmax)分別為 Kd1=0.0364mmol/L,Qmax1=B.985umol/g,Kd2=0.0909mmol/L，Qmax2=Il.945umoI/g;對于LVFX的離解平衡常數(shù)(Kd)和最大吸附量(Qmax)分別為Kd1=0.00488mmol/L, Qmax1=S.203umol/g, Kd2=0.0191 mmol /T,, Qmax2=9.727umol/g。
【權利要求】
1.一種識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物的制備方法，其特征在于:它包括如下制備步驟: a.將多類模板分子、有機溶劑、水和功能單體混勻進行預組裝得到預組裝溶液； b.將Fe3O4磁性納米粒子和油酸混合，震蕩反應得到油酸表面改性的Fe3O4磁流體，繼續(xù)加入交聯(lián)單體混勻； c.將步驟a得到的預組裝溶液加入步驟b得到的混勻液，間斷超聲，得到預聚合溶液； d.將分散劑溶于有機溶劑中； e.將步驟d得到的溶液加入步驟c得到的預聚合溶液，再加入引發(fā)劑混勻，通N2除氧，進行聚合反應，得到聚合物； f.用磁性體收集步驟e的聚合反應結束后得到的聚合物，用含乙酸的有機溶液洗滌所述聚合物，洗脫模板分子，當洗滌液在紫外檢測下沒有所述模板分子的吸收峰時，再用去離子水洗滌后干燥，即得到所述的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物的制備方法，其特征在于:所述的Fe3O4磁性納米粒子和油酸的質(zhì)量體積比按lg:f3mL，多類模板分子間物質(zhì)的摩爾量比為1:0.2飛，模板分子、功能單體、交聯(lián)單體的摩爾量比為1:2?10:10?30，F(xiàn)e3O4磁流體為交聯(lián)單體質(zhì)量的10?25%，引發(fā)劑與單體的質(zhì)量比為1:6?9，此單體包括功能單體和交聯(lián)單體，步驟d中分散劑與溶劑的質(zhì)量體積比為lg:15(T300mL。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物的制備方法，其特征在于:所述聚合物反應溫度為4(T75°C，震蕩速度為10(T350 r/min。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物的制備方法，其特征在于:所述聚合物反應溫度為55飛5°C，反應時間為2(Γ28小時，震蕩速度為200?300 r/min。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物的制備方法，其特征在于:多類模板分子是四環(huán)素類和喹諾酮類的組合；功能單體是甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、4-乙烯基吡啶或丙烯酸中的一種；交聯(lián)單體是三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一種；分散劑可以是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或羥乙基纖維素中的一種；引發(fā)劑是偶氮二異丁腈。
6.權利要求廣5中任一權利要求所述方法制備的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物。
7.根據(jù)權利要求6所述的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物在吸附鹽酸強力霉素與左氧氟沙星中的應用。
8.根據(jù)權利要求6所述的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物在吸附鹽酸強力霉素的結構類似物與左氧氟沙星結構類似物中的應用。
9.根據(jù)權利要求8所述的識別富集多類痕量抗生素的磁性分子印跡聚合物在吸附鹽酸強力霉素的結構類似物與左氧氟沙星結構類似物中的應用，其特征在于:所述鹽酸強力霉素的結構類似物為四環(huán)素、土霉素，所述左氧氟沙星的結構類似物為帕珠沙星、環(huán)丙沙星。
【文檔編號】B01J20/26GK104341562SQ201410583732
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權日:2014年10月28日
【發(fā)明者】廖素蘭, 陳瓊娥, 陳少云 申請人:武夷學院