表面接枝温敏分子印迹微球制备及药物识别与释放性能研究

许丹丹，颜添辉，贾文仙，周镇槟，何建峰

（广州中医药大学 中药学院，广东 广州 510006）

表面接枝温敏分子印迹微球制备及药物识别与释放性能研究

许丹丹，颜添辉，贾文仙，周镇槟，何建峰

（广州中医药大学 中药学院，广东 广州 510006）

分别以5-氟尿嘧啶（5-Fu）为模板，甲基丙烯酸（MAA）为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）为交联剂，偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，四乙基二硫代秋兰姆（TED）为可逆加成-断裂链转移剂，采用紫外光引发沉淀聚合制备出分子印迹聚合物微球（MIP），再以N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）为表面聚合单体，通过活性/可控聚合方法在微球表面接枝制备具有温敏特性的核壳分子印迹聚合物，并对该聚合物的吸附性能和释放性能进行评价。结果表明，该温敏印迹聚合物微球不仅对模板分子表现出特异性识别性能，而且还具有良好的药物释放性能，能通过温度变化控制药物的释放。

5-氟尿嘧啶；分子印迹微球；活性/可控；温度敏感

分子印迹技术（Molecular Imprinting Technique，MIT）是20世纪90年代发展起来的一种分子识别技术，在手性药物分离﹑固相萃取﹑临床药物分析﹑模拟酶催化﹑仿生传感器等领域得以广泛研究与应用［1-5］，但在药物释放载体方面研究较少。温度敏感水凝胶能够感受外界环境温度的变化，实现凝胶体积的收缩或溶胀，因而在药物控释领域具有较好的应用前景［6］。本研究拟用5-氟尿嘧啶为药物分子，通过分子印迹技术和活性/可控聚合方法，设计并合成了表面具有温度敏感凝胶的核壳分子印迹微球，并对该微球的专一识别特性和药物释放性质进行了探讨。该研究对于开发既具有药物识别又具有温度控制释放的新型药物释放载体具有重要的现实意义。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

5-氟尿嘧啶（5-Fu，分析纯，上海晶纯试剂有限公司）；甲基丙烯酸（MAA，分析纯，天津市永大化学试剂开发中心）；丙烯酰胺（分析纯，天津市福晨化学试剂厂）；N-异丙基丙烯酰胺（NIPA，分析纯，上海物竞化工科技有限公司）；乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA，98%，上海阿拉丁试剂有限公司，使用前经过减压蒸馏以除去阻聚剂）；偶氮二异丁腈（AIBN，化学纯，广州化学试剂厂，使用前重结晶）；四乙基二硫代秋兰姆（TED，分析纯，上海EHSY西域机电系统有限公司）。

XL-30-环境扫描电子显微镜（荷兰FEI公司）；UV-1000紫外分光光度计（上海天美仪器公司）；Avatar 30FT-IR红外光谱仪（美国Thermo Nicnet公司）；紫外灯装置（高压汞灯125 W，浙江正信仪器公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 分子印迹聚合物的制备

称取5-Fu 26.0 mg﹑功能单体MAA83.1 mg﹑交联剂EDMA 906.1 mg﹑活性/可控引发剂TED 100 mg﹑引发剂AIBN 100 mg于100 mL圆底烧瓶中，加入50 mL乙腈使混合物充分溶解，通氮气10 min，密封，将反应容器置于紫外灯下照射48 h。反应结束后，将聚合产物离心，分别用甲醇-醋酸（90∶10，v/v）及甲醇洗涤，制得5-Fu分子印迹聚合微球（MIP）。

空白聚合物（NIP）的制备除了不加模板，其他制备以及处理方法与MIP一样。

1.2.2 温敏分子印迹聚合物的制备

称取MIP微球250 mg，温敏材料NIPA 500 mg，交联剂EDMA 20 mg，活性引发剂TED 10 mg，引发剂AIBN 10 mg于50 mL圆底烧瓶中，加入30 mL乙腈，通氮气5 min，然后密封，在磁力搅拌器下紫外光照射反应24 h。反应结束后，将聚合产物离心，用无水甲醇洗涤，得表面接枝温敏分子印迹聚合物（CTMIP）。

空白聚合物（CTNIP）的制备除了使用NIP代替MIP外，其他制备以及处理方法与CTMIP一样。

1.2.3 聚合物吸附性能

分别称取 MIP﹑NIP﹑CTMIP﹑CTNIP各20 mg于锥形瓶中，分别加入2 mL 的2 mmol/L的5-Fu乙腈溶液，室温下搅拌24 h，然后离心取适量上清液，用0.22 μm滤膜过滤，用紫外-可见分光光度计分析滤液中5-Fu的浓度，并计算出聚合物对模板分子的吸附量Q（μmol/g）。

1.2.4 聚合物释放性能

分别称取50 mg饱和吸附的MIP和CTMIP置于半透膜袋中，密封，将半透膜袋置于锥形瓶中，加入20 mL蒸馏水，置于25 ℃或45 ℃恒温水浴锅中振荡，并在一定的时间取出2 mL释放液，测定其中5-Fu的浓度，并计算出聚合物的释放率p%（释放率等于溶液中5-Fu的释放量与聚合物初始吸附量的百分比）。

2 结果与讨论

2.1 分子印迹微球的制备

5-Fu结构中有两个羰基和两个氮原子，本实验选用带羧基基团的MAA作功能单体与5-Fu充分自组装，利用其羧基和5-Fu分子上的羰基和氮原子以氢键形式形成复合物，然后加入交联剂EDMA﹑引发剂AIBN与TED，在乙腈溶剂中进行沉淀聚合。反应中TED作为可逆加成-断裂链转移（RAFT）试剂，该引发剂能与自由基形成可逆加成-断裂过程，该引发方式所得的聚合物微球表面含有RAFT试剂基团，在紫外光照下，含有RAFT试剂基团的MIP休眠体被激活，C-S键可逆断裂，又可以形成含自由基的MIP，该活性MIP与温敏单体NIPA及EDMA可在引发剂作用下引发聚合，在MIP表面形成一层温敏层。图1为表面接枝温敏分子印迹微球的制备示意图。

图1 表面接枝温敏分子印迹微球的制备

2.2 表面接枝温敏分子印迹聚合物表征

2.2.1 红外光谱

图2为MIP和CTMIP的红外光谱图，MIP红外图谱中3 438.08 cm-1为MAA的-OH伸缩振动吸收峰，2 974.05 cm-1为CH3伸缩振动；1 731.56 cm-1，1 387.11 cm-1分别为EDMA的C=O﹑C-O伸缩振动吸收峰；CTMIP在1 652.77 cm-1出现一个新的吸收峰，其为NIPA的C=O伸缩振动吸收峰，由此可知NIPA已成功地嫁接到MIP表面。

图2 MIP （a）和CTMIP （b）的红外光谱图

2.2.2 扫描电镜

图3为MIP和CTMIP的扫描电镜。由图3可知，通过RAFT自由基聚合法得到的MIP和CTMIP微球不仅表面洁净，而且呈良好球形，MIP（a）和CTMIP（b）微球的平均粒径分别是1.428 μm和1.785 μm，CTMIP微球的平均粒径略大于MIP，原因是CTMIP在其外表面接枝温敏材料，形成了外层温敏膜，增加了整个分子印迹聚合物的粒径。

图3 MIP（a）和CTMIP（b）微球的扫描电镜图

2.3 分子印迹聚合物对底物的识别特性

选择5-Fu和茶碱为底物，探讨了CTMIP/CTNIP与MIP/NIP对模板分子的吸附选择性，结果列于表。由表1数据可知，MIP与CTMIP对模板分子的吸附量高于相应的NIP，这说明通过分子印迹技术，在聚合物中得到了许多与模板分子形状匹配﹑官能团结构互补的分子印迹孔穴，这些孔穴对模板分子5-Fu具有专一识别能力。MIP与CTMIP对茶碱的吸附量与相应空白聚合物较为接近，这是因为茶碱虽然在结构上也含羰基与氨基，但它的分子形状大小与印迹聚合物中5-Fu模板留下的孔穴形状不匹配，故它不能进入聚合物孔穴中，因此印迹聚合物与空白聚合物类似，对之只能表现出很少的非选择性吸附。选择性实验结果表明该印迹聚合物对模板分子具有良好的识别能力和选择性。

表1 CTMIP/CTNIP与MIP/NIP对底物的吸附量Q/ （μmol/g）

2.4 温敏分子印迹聚合物释放动力学研究

图4为MIP和CTMIP在25 ℃及45 ℃两种温度下的动力学释放行为。由图4可知，MIP在45 ℃的5-Fu释放率明显高于25 ℃的释放率，这是因为随着温度升高，5-Fu与分子印迹孔穴功能基团之间形成的氢键作用力降低，使得释放升高。而CTMIP表现出与MIP相反的药物释放行为，其在45 ℃的5-Fu释放率明显低于25 ℃的释放率。这是因为CTMIP表面接上了一层温敏材料-聚N-异丙基丙烯酰胺，该材料的相变温度在32 ℃附近，当溶液温度为25 ℃，低于聚合物的相变温度，此时外层温敏网络溶胀，水分子容易渗透进入CTMIP内，导致模板分子与聚合物氢键等作用力下降，使药物分子释放加快；而当溶液温度为45 ℃，高于聚合物的相变温度，此时印迹聚合物表面温敏层收缩，阻碍了水分子和药物分子穿过外层温敏膜，从而使药物释放减少。药物释放实验结果进一步表明了CTMIP表面成功接枝了温敏聚合层，该温敏层对温度具有敏感特性，可以实现通过温度的变化来控制药物释放。

图4 MIP和CTMIP在25 ℃及45 ℃下的动力学释放

3 结论

本研究以5-Fu为模板，MAA为功能单体，EDMA为交联剂，AIBN为引发剂，TED为可逆加成-断裂链转移剂，乙腈为致孔剂，采用紫外光引发沉淀聚合制备出MIP微球，再通过活性/可控聚合方法在微球表面接枝N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）温度敏感单体制备出具有温敏特性的核壳分子印迹聚合物。并且研究结果表明，该温敏分子印迹聚合物不仅对模板分子具有特异识别性能，而且对温度具有敏感特性，可以通过温度变化控制药物释放，因此在药物控释载体领域具有良好的应用前景。

［1］ HU X G，HU Y L，LI G K. Development of novel molecularly imprinted solid-phase microextraction fiber and its application for the determination of triazines in complicated samples coupled with high-performance liquid chromatography ［J］. J.Chromatogr. A，2007，1147（1）： 1-9.

［2］ 王颖，李楠. 分子印迹技术及其应用［J］. 化工进展，2010，12（29）： 2315-2323.

［3］ 李普庆. 分子印迹膜的制备及应用进展［J］. 合成技术及应用，2015，30（3）： 21-25.

［4］ 丁鹏，李宗周，汪庆，等. 分子印迹技术在传感领域中的研究及应用进展［J］. 化学世界，2011，52（3）：178-183.

［5］ LI P，YUAN C W. Surface plasmon resonance studies on molecular imprinting［J］. Sensors，2002，2（1）：35-40.

［6］ HIDETOSHI G，HAO O Z，EIJI Y. Chiral Stimuli–Responsive Gel： Helicity Induction in Poly（phenylacetylene）Gels Bearing a Carboxyl Group with Chiral Amines［J］. J.Am. Chem. Soc，2003，125（9）： 2516-2523.

The Preparation，Drug Recognition and Release Property of Surface Grafting Temperature Sensitive Molecularly Imprinted Microspheres

XU Dandan，YAN Tianhui，JIA Wenxian，ZHOU Zhenbin，HE Jianfeng
（School of Chinese Meterla Medica，Guangzhou University of Chinese Medicine，Guangzhou Guangdong 510006，China）

The molecularly imprinted microspheres were prepared by utilizing 5-fluorouracil（5-Fu） as template，methacrylic acid（MAA） as functional monomer，ethylene glycol dimethacrylate（EDMA） as crosslinker，2，2'-Azobis-isobutyronitrile（AIBN） as initiator，tetraethylthiuram disufide（TED） as reversible addition - fracture chain transfer agent via a precipitation polymerization under UV irradiation. The core-shell molecularly imprinted polymers were further prepared by surface grafting on the microspheres using N-isopropyl acrylamide（NIPA） as surface polymerization monomer through living/controlled method. And the adsorption property and release property were evaluated. The results showed that the temperature sensitive imprinted polymer not only has specificity recognition ability for the template，but also has good release property，and it can control the drug release by varing temperature.

5-fluorouracil；molecular imprinted microspheres；living/controlled；temperature-sensitive

R917

A

1672-6138（2017）04-0009-04

10.3969/j.issn.1672-6138.2017.04.003

2017-06-13

广东高校优秀青年创新人才培养项目（K5090006）。

许丹丹（1991—），女，安徽宿州人，硕士研究生，研究方向：高分子功能材料。

曹娜］