粒径狭窄分布分子印迹微球的制备
2018-07-27苏成英
陈 强，王 佳，苏成英
（新疆天业（集团）有限公司，新疆 石河子 832000）
分子印迹技术（MolecularlyImprintingTechnique，MIT）是一种对印迹分子具有构效预定性和特异识别性的聚合物制备技术。具体来说，分子印迹技术是以某种化合物为模板，将其溶解在适当的溶剂（致孔剂）中，将模板分子与一定数目的功能单体分子混合，功能单体上有能与模板分子产生相互作用的功能基团，通过共价或非共价相互作用形成单体模板分子复合物，之后选择适当的交联剂和引发剂，在一定条件下引发聚合，使模板分子和功能单体形成的复合体系被固定在聚合物的三维网状结构中，进而使功能单体上的功能基团在空间排列和空间定向上固定下来，然后通过一定的方法将模板分子从所得的高聚物中除去，从而获得与模板分子在空间结构上相匹配的三维空穴高聚物。作为一种制备具有亲和性和选择性高、稳定性好的分子印迹聚合物的技术，分子印迹以其简便、通用和高效等特点吸引了研究者的广泛兴趣。在分离提纯[1～3]、免疫分析[4]、仿生传感[5]、临床药物分析[6]、酶模拟[7]、膜分离[8]等领域得到日益广泛的研究和应用，展示了诱人的应用前景[9～12]。
随着分子印迹技术的不断发展，越来越多的制备技术被科研工作者研发采用，其中技术比较成熟，应用最为广泛的主要有本体聚合法、水溶液悬浮聚合法[13]、沉淀聚合法、表面模板聚合法、表面印迹法[14]、原位聚合法等。本文主要就本体聚合法中的光引发聚合做重点介绍。
本体聚合方法是一种制备分子印迹聚合物（MIP）常用的且易于操作的方法。其制备过程主要如下，首先使模板分子和功能单体按适当比例溶解在惰性溶剂（致孔剂，通常是氯仿和甲苯）中，在适当温度下进行预聚合，使模板分子与功能单体形成比较稳定的复合物，之后加入交联剂和引发剂，通过超声脱气再通氮气除去氧气后，经热引发或紫外光照射引发聚合得到块状聚合物。块状聚合物经粉碎、研磨和筛分后得到适当粒径的聚合物，洗脱除去模板分子并在室温下经真空干燥后得到分子印迹聚合物。
本文研究内容主要是BPA分子印迹聚合物的制备、洗脱及表征。以BPA为模板分子，利用新的致孔剂（正己烷和甲苯），通过改变致孔剂的比例以及模板分子与功能单体制备分子印迹聚合物。用适当的洗脱液对聚合物进行洗脱除去模板分子。通过运用红外、扫描电镜等分析检测手段对其进行表征，确定较佳的制备工艺条件，并对其吸附性能进行了研究。
1 实验部分
1.1 实验试剂与仪器
实验试剂与仪器分别见表1、表2。
表1 实验所用试剂
表2 实验所用仪器
1.2 分子印迹聚合物的制备
1.2.1 分子印迹聚合物的制备
（1）光引发聚合
将1 mmol模板分子BPA和12 mmol功能单体和适当致孔剂混合后，再分别加入24 mmol EGDMA以及40 mg AIBN。之后将该混合液超声脱气5 min，同时通氮气10min除氧，然后密封，在波长λ=365 nm的紫外线下照射24 h后，混合液开始变粘稠，之后浑浊，有白色絮状物质生成，最后形成白色物质。
空白印迹聚合物（NIP）除未加模板分子外，制备方法同上。
（2）模板分子的洗脱
将制备的MIP倒入离心管，再加入氯仿离心，离心后取上层浮物用滤纸包好，放入索氏提取器提取24 h，提取液采用无水甲醇和冰乙酸，体积比为9∶1。使用紫外分光光度计，在λ=279 nm下通过紫外检测，以确定模板是否去除干净。
1.2.2 致孔剂不同配比对印迹聚合物的影响
改变致孔剂正己烷和甲苯的比例，分别采用比例为 4∶1、3∶2、2∶3、1∶4，其他条件不变。
1.2.3 不同温度对印迹聚合物的影响
改变分子印迹聚合物制备时的温度，分别在20℃、25℃时进行反应，其他条件不变。
1.2.4 功能单体对印迹聚合物的影晌
改变分子印迹聚合物制备时功能单体的种类，分别采用甲基丙烯酸（MAA）、2－乙烯基吡啶（2－VP）作为功能单体，其他条件不变。
1.3 分子印迹聚合物的表征
1.3.1 扫描电镜分析（SEM）
使用热场发射扫描电镜（卡尔·蔡司公司，德国）观测分子印迹微球的形貌。
1.3.2 动态光散射分析
使用纳米粒度仪（马尔文公司，英国）测定分子印迹微球的粒径分布及大小。
1.4 分子印迹微球吸附实验
1.4.1 标准曲线的绘制
称取适量的模板分子溶解在乙腈中，用紫外分光光度计扫描确定最大吸收波长。在之后的测试中，选用其对应的最大吸收波长。
标准溶液的配制：称取500 mg BPA，用乙腈定容至500 mL。
标准曲线的绘制：取少量BPA溶液稀释后，在紫外分光光度计上扫描BPA在不同波长下的吸光度，通过紫外扫描测量其最大紫外吸收波长在λ=279 nm，然后在波长λ=279 nm下测BPA浓度分别为 10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L时的吸光度，并根据测定数据绘制浓度－吸光度标准曲线。
1.4.2 静态吸附测试
将40mg的印迹聚合物装入50 mL锥形瓶中，分别加入浓度为 10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L的乙腈溶液10 mL。然后将锥形瓶放置到振动筛，并在室温下机械地摇动16 h。待振荡结束，将悬浮物以10000 r/min离心10 min。然后取上清液使用紫外分光光度计（安捷伦科技有限公司，美国），在λ=279 nm下测定。
2 结果与讨论
2.1 分子印迹微球制备单因素实验结果
2.1.1 致孔剂不同配比对印迹聚合物的影响见表3根据实验制备出的印迹聚合物可以发现，利用正己烷和甲苯为致孔剂且比例为4∶1制备出的印迹聚合物无需研磨筛分且粒径比较均一。
表3 致孔剂的不同配比
2.1.2 不同聚合温度的影响
聚合温度对于制备高选择性的分子印迹聚合物具有至关重要的影响。分别在20℃和25℃中进行实验。实验表明，20℃时形貌规整为球形，25℃时粒径较小，但形状不规则。
2.1.3 不同功能单体的影响
分别采用2－乙烯基吡啶（2－VP）和甲基丙烯酸（MAA）作为功能单体，聚合方式采用光引发聚合，进行单因素实验。结果见表4。
表4 不同功能单体对分散系数的影响
2.2 分子印迹聚合物微球的表征
MAA的SEM图见图1，2－VP的SEM图见图2。
图1 MAA的SEM图
根据SEM可以看出以2－乙烯基吡啶（2－VP）为功能单体制备的分子印迹微球比以甲基丙烯酸（MAA）为功能单体做出的分子印迹微球球形更明显，效果更好。
图2 2－VP的SEM图
2.3 分子印迹聚合物的吸附性能研究
2.3.1 标准曲线的绘制
在λ=279 nm波长处测定浓度分别为10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L 及 60 mg/L 的BPA乙腈溶液的吸光度。得出BPA在乙腈中的标准曲线见图3。
图3 BPA标准曲线
2.3.2 静态吸附测试
（1）2－VP的最终浓度Cf和吸附能力B的关系曲线见图4。
图4 Cf－B关系曲线（MAA）
（2）MAA的最终浓度Cf和吸附能力B的关系曲线见图5。
图5 Cf－B关系曲线（2－VP）
最终得到关于不同功能单体的分离因子I见表5。
表5 不同功能单体的分离因子I
实验结果表明，当致孔剂正己烷和甲苯的比例为4∶1，以2－VP为功能单体时，制备的分子印迹微球的吸附性能最好。
3 结论
利用正己烷和甲苯为致孔剂且比例为4∶1制备出的印迹聚合物，无需研磨筛分且粒径比较均一；以2－乙烯基吡啶（2－VP）为功能单体制备的分子印迹微球比以甲基丙烯酸（MAA）为功能单体做出的分子印迹微球球形更明显，吸附效果更好；采用与传统致孔剂氯仿和甲苯不同的新型致孔剂正己烷和甲苯，减少了溶剂和致孔剂的用量，制备出了分散系数较小、粒径可控的印迹聚合物。
