丙酮醛磁性分子印迹聚合物的制备研究

徐梦丹，侯巧芝，殷金可，赵永芳

(黄河科技学院 医学院，河南 郑州 450063)

丙酮醛又叫甲基乙二醛(methylglyoxal， MG)，是生物体内最主要的活性羰基化合物(reactive carbonyl species，RCS)。它可以由体内代谢产生，也能在食品和饮料的加工中产生并积累[1-2]，具有细胞毒性，在体内引起多种病理变化，如改变蛋白质和DNA的结构和功能，引发羰基应激，诱发氧化应激与细胞凋亡，引起多种机体病变[3-10]，如糖尿病及其并发症、代谢综合征、心血管疾病、神经退行性病变等慢性疾病和癌症。因此，如何安全、有效地捕获和检测体内的MG对维持人体健康非常重要。

基于此，本项目以Fe3O4为载体，以丙酮醛为模板分子，甲基丙烯酸为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂制备丙酮醛磁性分子印迹聚合物，依据该聚合物特异性吸附、易于分离等特点实现丙酮醛专一、快速、简便地检测。

1 实验内容和方法

1.1 主要仪器与试剂

1.1.1 主要仪器

JJ-1型增力电动搅拌器：上海梅香仪器有限公司；DF-101S焦热式恒温加热磁力搅拌器：郑州长盛试验设备器有限公司：TU-1810紫外可见分光光度计：北京普析仪器有限公司；KQ-300V型超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；7230G可见分光光度计：上海菁华科技仪器有限公司。

1.1.2 主要试剂与材料

40%丙酮醛：天津市科密欧化学试剂有限公司；乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)：上海阿拉丁生物科技股份试剂有限公司；α-甲基丙烯酸(MAA)：上海利铂化学技术有限公司；聚乙烯醇：郑州派尼化学试剂厂；硫酸亚铁：天津市大茂化学试剂厂；氯化铁：天津市科密欧化学试剂有限公司；偶氮二异丁腈：天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 磁珠的制备

利用沉淀法将Fe2+和Fe3+在水溶液中按一定比例混合均匀，逐滴加入到碱性溶液，反应一段时间后得到磁性粒子。

1.2.2 Fe3O4颗粒表面修饰

选取聚乙烯醇、原硅酸四乙酯试剂对磁性Fe3O4纳米颗粒进行结构修饰，以防Fe3O4颗粒的团聚。

1.2.3 丙酮醛磁性印迹聚合物合成

取1.2.2制备的Fe3O4适量，加入丙酮醛，甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈利用悬浮聚合法制备丙酮醛磁性分子印迹聚合物(MNIPs)。

另外不加入模板分子丙酮醛，磁性非分子印迹聚合物的制备方法与MMIPs 的制备方法相同。

1.2.4 聚合物中模板分子的去除

将制得的聚合物进行干燥、过筛，得粒径在100～200目之间的颗粒。用甲醇索式提取24 h后，再用甲醇反复洗涤，直至紫外法于318 nm检测不到丙酮醛目标分子，干燥备用。

1.3 扫描电镜

对磁性分子印迹聚合物在加速电压10 kV 条件下进行测试，表征材料的形貌和结构。

1.4 丙酮醛标准曲线的绘制[11]

移取0.8 mL的40%丙酮醛于10 mL容量瓶中并用乙醇溶液定容，配成3.2%丙酮醛溶液，再依次量取适量分别配成2.4%、1.6%、1.2%、0.8%、0.6%、0.4%丙酮醛溶液于318 nm处测吸光度，绘标准曲线。

1.5 丙酮醛磁性分子印迹聚合物的吸附性能

1.5.1 溶剂的选择

分别研究蒸馏水、50%的甲醇水溶液、甲醇、无水乙醇溶剂对1.6%丙酮醛溶液吸附量的影响

1.5.2 丙酮醛吸附浓度的选择

以无水乙醇为溶剂，分别研究3.2%、2.4%、1.6%、1.2%、0.8%、0.4%丙酮醛溶液对吸附的影响。

1.5.3 吸附性能的研究

移取4 mL的40%丙酮醛置于100 mL容量瓶中用乙醇定容，超声震荡混匀，即得1.6%丙酮醛样品溶液。分别量取该样品溶液50 mL于两个小烧杯中，分别加入200 mg的NMIPs进行吸附性能试验。

1.5.4 丙酮醛磁性分子印迹的选择吸附性能

选择与丙酮醛结构类似的丙酮和丙醛作为竞争底物进行选择性吸附试验。条件同1.5.3项。

1.6 吸附量计算公式[12]

根据溶液浓度计算吸附量，计算公式如下：

式中Q为该聚合物对模板分子的吸附量(mmol/g)；C0：原始溶液的浓度(mg/mL)；C：吸附平衡后溶液浓度(mg/mL)；V：溶液体积(mL)；m：分子印迹聚合物质量(g)；M：模板分子的相对分子质量(g/mol)。

2 结果与分析

2.1 丙酮醛磁性分子印迹聚合物的制备

2.1.1 磁珠的制备

在250 mL烧杯中分别加入1.112 g FeSO4·7H2O、2.162 g FeCl3·6H2O和80 mL蒸馏水，充分搅拌，超声溶解均匀，用胶头滴管加入适量浓氨水，调节pH值在10左右，使混合溶液由橙黄色迅速变黑色，超声40 min，水浴锅设定50℃，晶化30 min，得磁性Fe3O4微粒，用无水乙醇和蒸馏水反复交替洗涤，至上清液为中性，pH值=7，用外磁场分离，得到含有Fe3O4悬浮液。

2.1.2 Fe3O4颗粒表面修饰

称取含有100 mg磁性粒子的悬浮液，将其分散在50 mL乙醇-水体积比8∶2混合液中，同时加入25%氨水1 mL，超声10 min后，加入2 mL硅酸四乙酯，再超声10 min。将混合物置于三角瓶中，通氮除氧后密封，30℃水浴震荡反应6 h，得Fe3O4·SiO2。该条件制备的磁珠颗粒均匀，不易团聚。

2.1.3 丙酮醛磁性印迹聚合物合成

(1)在250 mL的三口烧瓶中加入100 mL 2.1.2条件所得的Fe3O4悬浮液和1 %聚乙烯醇溶液，70℃下搅拌15 min。

(2)称取丙酮醛0.55 mL于(1)带塞的锥形瓶中，加入α-MAA 2.53 mL和氯仿8 mL，超声15 min，再加入EGDMA 2.83 mL，AIBN 0.53 g于混合溶液中，超声使其混合均匀，将混合液逐滴加入到Fe3O4悬浮液中，反应6 h。制得MMIPs。

2.2 丙酮醛磁性分子印迹聚合物的表征

利用扫描电镜来表征聚合物的表面形貌。图1为扫描电镜表征的MMIPs 的表面形貌图。图1可以看出该颗粒为规则的圆形，粒径范围为25～100 μm左右。

图1 丙酮醛磁性分子印迹聚合物的扫描电镜

2.3 丙酮醛标准曲线的绘制

图2 丙酮醛标准曲线的绘制

以丙酮醛的吸光度为纵坐标，丙酮醛浓度(mg/mL)为横坐标绘制标准曲线，见图2，回归方程为y=38.487x-0.0008，相关系数r=0.9994。结果表明丙酮醛浓度在1.50% ～ 2.50%范围内线性关系良好。

2.4 丙酮醛磁性分子印迹聚合物的吸附性能

2.4.1 溶剂的选择

分别研究蒸馏水、50%的甲醇水溶液、甲醇、无水乙醇溶剂对1.6%丙酮醛溶液吸附量的影响，结果如图3。由图3可以看出乙醇为溶剂时，吸光度最大，其次是甲醇，水和50%甲醇溶液吸光度最小，并且用无水乙醇作为溶剂，相同时间内吸附量较稳定。因此选择无水乙醇作为溶剂。

图3 不同溶剂对丙酮醛吸附的影响

2.4.2 丙酮醛吸附浓度的选择

图4 丙酮醛溶液对吸附的影响

以无水乙醇为溶剂，分别研究3.2%、2.4%、1.6%、1.2%、0.8%、0.4%丙酮醛溶液对吸附的影响，结果如图4。由图4可知用无水乙醇作为溶剂，丙酮醛溶液浓度为1.6%时最合适。

2.4.3 丙酮醛磁性分子印迹聚合物的吸附性能

图5 MMIPS和NMIPS吸附性能

根据丙酮醛自身性质，本试验在 0～3.5 h 范围内考察了吸附时间对分子印迹吸附效率的影响，得出分子印迹聚合物和非分子印迹聚合物吸附性能比较结果如图5。由图5可知随着吸附时间的增加，分子印迹聚合物和非分子印迹聚合物对丙酮醛的吸附量开始均呈增加的趋势，在0～3.5 h 范围内分子印迹聚合物的吸附量明显大于非分子印迹聚合物。吸附在2.5 h时达到吸附平衡，吸附量为14.43 mmol·g-1。原因是非分子印迹聚合物对丙酮醛的吸附是物理吸附，分子印迹聚合物因内部有很多对丙酮醛的结合位点，因此其对丙酮醛的吸附量明显增大。明显大于非分子印迹聚合物，原因可能是丙酮醛本身是一种合成中间体，随着时间的增加，吸附过程中被氧化，发生聚合。

2.4.4 丙酮醛磁性分子印迹聚合物的选择性吸附性能

研究分子印迹聚合物对丙酮醛、丙酮和丙醛的选择性吸附性能，比较结果如表1。由表1数据结果可知，分子印迹聚合物对丙酮醛的吸附量是丙酮的16倍，是丙醛的11倍。这说明其对丙酮醛具有较好的选择吸附性能。丙酮和丙醛主要是因为非特异性物理吸附，丙酮醛磁性分子印迹聚合物对模板分子的特异性吸附，因此其对模板分子具有选择性的分子识别性能。

表1 分子印迹聚合物对丙酮醛的选择性吸附性能比较

3 结论

利用沉淀法制得磁性Fe3O4微粒。以0.55 mL丙酮醛为模板分子，2.53 mL α-甲基丙烯酸为功能单体和氯仿8 mL，超声15 min，再加入2.83 mL乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，0.53 g偶氮二异丁腈为引发剂，超声混合均匀后逐滴加到磁性Fe3O4悬浮液中，反应6 h。该条件下制备得到的MMIPs颗粒均匀。扫描电镜表明该材料粒径范围为25～100 μm。吸附性能试验试验表明在0～3.5 h 范围内分子印迹聚合物的吸附量明显大于非分子印迹聚合物。吸附在2.5 h时达到吸附平衡，吸附量为14.43 mmol·g-1。结论成功研制出丙酮醛分子印迹聚合物，该聚合物有良好的吸附性能。