AFB1-GO@Fe3O4@SiO2 分子印迹聚合物的制备及性能研究

钱淳豪 张 洁 吕 萍 黄斌斌 张 甜 杨晓钰 张蕙茜 盛建国

（江苏科技大学粮食学院，江苏镇江 212100）

石墨烯（Graphene，G）具有特殊的电子、机械、热能以及光电子特性，是一种单原子单层原子经过sp2 杂化、由碳原子紧密包装在蜂窝晶格中的平面薄板[1]。石墨烯具有优异的物理、化学和结构特性，因其特殊的能带结构而具有独特的电子性质[2]，是世上最薄、最坚硬的材料，也被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本组成单元[3]。因为石墨烯是平面网状结构，间隙有利于吸附原子，表面较多的皱褶增加了它的比表面积，因此石墨烯有较强的吸附能力[4]。

氧化石墨烯（Graphene oxide，GO）是石墨烯的衍生物，它的结构和石墨烯类似，并且含氧官能团占比丰富，是一种高吸附性的多孔材料[5]。氧化石墨烯含有羧基（- COOH）、羟基（- OH）和含氧基团，其中含氧基团和- OH 位于氧化石墨烯的表面，- COOH位于氧化石墨烯的边缘处。氧化石墨烯有很好的亲水性和水通量，又因为表面有大量的基团，因此它是一种良好的用于制备分子印迹聚合物的载体，模板分子/ 假模板分子、功能单体、交联剂、引发剂在氧化石墨烯表面聚合形成分子印迹聚合物[6]。

本文通过在GO 表面接上Fe3O4，再在GO@Fe3O4表 面 包 裹SiO2， 得 到GO@ Fe3O4@SiO2后，以GO@Fe3O4@SiO2为改性磁性粒子、5，7- 二甲氧基香豆素（DMC）为假模板分子，使用表面分子印迹法合成AFB1- GO@Fe3O4@SiO2分子印迹聚合物（AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs）和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2非分子印迹聚合物（AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs）。通过透射电镜、傅里叶变换红外光谱、振动样品磁强计对其进行表征[7-9]，对实际样品中黄曲霉毒素B1（AFB1）浓度进行检测和开展加标回收实验。

1 实验材料与方法

1.1 实验仪器

Tecnai 12 透射电子显微镜，Philips Company，Holland；670- IR+610- IR 傅里叶变换红外光谱仪，Agilent Company，USA；7404 型振动样品磁强计，美国LakeShore 公司；DF- 101S 集热式恒温加热磁力搅拌器，上海力辰邦西仪器科技有限公司；FD- 100荧光定量免疫分析仪，上海飞测生物科技有限公司。

1.2 实验试剂

丙烯酰胺，化学纯，上海润捷化学试剂有限公司；乙二醇二甲基丙烯酸酯，分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；5，7- 二甲基氧香豆素，分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；六水合三氯化铁；分析纯，江苏强盛功能化学股份有限公司；正硅酸乙酯，分析纯江苏强盛功能化学股份有限公司；黄曲霉毒素B1，纯品，北京百奥莱博科技有限公司；氮气，江苏强盛功能化学股份有限公司。

1.3 制备材料

（1）制备GO@Fe3O4

称取40.000 mg 氧化石墨烯（GO）加入36 mL 乙二醇中，超声分散2 h 至GO 完全溶解。向上述溶液中依次加入0.205 g 六水合三氯化铁（FeCl3·6H2O），1.800 g 无水乙酸钠，0.800 g 聚乙二醇- 4000，室温下以800 r/min 的速率磁力搅拌2 h 至完全溶解，转入50 mL 高压反应釜中，放入200 ℃烘箱中，恒温反应10 h，自然冷却至室温，将混合溶液转移至烧杯，通过磁铁收集溶液中的磁性聚合物，并用超纯水清洗6 次以上，60 ℃真空干燥24 h，得到GO@Fe3O4。

（2）制备GO@Fe3O4@SiO2

称取500 mg GO@Fe3O4分散于49.5 mL 无水乙醇中，在冰水浴控温下加入6.3 mL 超纯水和2.2 mL正硅酸乙酯。在700 r/min 转速下磁力搅拌10 min，再逐滴加入2.0 mL 浓氨水，继续搅拌反应12 h。将混合物在外磁场下分离，用无水乙醇洗涤3 次，于60 ℃真空干燥12 h，即得GO@Fe3O4@SiO2。

（3）制备AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs

称取0.206 g（1 mmol）5，7- 二甲氧基香豆素，加入0.284 g（4 mmol）丙烯酰胺和120 mL 乙腈，超声混合均匀后静置6 h，进行预聚合。

接着加入GO@Fe3O4@SiO20.500g、乙二醇二甲基丙烯酸酯3.964g（20 mmol）和0.05g2，2- 偶氮二异丁腈，充N2排O215 min，置于60℃油浴中磁力搅拌24 h。产物用磁铁分离，弃去上清液。用V（甲醇）∶V（乙酸）=9∶1 的混合液130 ℃索氏抽提72 h，抽提完成后用超纯水洗涤至中性，于60 ℃真空干燥24 h，得到AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs。

作为对照制备AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs，除了不加模板分子5，7- 二甲氧基香豆素，其余过程同上[10]。

1.4 表征产物

用透射电镜对GO@Fe3O4@SiO2、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs形貌和结构进行表征。用傅里叶变换红外光谱仪对GO@Fe3O4@SiO2、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 进行表征。用振动样品磁强计对GO@@Fe3O4@SiO2、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 磁性能进行研究。

1.5 动力学吸附实验

AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 动力学吸附实验：称取4 mg AFB1AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 置于2 mL 离心管中，加入1.5 mL 的50 mg/L 5，7- 二甲氧基香豆素甲醇标准溶液，在室温下分别振荡10、20、30、40、50、60、80 min，磁分离。准确移取400 μL 上清液用甲醇稀释至4 mL，用紫外- 可见分光光度计（λ=327 nm） 测定5，7- 二甲氧基香豆素的吸光度值，根据标准曲线计算5，7- 二甲氧基香豆素的浓度，最后计算吸附容量和印迹因子[11]。

AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 动力学吸附空白实验：称取4 mg AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 置于2 mL 离心管中，加入1.5 mL 甲醇溶液，在室温下分别振荡10、20、30、40、50、60、80 min，磁分离。准确移取400 μL 上清液用甲醇稀释至4 mL，用紫外-可见分光光度计（λ=327 nm）测定吸光度值[12]。

AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 的动力学吸附实验和动力学吸附空白实验方法同上。

1.6 实际样品的检测

选择几种具有代表性的物质进行检测，例如玉米、花生、猪饲料，检测实际样品中黄曲霉毒素B1的浓度并进行加标回收实验，样品处理使用参考文献[13]的方法。

分别称取玉米、花生样品25.0 g，粉碎过筛（80目） 后放入250 mL 锥形瓶中，加入V（甲醇）∶V（水）=70∶30 溶液125 mL，超声振荡提取30 min，用定性试纸过滤收集滤液，取提取物15 mL，加纯水30 mL，混匀，取3 mL 作为样品提取液。称取0.04 g AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs，加入3 mL 样品提取液和适量甲醇，超声2 min，磁分离后加入超纯水活化2 min，磁分离，加入稀释后的提取液，震荡60 min后磁分离，使用荧光定量免疫分析仪检测上清液中黄曲霉毒素B1浓度[14]。

2 实验结果与讨论

2.1 形貌分析

对GO @Fe3O4@SiO2、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 进 行 透 射 电 镜（TEM） 表 征。 图1 是 在 不 同 放 大 倍 数 下GO@Fe3O4@SiO2的TEM图。图1（a）为100nm 放大倍数，图（b）图为200nm 放大倍数。Fe3O4为表征图中的深色部分，SiO2和GO 为表征图中的浅色部分，SiO2包被在Fe3O4表面形成Fe3O4@SiO2，之后复合物均匀分散在GO 表面。GO@Fe3O4@SiO2有轻微的团聚现象，因为Fe3O4是一种磁性材料，其偶极矩作用造成材料团聚。

图1 GO@Fe3O4@SiO2 的TEM 图

图2 是AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs （a）和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs（b）的TEM图。图2（a）是AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 表征图，从图中可以看出，表征物边缘处呈现絮状，外表粗糙，而GO@Fe3O4@SiO2 外表呈现光滑状态，表明AFB1-GO@Fe3O4@SiO2MIPs 成功合成。AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 有团聚现象，这是由于磁性材料的偶极矩作用导致的。图2（b）是AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 表征图，和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 类似，表明AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 成功合成。

2.2 傅里叶变换红外光谱分析

使用傅里叶变换红外光谱（FT- IR） 仪对GO@Fe3O4@SiO2、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs、AFB1-GO @Fe3O4@SiO2NIPs 进 行 分 析。 图3 是GO@Fe3O4@SiO2（a）、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2 MIPs（b）、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs（c）的FT- IR 图。傅里叶红外光谱检测的是物质表面官能团的组成，因为Fe3O4被包裹在内层，所以GO@Fe3O4@SiO2、AFB1- GO @Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 三者都没有得到Fe 特征峰。图3 中GO@Fe3O4@SiO2在981.33 cm-1处出现Si- O- Si 特征吸收峰， 说明SiO2成功包裹在Fe3O4表面；在1265.22 cm-1出现C- O- C 伸缩振动峰、1667.26 cm-1出现C=O 伸缩振动峰、3709.72 cm-1出现- OH 不对称伸缩振动峰和弯曲振动吸收峰，说明GO 成功合成。图3 中AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 在1000.89 cm-1处出现Si- O- Si 特征吸收峰，说明SiO2成功包裹在Fe3O4表面；在1772.43 cm-1出现C=O 伸缩振动峰、3704.13 cm-1出现- OH 不对称伸缩振动峰和弯曲振动吸收峰，说明GO 成功合成；在1412.25 cm-1处出现丙烯酰胺C- N 的吸收振动峰，说明分子印迹聚合物中的单体成功与交联剂结合，进一步说明AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 成功合成。图3 中AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 的光谱图类似，说明AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 成功合成，并且两者都没有出现5，7- 二甲氧基香豆素的特征吸收峰，说明模板分子已经被洗脱干净。

图3 不同样品的FT-IR 图

2.3 磁性能分析

利用振动样品磁强计对GO @Fe3O4@SiO2、AFB1- GO @Fe3O4@SiO2MIPs 、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 的磁性能进行分析。图4 是GO@Fe3O4@SiO2（a）、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs（b）、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs（c）的磁滞回线测定结果（磁场范围：±20000 Oe）。根据图4 可以看出三组样品的磁场强度都不是很高，其中GO@Fe3O4@SiO2的磁响应能力相较于其他两者来说较强，最大比饱和磁强度为19.05 emu/g，当Fe3O4表面包覆SiO2和GO 后，由于非磁性材料的屏蔽效应，导致样品饱和磁化强度下降。AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 磁最大比饱和磁强度分别为5.10 emu/g、9.19 emu/g，说明包覆分子印迹聚合物的改性Fe3O4磁强度进一步减弱。三种材料的剩余磁强度和矫顽力都接近于0，表现为超顺磁性。

图4 不同样品的磁滞回线

表1 吸附时间对吸附效果的影响

2.4 动力学吸附实验结果研究

为了验证AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 的吸附能力随着吸附时间增加所产生的变化，在一定的室温下，将一定的5，7- 二甲氧基香豆素溶液加入到一定量聚合物中，按照时间梯度震荡后离心分离，在λ=327 nm 下测定上清液中的吸光度。以吸附时间（min）为横坐标，吸附容量Q（mg/g）为纵坐标做动力学吸附平衡容量曲线，结果如图5 所示。

图5 动力学吸附平衡容量曲线

绘制5，7- 二甲氧基香豆素紫外吸收标准曲线。根据紫外- 分光光度法测定不同浓度下5，7-二甲氧基香豆素的吸光度值，以5，7- 二甲氧基香豆素浓度（mg/L）为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制5,7- 二甲氧基香豆素标准曲线[15]。结果显示，R2=0.9997，线性回归方程为y=0.0723x- 0.013。

据图5 可知，随着5，7- 二甲氧基香豆素吸附时间上升，AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1-GO@Fe3O4@SiO2NIPs 的吸附容量呈现上升趋势，当吸附时间到达60 min 的时候基本达到吸附平衡状态，印迹因子K=1.35，AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs的吸附效果优于AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs，进一步说明AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 具有5，7- 二甲氧基香豆素的特异性识别位点。 结合图6 的5，7- 二甲氧基香豆素紫外吸收标准曲线图，当5，7- 二甲氧基香豆素浓度为50 mg/L，吸附时间为60 min 时，有较好的的吸附效率和分子印迹材料特异性。

图6 5，7-二甲氧基香豆素紫外吸收标准曲线图

2.5 实际样品检测结果

根据1.1.5 的方法对花生、玉米和猪饲料进行处理，并检测其中的黄曲霉毒素B1 的含量，检测结果如表2 所示。

表2 实际样品中黄曲霉毒素B1 含量

由表2 可知，使用AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs对样品进行浓缩后，玉米、花生和猪饲料中检测出黄曲霉毒素B1的含量分别是0.19 μg/kg、0.14 μg/kg、0.52 μg/kg，它们都没有超过国标限量。

2.6 实际样品加标回收实验

对实际样品进行加标回收实验，玉米和猪饲料中黄曲霉毒素B1 的添加量分别为5 μg/kg、10 μg/kg、20 μg/kg，花生中的添加量为5 μg/kg、10 μg/kg、15 μg/kg，根据2.4 所示方法平行测定三次，结果如表3 所示。

表3 样品中黄曲霉毒素B1 的含量加标回收率

由表3 可知，在添加三种黄曲霉毒素B1 后，使用AFB1- Fe3O4@SiO2MIPs 对样品进行富集浓缩，所得黄曲霉毒素B1加标回收率为50.55 %～107.00 %，相对标准偏差为3.1 %～7.3 %。

3 结论

本文基于表面分子印迹法合成AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs，对其进行表征， 进行AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 的动力学吸附实验与静态吸附实验确定吸附甲醇中5，7- 二甲氧基香豆素最佳吸附浓度和吸附时间，并对实际样品中AFB1 浓度进行检测和开展加标回收实验。结果表明，当5，7- 二甲氧基香豆素浓度为50 mg/L，吸附时间为60 min 时，有较好的的吸附效率和分子印迹材料特异性。AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 对黄曲霉毒素B1（AFB1）的加标回收率为50.55 %～107.00 %，相对标准偏差为3.1 %～7.3 %。