氯霉素分子印迹聚合物的制备及相关应用

摘要

氯霉素（Chloramphenicol;CAP）是一种抑菌效果显著的酰胺醇类广谱抗生素;曾被广泛应用于畜牧和水产养殖业。但氯霉素毒副作用大;长期摄入不仅会导致机体产生抗药性;而且还会诱发人类的再生障碍性贫血、粒细胞缺乏症及灰婴综合征等疾病。因此;尽管各个国家对 CAP 在动物源性食品的可食组织中的残留作了严格规定;但因其应用范围广、价格低和抗菌稳定;养殖业中仍存在违法使用CAP的现象。 分子印迹技术也称分子模板技术;是指制备对某一特定印迹分子具有特异选择性的聚合物的过程。由于其具有良好的构效预定性、特异选择性和广泛适用性;使其技术被广泛应用于固相萃取、药物分离、分子印迹传感器及模拟酶催化等领域。为提高MIPs在复杂基质动物源性食品中对待测物的特异吸附性;近年来分子模拟被广泛应用于MIPs的设计;为MIPs的制备提供了理论指导。 本研究采用Gaussian 09 软件;分别选用B3LYP、LC-WPBE、PBEIPBE和ωB97XD四种密度泛函数理论方法及两种基组6-31G(d;p)、6-31+G(d;p)对CAP印迹分子进行了空间构型优化。结果表明;ωB97XD/6-31G(d;p)方法更适合CAP分子印迹体系的理论研究。采用优化后的方法;以甲基丙烯酸（Methacrylic acid;MAA）、丙烯酰胺（Acrylamide;AM）、衣康酸（Itaconic acid;IA）及4-乙烯基吡啶（4-vinyl pyridine;4-Vpy）为功能单体;模拟探讨了CAP与四种功能单体最优稳定复合物的成键作用及结合能。结果表明：MAA功能单体与 CAP 形成的稳定复合物结合能最低;相互作用最强;有望制备印迹效率更好CAP-MIPs。 以优化后MAA为功能单体;以乙二醇二甲基丙烯酸酯（Ethylene glycol dimethacrylate; EGDMA）、季戊四醇三丙烯酸酯（Pentaerythritol triacrylate;PETA）和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（Trihydroxymethylpropyl trimethylacrylate;TRIM）为交联剂;以乙腈、甲醇、丙酮、四氢呋喃、水及甲苯为溶剂;模拟探讨了 CAP 与 MAA 功能单体在不同印迹摩尔比例时形成稳当复合物的成键数目、结合能及其相互作用机理;优化了交联剂和溶剂;并借助分子中原子理论（Atom in molecular;AIM）探讨了CAP与MAA印迹作用的本质。计算结果表明：CAP 印迹分子与 MAA 功能单体通过氢键进行印迹聚合;当摩尔比例为1:10;以PETA为交联剂;在甲苯溶剂中形成的CAP-MAA有序复合物氢键数目最多;结合能最低;复合物构型最稳定。 以理论研究为指导;MAA作功能单体;选择PETA为交联剂与乙腈为溶剂;采用沉淀聚合法制备CAP-MIPs;并通过平衡吸附实验测定其吸附性能。实验结果表明：CAP与MAA的印迹摩尔比例为1:10时;制备的CAP-MIPs为球状;平均粒径285.09 nm;其最大吸附量为8.08 mg/g。Scatchard分析结果表明：CAP-MIPs对CAP有一个结合位点;结合位点的离解平衡常数Kd和最大表观吸附量Qmax分别为2091.66 mg/L与173.3 mg/g。选择性试验表明：CAP-MIPs对CAP的吸附量大于甲砜霉素（Thiamphenicol;TAP）及氟甲砜霉素（Florfenicol;FF）;表现出很好的特异吸附性。 最后;以聚氯乙烯（Polyvinyl chloridem;PVC）作包埋材料;四氢呋喃为溶剂;通过包埋法用CAP-MIPs修饰QCM电极构建CAP-MIPs压电传感器;并应用于检测蜂蜜样品中CAP的含量。研究表明：CAP-MIPs（NIPs）添加量为50 mg;涂膜量为15μL时传感器响应性最好;在最优条件下;检测不同浓度（10~800 ng/mL）CAP-甲醇标准溶液得到响应回归方程：y=-7.655-5.487x 及其检测限（Limit of detection;LOD）为19.41 ng/mL;利用传感器;多次循环检测蜂蜜样品中CAP含量;其回收率在94.35%~98.99%范围内。

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