一种双酚A分子印迹聚合物膜的制备与应用

摘要

本发明涉及一种双酚A分子印迹聚合物膜的制备方法，其包括将经双酚A分子印迹聚合物乳浊液浸泡后的基体膜进行处理，制得双酚A分子印迹聚合物膜。所述双酚A分子印迹聚合物乳浊液为包括功能单体、乳化剂、引发剂和双酚A的混合液。该制备方法具有简单、成本低、特异性强、稳定性好等优点。本发明还涉及一种待测液中双酚A的检测方法。该检测方法具有简单快速、成本低、准确可靠等优点，避免出现假阴性、假阳性和漏检的结果，能够快捷、高效地对待测液中的双酚A进行分离和定量检测。

说明书

技术领域

本发明属于分子印迹聚合物膜技术领域，具体涉及一种双酚A分子印迹聚合物膜的制备与应用。

背景技术

双酚A(Bisphenol A，简称BPA)是世界上使用广泛的工业化合物之一，广泛应用于食品包装、奶瓶、水瓶、牙齿填充物所用的密封胶、眼镜片以及其他数百种日用品的制造过程中。动物试验发现双酚A有模拟雌激素的效果，即使很低的剂量也能使动物产生雌性早熟、精子数下降、前列腺增生等作用。此外，有资料显示双酚A具有一定的胚胎毒性和致畸性，可明显增加动物卵巢癌、前列腺癌、白血病等癌症的发生。

双酚A的分析测试方法有多种，目前应用最为广泛的主要有：色谱法(Chromatography)、分光光度法(Spectrophotometry)和免疫分析法(Immunoassay)。色谱法的优点在于定量准确、分辨率高和重复性好，但仪器对样品的提取和净化要求较高，样品预处理繁琐，所需色谱仪及检测器等设备昂贵且对操作人员的技能要求较高。分光光度法是基于分子发光强度与被测物含量之间关系建立的分析方法，分光光度法检测双酚A具有操作步骤简单，分析速度快，不依赖昂贵的仪器设备等优点，但该方法选择性差，检测性能依赖于样品中双酚A的纯度，与色谱法相比灵敏度偏低。针对双酚A的免疫分析法主要是竞争法，商品化的试剂盒实际样本检测限为5ppb，但该方法酶活性不稳定，操作易受现场条件影响，可能造成假阳性或假阴性结果。因此，目前仍然有必要开发简便、高效且准确率高的双酚A的检测方法。

分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymer，MIP)是具有特定功能基团以及孔穴大小和形状的新型高分子材料，具有高度交联的分子结构，对目标分子亲合性和选择性高。在MIPs的研究中，分子印迹聚合物膜便于连续操作、易于放大，可将特定目标分子从其结构类似物的混合物中分离出来，该技术受到了越来越多的关注，其研究和应用获得了迅猛发展。现已有将分子印迹技术结合聚合物膜制备得到分子印迹聚合物膜，不仅具备分子印迹特异识别能力，且具有检测快速的特点，但目前尚未出现关于制备双酚A分子印迹聚合物膜及其检测方法的相关报道。因此，使用双酚A作为MIP膜的模板分子制备透明的特异性吸附材料，将双酚A的富集与检测过程合并，对提高样品中双酚A的检测效率，降低检测成本具有重要意义。

因此，目前存在的问题是急需研究开发一种双酚A分子印迹聚合物膜的制备与应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种双酚A分子印迹聚合物膜的制备与应用。以双酚A为模板印迹分子，脂肪胺和丙烯酸类化合物为功能单体，在乳化剂的作用下形成稳定乳浊液，后经紫外光照射引发聚合，在透明基底表面形成具有双酚A分子识别位点的双酚A分子印迹聚合物膜。该双酚A分子印迹聚合物膜用于待测液中双酚A的检测时，克服了现有技术中双酚A检测过程中使用的吸附剂专一性不强、容易引入杂质干扰且检测需要质谱等昂贵的特殊仪器问题，能够快捷、高效地对样品中的双酚A进行分离和定量检测。

为此，本发明第一方面提供了一种双酚A分子印迹聚合物膜的制备方法，其包括将经双酚A分子印迹聚合物乳浊液浸泡后的基体膜进行处理，制得双酚A分子印迹聚合物膜。

在本发明的一些实施例中，所述基体膜在双酚A分子印迹聚合物乳浊液中的浸泡时间为5-10s。

根据本发明方法，所述双酚A分子印迹聚合物乳浊液的制备方法包括：

步骤T1，将溶液M与溶液N进行混合处理，制得混合液I；

步骤T2，将引发剂与混合液I进行混合处理，制得双酚A分子印迹聚合物乳浊液。

根据本发明方法，所述溶液M为功能单体、乳化剂与溶液P形成的混合液；所述溶液P为甲苯与二乙烯基苯的体积比为1:(1-3)、优选为1:2的混合液。

根据本发明方法，所述溶液N为双酚A与溶液Q形成的饱和溶液；所述溶液Q为乙醇与水的体积比为1:(3-5)、优选为1:4的混合液。

在本发明的一些实施例中，所述溶液M与溶液N的体积比为1:(1-3)。

根据本发明方法，所述功能单体包括脂肪胺和丙烯酸类化合物。

在本发明的一些实施例中，所述脂肪胺包括C₈-C₂₀的饱和或不饱和的直链脂肪胺中的一种或多种，优选所述脂肪胺包括十二胺、十四胺、十六胺和十八胺中的一种或多种。

在本发明的另一些实施例中，所述丙烯酸类化合物包括2-(三氟甲基)丙烯酸(TFMAA)和/或甲基丙烯酸(MAA)。

在本发明的一些实施例中，所述溶液M中，脂肪胺、丙烯酸类化合物与乳化剂的摩尔比为1:(0.3-2.5):(0.12-0.67)，优选为1:(0.67-1.25):(0.20-0.67)，更优选为1:(1.0-1.25):(0.30-0.42)。

根据本发明方法，所述溶液M中脂肪胺的浓度为30-50mmol/L。

根据本发明方法，在步骤T2中，所述引发剂与混合液I的重量体积比为3-5mg/mL。

根据本发明方法，所述混合处理优选为超声混合处理；所述超声的频率为40～60kHz；所述超声的时间为3-5min。

在本发明的一些实施例中，所述乳化剂包括斯盘类乳化剂和或/吐温类乳化剂。所述斯盘类乳化剂包括斯盘20、斯盘40、斯盘60和斯盘80中的一种或多种。所述吐温类乳化剂包括吐温20、吐温21、吐温40、吐温60、吐温61、吐温80、吐温81和吐温85中的一种或多种。

在本发明的另一些实施例中，所述引发剂为亲油性偶氮类引发剂。优选所述亲油性偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己基甲腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或多种。

根据本发明方法，将经双酚A分子印迹聚合物乳浊液浸泡后的基体膜进行处理；所述处理包括氮吹处理、紫外照射处理、洗涤处理以及干燥处理。

在本发明的一些实施例中，所述氮吹处理的时间为3-20min，优选为5-10min。

在本发明的另一些实施例中，所述紫外照射处理所用紫外灯优选为功率40W，波长小于280nm，灯能量>15％的紫外灯；紫外照射处理的时间为5-15min，优选为10-15min。经紫外照射处理后，在基体膜表面形成交联涂层。

根据本发明，所述洗涤处理的作用是将基体膜表面的双酚A分子洗掉。所述洗涤处理所用试剂为酸液，即酸的水溶液，所述酸液的质量浓度为3wt％-8wt％，优选为3wt％-5wt％。所述酸为一元弱酸，优选所述酸包括甲酸、乙酸和丙酸中的一种或多种。

根据本发明方法，所述干燥处理优选在真空条件下进行；所述干燥处理的温度为室温。经干燥处理后，即得到具有双酚A特异性结合位点的双酚A分子印迹聚合物膜。

根据本发明方法，所述基体膜可为不影响实验的任何具有优良光学透明性和力学性能的聚合物膜。在本发明的一些实施例中，所述基体膜包括聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、三醋酸纤维素膜、聚乙烯醇膜、聚碳酸酯膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、醋酸纤维素膜、聚丙烯腈膜、尼龙膜、聚偏氯乙烯膜和聚氯乙烯膜中的一种或多种，优选为聚丙烯膜。

根据本发明方法，制备得到的双酚A分子印迹聚合物乳浊液为油包水型乳浊液。

本发明第二方面提供了一种如本发明第一方面所述方法制备的双酚A分子印迹聚合物膜在待测液中双酚A的检测中的应用，其包括：

步骤S1，分别测定依次经不同浓度的双酚A标准水溶液浸泡处理后的双酚A分子印迹聚合物膜在278nm处的吸光度，建立吸光度与浓度的标准工作曲线；

步骤S2，测定经待测液浸泡后的双酚A分子印迹聚合物膜在278nm处的吸光度，根据吸光度与浓度的标准工作曲线，求得待测液中双酚A的浓度。

用紫外分光光度计扫描经双酚A标准水溶液或待测液浸泡后的双酚A分子印迹聚合物膜，在波长200-450nm范围内有一吸收谱带，其最大吸收谱波长为278nm，因此本发明选择278nm波长作为双酚A的定量测定波长。

根据本发明方法，在浸泡处理之前，对双酚A分子印迹聚合物膜进行洗涤处理；所述洗涤处理所用试剂为酸液，即酸的水溶液，所述酸液的质量浓度为3wt％-8wt％，优选为3wt％-5wt％。所述酸为一元弱酸，优选所述酸包括甲酸、乙酸和丙酸中的一种或多种，更优选为乙酸。所述洗涤处理的时间为0.5-2h，优选为1-2h。

在本发明的一些优选的实施例中，所述浸泡处理在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为100-600r/min，优选为200-500r/min。

根据本发明方法，所述待测液为任何含有双酚A物质的溶液，优选所述待测液包括水样和/或尿液。在用待测液对双酚A分子印迹聚合物膜进行浸泡处理之前，优选对待测液进行除杂预处理。所述除杂预处理的方法为本领域常规方法。

如无特殊说明，本发明所用试剂均可通过商业途径获得。

如无特殊说明，本发明所述方法均为本领域常规方法。

本发明提供的双酚A分子印迹聚合物膜的制备与应用具有如下优点：

(1)本发明提供的双酚A分子印迹聚合物膜的制备方法简单、成本低、特异性强、稳定性好；

(2)本发明提供的双酚A分子印迹聚合物膜用于双酚A的检测时具有简单快速、成本低、准确可靠等优点，避免了出现假阴性、假阳性和漏检等结果；

(3)本发明提供的双酚A分子印迹聚合物膜适用于水样或尿液等样品中双酚A的定量检测。

附图说明

下面结合附图来对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明双酚A分子印迹聚合物膜的制备原理图。

图2为本发明实施例4中的标准工作曲线图。

图3为本发明实施例5中的标准工作曲线图。

图4为本发明实施例6中的标准工作曲线图。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。

本发明中的吸光度采用紫外-可见分光光度计测定。紫外-可见分光光度计为本领域常规仪器，例如，赛默飞世尔Thermo Scientific^TMEvolution>

实施例

实施例1：双酚A分子印迹聚合物膜的制备

(1)双酚A分子印迹聚合物乳浊液的制备：

a.向60mL甲苯与二乙烯基苯的体积比为1:1的混合溶液中加入1.8mmol十二胺，再加入1.2mmol 2-(三氟甲基)丙烯酸(TFMAA)，再加入1.2mmol斯盘20，混匀形成混合溶液；

b.配制70mL乙醇与水的体积比为1:3的混合溶液，向其中加入双酚A直至溶液饱和，得到双酚A的饱和溶液；

c.将步骤a所得混合溶液与步骤b中双酚A的饱和溶液混合超声5min，再加入500mg偶氮二异丁腈，然后将所得混合溶液继续超声3min，即得双酚A分子印迹聚合物乳浊液。

(2)双酚A分子印迹聚合物膜的制备：

剪取大小为1cm×3cm的聚丙烯透明薄膜，将透明膜放入步骤(1)所得双酚A分子印迹聚合物乳浊液中浸泡6s后取出，进行氮吹5min，紫外灯辐照10min后，用质量浓度为4wt％的乙酸溶液洗涤1h，再置于室温下真空干燥20min，即得双酚A分子印迹聚合物膜。

实施例2：双酚A分子印迹聚合物膜的制备

(1)双酚A分子印迹聚合物乳浊液的制备：

a.向60mL甲苯与二乙烯基苯的体积比为1:2的混合溶液中加入2.4mmol十二胺，再加入3.0mmol甲基丙烯酸(MAA)，再加入0.5mmol斯盘20和0.5mmol吐温60，混匀形成混合溶液；

b.配制120mL乙醇与水的体积比为1:4的混合溶液，向其中加入双酚A直至溶液饱和，得到双酚A的饱和溶液；

c.将步骤a所得混合溶液与步骤b中双酚A的饱和溶液混合超声5min，再加入900mg偶氮二异丁腈，然后将所得混合溶液继续超声3min，即得双酚A分子印迹聚合物乳浊液。

(2)双酚A分子印迹聚合物膜的制备方法同实施例1，不同之处在于，乙酸溶液的质量浓度为5wt％。

实施例3：双酚A分子印迹聚合物膜的制备

(1)双酚A分子印迹聚合物溶液的制备：

a.向60mL甲苯与二乙烯基苯的体积比为1:3的混合溶液中加入3.0mmol十二胺，再加入3.0mmol 2-(三氟甲基)丙烯酸(TFMAA)，再加入0.3mmol斯盘20，混匀形成混合溶液；

b.配制180mL乙醇与水的体积比为1:5的混合溶液，向其中加入双酚A直至溶液饱和，得到双酚A的饱和溶液；

c.将步骤a所得混合溶液与步骤b中双酚A的饱和溶液混合超声5min，再加入720mg偶氮二异丁腈，然后将所得混合溶液继续超声3min，即得双酚A分子印迹聚合物乳浊液。

(2)双酚A分子印迹聚合物膜的制备方法同实施例1。

实施例4：待测液中双酚A的检测

(1)建立吸光度与浓度的标准工作曲线：

将本发明实施例1制备的分子印迹聚合物膜分别浸入一系列浓度为0.20mg/L、0.50mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L、3.00mg/L、4.00mg/L、5.00mg/L、7.00mg/L和9.00mg/L的50mL双酚A标准水溶液中1h，为加速双酚A的富集进行磁力搅拌，转速为300r/min，取出该聚合物膜，将其放入紫外-可见分光光度计中，测定该聚合物膜在278nm处的一系列吸光度并记录。每测完某一浓度标准液后的聚合物膜均用质量浓度为3wt％的乙酸溶液洗涤1h。

建立吸光度与浓度的标准工作曲线(如图2)，即吸光度Y与浓度C的关系式为：Y＝0.0230+0.0193×C；线性相关系数R＝0.99876。

(2)待测液中双酚A的检测：

将本发明实施例1制备的分子印迹聚合物膜浸入50mL待测水样中1h，为加速双酚A的富集进行磁力搅拌，转速为300r/min，取出该聚合物膜，将其放入紫外-可见分光光度计中，测得该聚合物膜在278nm处的吸光度为0.0712。将该值代入步骤(1)所得标准工作曲线中，求得待测水样中双酚A的浓度为2.50mg/L。

向同体积待测水样中分别加标0.50mg/L、1.00mg/L和3.00mg/L，计算得浓度分别为2.97mg/L、3.64mg/L和5.47mg/L，加标回收率为94.0％-114.0％。

实施例5：待测液中双酚A的检测

(1)建立吸光度与浓度的标准工作曲线：

将本发明实施例2制备的分子印迹聚合物膜分别浸入一系列浓度为0.20mg/L、0.50mg/L、1.00mg/L、3.00mg/L、5.00mg/L、7.00mg/L和10.00mg/L的80mL双酚A标准水溶液中1h，为加速双酚A的富集进行磁力搅拌，转速为500r/min，取出该聚合物膜，将其放入紫外-可见分光光度计中，测定该聚合物膜在278nm处的一系列吸光度并记录。每测完某一浓度标准液后的聚合物膜均用质量浓度为4wt％的乙酸溶液洗涤1h。

建立吸光度与浓度的标准工作曲线(如图3)，即吸光度Y与浓度C的关系式为：Y＝0.0354+0.0232×C；线性相关系数R＝0.99986。

(2)待测液中双酚A的检测：

将本发明实施例2制备的分子印迹聚合物膜浸入80mL待测尿液中1h，为加速双酚A的富集进行磁力搅拌，转速为500r/min，取出该聚合物膜，将其放入紫外-可见分光光度计中，测得该聚合物膜在278nm处的吸光度为0.126。将该值代入步骤(1)所得标准工作曲线中，求得待测尿液中双酚A的浓度为3.90mg/L。

向同体积待测尿液中分别加标2.00mg/L、4.00mg/L和6.00mg/L，计算得浓度分别为6.11mg/L、7.85mg/L和9.56mg/L，加标回收率为94.3％-110.5％。

实施例6：待测液中双酚A的检测

(1)建立吸光度与浓度的标准工作曲线：

将本发明实施例3制备的分子印迹聚合物膜分别浸入一系列浓度为0.20mg/L、0.50mg/L、1.00mg/L、3.00mg/L、5.00mg/L、7.00mg/L和10.00mg/L的80mL双酚A标准水溶液中1h，为加速双酚A的富集进行磁力搅拌，转速为200r/min，取出该聚合物膜，将其放入紫外-可见分光光度计中，测定该聚合物膜在278nm处的一系列吸光度并记录。每测完某一浓度标准液后的聚合物膜均用质量分数4wt％的乙酸溶液洗涤1h。

建立吸光度与浓度的标准工作曲线(如图4)，即吸光度Y与浓度C的关系式为：Y＝0.0962+0.0383×C；线性相关系数R＝0.99986。

(2)待测液中双酚A的检测：

将本发明实施例3制备的分子印迹聚合物膜浸入80mL待测水样中1h，为加速双酚A的富集进行磁力搅拌，转速为200r/min，取出该聚合物膜，将其放入紫外-可见分光光度计中，测得该聚合物膜在278nm处的吸光度为0.263。将该值代入步骤(1)所得标准工作曲线中，求得待测水样中双酚A的浓度为4.36mg/L。

向同体积待测水样中分别加标1.00mg/L，2.00mg/L、4.00mg/L，计算得浓度分别为5.27mg/L、6.20mg/L、8.66mg/L，加标回收率为91.0％-107.5％。

从实施例3、实施例4和实施例5中计算得到的加标回收率数据可以看出，本发明的双酚A分子印迹聚合物膜用于待测液中双酚A的检测时，加标回收率均在80％-120％范围内，这充分证明了本发明的双酚A分子印迹聚合物膜用于待测液中双酚A的定量检测的可行性。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。