一种替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物及其水相制备方法和应用

摘要

本发明属于分析化学及污染物分析检测领域，公开了一种替考拉宁‑改性硅胶表面分子印迹聚合物的水相制备方法及其应用。该方法是将氨基化改性硅胶、替考拉宁和功能单体加入水中，于4～10℃预聚合；然后加入交联剂和引发剂，在保护气氛下，于40～90℃搅拌聚合反应，所得产物经离心后，洗脱去除替考拉宁模板，进一步洗涤、真空干燥后，得到替考拉宁‑改性硅胶表面分子印迹聚合物。本发明过程简单、成本低，所用溶剂绿色无污染，制得的分子印迹聚合物粒径均匀、吸附容量大、传质速度快，对替考拉宁具有良好的选择性和吸附效果，用于选择性分离富集复杂样品中痕量(0.01～100μgmL‑1)替考拉宁的分析检测，具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于分析化学及污染物分析检测技术领域，更具体地，涉及一种替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物及其水相制备方法和应用。

背景技术

替考拉宁为游动放线菌属发酵产生的一种糖肽类抗生素，主要由5个结构近似的化合物(A2-1、A2-2、A2-3、A2-4和A2-5)组成，其中以A2-2为主。替考拉宁是继万古霉素后开发的新一代糖肽类抗生素，在临床被用于治疗各种严重的革兰氏阳性菌感染，尤其是耐万古霉素的细菌感染。在欧盟、美国、日本和澳大利亚，糖肽类抗生素均被禁用于食品动物。农业农村部GB 31650-2019标准中将万古霉素及其盐、酯及制剂禁用于所有食品动物，对其他糖肽类抗生素并无限制。随着抗生素的大量使用，其环境残留也逐渐引起人们的重视。众所周知，抗生素在复杂环境介质中的微量残留便会对生态系统及人体健康产生极大的危害。因此，对环境样品中痕量抗生素的分析检测便成为研究者关注的焦点。而由于糖肽类抗生素通常是由多个氨基酸缩合而成，分子量较大，极性强，检测难度较大，因此有关替考拉宁残留分析的报道较少。

分子印迹技术是一种高选择性、特异性的分离和分析技术，这种技术的思想源于抗原－抗体专一性识别。基于分子识别的聚合物材料-分子印迹聚合物的突出特点是对目标分子具有“记忆功能”，能够选择性识别复杂基质中的目标物，实现实际环境样品中复杂基质干扰下低浓度目标物的选择性分离与富集。然而，目前的分子印迹聚合物大多在乙腈、氯仿、甲苯等非极性有机溶剂中制备，一方面会对环境带来二次污染，另一方面该类聚合物在污染物广泛存在的极性溶剂中往往表现出较差的吸附性能。因此，如何在绿色极性介质水中实现分子印迹聚合物的制备便成为人们研究的热点。此外，采用传统的分子印迹技术制备的聚合物传质慢、吸附容量和颗粒强度较低等缺陷。本发明采用先对载体硅胶改性，在其表面制备分子印迹聚合物膜高分子材料尚未见相关文献报道。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物的方法，该方法是在绿色介质水溶液中制得的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物，对目标物具有较好的选择性吸附性能。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物。

本发明的再一目的在于提供上述方替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物的水相制备方法，包括如下具体步骤：

S1.将甲苯、硅胶和改性剂混合后，保护气氛下，在100～120℃反应，所得产物洗涤后真空干燥，得到氨基化改性硅胶；

S2.将氨基化改性硅胶加入替考拉宁和功能单体的水溶液体系中，在4～10℃预聚合；然后加入交联剂和引发剂，在保护气氛下，于40～90℃搅拌聚合反应，所得产物经离心后，洗脱去除替考拉宁模板，洗涤、真空干燥，得到球形颗粒的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物。

优选地，步骤S1中所述改性剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三羟基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-(丁基氨基)丙基三乙氧基硅烷或3-(4-脲氨基)丙基三乙氧基硅烷中的一种以上。

优选地，步骤S2中所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、过氧化苯甲酰、过硫酸钾或过硫酸铵。

优选地，步骤S1和S2中所述保护气氛为氩气或氮气。

优选地，步骤S2中所述功能单体为含双键化合物，为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-4-羟基丁酯、甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐，4-乙烯基吡啶(4-VP)，2-乙烯基吡啶(2-VP)、衣康酸、丙烯酰胺(AM)，甲基丙烯酸-2-羟基乙酯(HEMA)。

优选地，步骤S1中所述甲苯、硅胶和改性剂的用量比为50mL:1g:(0.5～2)mL；步骤S2中所述替考拉宁、功能单体和交联剂的摩尔比为1:(5～10):(20～60)；所述氨基化改性硅胶和替考拉宁的质量比为(0.3～0.6):(0.1～0.3)；所述氨基化改性硅胶、替考拉宁和功能单体的总摩尔量与水溶液体系中水的体积比为1:(30～60)。

优选地，步骤S2中所述交联剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、乙二醇二缩水甘油酯(EGDE)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)或乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)的一种或任意两种。

优选地，步骤S1中所述反应的时间为6～18h；步骤S3中所述预聚合的时间为4～12h；所述聚合反应的时间为12～24h。

一种替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物，所述分子印迹聚合物是由上述的方法制备得到。

所述得替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物在选择性识别或检测替考拉宁领域中的应用。

本发明替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物能选择性识别替考拉宁模板分子及其结构类似物；其中替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物粒径均匀，耐压高、吸附容量大、传质速度快，表面具有与替考拉宁模板分子相匹配的三维立体孔穴及特异结合的活性位点，能够用于复杂样品中微量替考拉宁的选择性分离与富集，再生后的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物可重复循环使用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物的水相制备方法，该方法过程简单、成本低，所用溶剂绿色无污染，制得的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物具有颗粒的粒径均匀(5～12μm)、强度高(耐压200～400bar)、吸附容量大(30～50mg·g

2.本发明采用纯水为制备溶剂，较于以往的乙腈、氯仿等非极性有机溶剂，极大减少了溶剂对环境的污染，同时提高了印迹聚合物在极性介质中吸附容量，为分子印迹聚合物在水相等极性介质中的合成奠定了基础。

3.本发明通过交联剂和引发剂的共同作用，在硅胶颗粒表面制备出替考拉宁印迹聚合物，该印迹聚合物具有对替考拉宁特异识别性能的作用位点，对替考拉宁具有良好的选择性和吸附效果。结合高效液相色谱技术能够用于选择性分离富集复杂样品中痕量(0.01～100μg·mL

附图说明

图1为实施例1中氨基化改性硅胶和替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物的红外光谱图；

图2为实施例1中替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物的SEM照片；

图3为实施例1-5中不同单体制备的印迹聚合物和非印迹聚合物的吸附效果；

图4为实施例1中不同交联剂制备的印迹聚合物和非印迹聚合物的吸附效果；

图5为实施例1中替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物的特异性吸附评价结果；

图6为实施例1中印迹聚合物和非印迹聚合物解吸附替考拉宁的液相色谱图。

图7为本发明中分子印迹聚合物合成路线示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

1.在反应容器中分别加入100mL甲苯、5g硅胶和5mL改性剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷，氩气气氛下，于100～120℃反应12h，所得产物洗涤后真空干燥，得到氨基化改性硅胶；

2.在50mL圆底烧瓶中加入30mL水和0.24g替考拉宁模板分子，涡旋、超声混匀，在室温条件下搅拌至全部溶解。然后加入0.5g氨基化改性硅胶和0.15mL甲基丙烯酸-2-羟基乙酯单体，在4℃下预聚合6h。再加入0.47mL乙二醇二甲基丙烯酸酯和0.39mL甲基丙烯酸缩水甘油酯双交联剂，随后加入10mg偶氮二异丁腈，混匀后充入氩气保护，在60℃搅拌聚合反应24h，所得产物用10～50％的乙酸/甲醇或氨化甲醇(1:4，v/v)洗脱，除去替考拉宁模板分子，再用甲醇和水冲洗至中性，50～70℃真空干燥，得到替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物。

对比例1

与实施例1不同的在于：在步骤2中不添加替考拉宁模板分子，制得非分子印迹聚合物。

在相同条件下实施例1和对比例1分别制备的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物和非印迹聚合物对替考拉宁的吸附量分别为：46.5mg g

图1为实施例1中氨基化改性硅胶(A)和替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物(B)的红外吸收光谱图。从图1中可以看出，在464cm

图2为实施例1中制得的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物扫描电子显微照片。从图2中可以看出，该分子印迹聚合物表面包覆一层聚合物膜，聚合物层密实紧致，表面粗糙。聚合物层位于载体表面有利于模板结合和去除过程中的快速传质。

实施例2

与实施例1不同的在于：步骤2中用0.07mL甲基丙烯酸单体替换0.15mL甲基丙烯酸-2-羟基乙酯；所得产物用乙酸/甲醇(1:1，v/v)洗脱。

对比例2

与实施例2不同的在于：在步骤2中不添加替考拉宁模板分子，制得非分子印迹聚合物。

在相同条件下实施例2和对比例2分别制备的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物和非分子印迹聚合物对替考拉宁的吸附量分别为：38.9mg g

实施例3

与实施例1不同的在于：用0.13mL2-乙烯基吡啶替换0.15mL甲基丙烯酸-2-羟基乙酯。所得产物用乙酸/甲醇(1:1，v/v)洗脱。

对比例3

与实施例3不同的在于：在步骤2中不添加替考拉宁模板分子，制得非分子印迹聚合物。

在相同条件下实施例3和对比例3分别制备的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物和非分子印迹聚合物对替考拉宁的吸附量分别为：40.1mg g

实施例4

与实施例1不同的在于：用888.5mg丙烯酰胺替换0.15mL甲基丙烯酸-2-羟基乙酯，所得产物用乙酸/甲醇(1:1，v/v)洗脱。

对比例4

与实施例4不同的在于：在步骤中不添加替考拉宁模板分子，制得非分子印迹聚合物。

在相同条件下实施例4和对比例4分别制备的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物和非分子印迹聚合物对替考拉宁的吸附量分别为：36.7mg g

实施例5

与实施例1不同的在于：使用的交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯。

对比例5

与实施例5不同的在于：在步骤中不添加替考拉宁模板分子，制得非分子印迹聚合物。

在相同条件下实施例5和对比例5分别制备的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物和非分子印迹聚合物对替考拉宁的吸附量分别为：42.7mg g

实施例6

与实施例1不同的在于：用0.78mL甲基丙烯酸缩水甘油酯替换0.47mL乙二醇二甲基丙烯酸酯和0.39mL甲基丙烯酸缩水甘油酯；用0.14mL 2-乙烯基吡啶替换0.15mL甲基丙烯酸-2-羟基乙酯；所得产物用乙酸/甲醇(1:1，v/v)洗脱。

对比例6

与实施例6不同的在于：在步骤中不添加替考拉宁模板分子，制得非分子印迹聚合物。

在相同条件下实施例6和对比例6分别制备的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物和非分子印迹聚合物对替考拉宁的吸附量分别为：39.5mg g

图3为实施例1-5中不同单体制备的印迹聚合物和非印迹聚合物的吸附效果。从图3中可以看出，实施例1中以甲基丙烯酸-2-羟基乙酯为单体时，制备的印迹聚合物吸附量和选择性最高。单体的筛选中选择了16种化合物进行比较，包括MAA、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-4-羟基丁酯、甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐，2-乙烯基吡啶(2-VP)，4-乙烯基吡啶(4-VP)、衣康酸、丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯(HEMA)；其中以HEMA为单体制备的印迹聚合物吸附性能最佳。

图4为实施例1中不同交联剂制备的印迹聚合物和非印迹聚合物的吸附效果。从图4中可以看出，实施例1中以乙二醇二甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯作为复合交联剂时，制备的印迹聚合物吸附性能最佳。交联剂的筛选中选择了4种化合物及复配物进行了比较，包括甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、乙二醇二缩水甘油酯(EGDE)、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)或乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)中的一种或任意两种；其中以MBA为交联剂时印迹聚合物的吸附量最高，但选择性差。以EGDMA为交联剂时印迹聚合物的选择性最高，但吸附量略低于GMA；以EGDMA与GMA复合使用更理想。

图5为实施例1中替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物在甲醇-水(v/v＝1：1)溶液中的特异性吸附评价结果。其中所用的替考拉宁标准溶液为：5mL甲醇水溶液(1:1，v/v)，替考拉宁浓度为200μg mL

图7为本发明中替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物合成路线示意图；其中，载体为氨基化改性硅胶；模板为替考拉宁。从图7中可以看出，硅胶首先采用APTES进行氨基化改性，然后以改性硅胶为载体，模板和单体在水介质体系进行自组装，形成的预聚合物在交联剂和引发剂存在下，通过自由基引发聚合在氨基化硅胶表面形成网状结构的高分子印迹聚合物膜层。进一步采用10％乙酸甲醇洗涤模板替考拉宁及反应体系其它剩余物质，制得替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物。改性硅胶表面的替考拉宁-印迹聚合物膜具有高特异性，可反过来用于复杂介质体系中替考拉宁及其结构类似物的选择性吸附。

本发明的替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物，是对表面多孔二氧化硅微球经氨基化改性后作为印迹聚合的载体，制备替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物；所得替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物具有颗粒的粒径均匀(5～12μm)、强度高(耐压200～400bar)、吸附容量大(30～50mg/g)等优良性能，该印迹材料能够在短时间(1～20min)内特异性识别替考拉宁，传质速率快。硅胶核表面包覆的印迹聚合物提供的高比表面积增加了印迹材料的特异性结合位点数；印迹层在载体表层的分布也使得印迹位点容易接近，达到迅速识别模板分子及其结构类似物的效果。由于替考拉宁-改性硅胶表面分子印迹聚合物具有良好的特异选择性。结合高效液相色谱技术能够用于实际样品中痕量(0.01～100μgmL

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。