苯胺綠分子印跡聚合物制備條件對(duì)識(shí)別能力的影響*

何丹鳳 ，王麗敏 ，初洪濤 ，蘇連江 ，張永忠 ，侯近龍

（1.大慶師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江省普通高等學(xué)校油田應(yīng)用化學(xué)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163712；2.齊齊哈爾大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

苯胺綠別名堿性綠、鹽基塊綠、孔雀綠、維多利亞綠或中國綠，在細(xì)胞分裂時(shí)阻礙蛋白肽的形成，使細(xì)胞內(nèi)的氨基酸無法轉(zhuǎn)化為蛋白肽，細(xì)胞分裂受到抑制，從而產(chǎn)生抗菌作用，曾被廣泛用于預(yù)防與治療各類水產(chǎn)動(dòng)物的水霉病、鰓霉病和小瓜蟲病。從上世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，苯胺綠及其代謝產(chǎn)物無色苯胺綠具有高毒素、高殘留、高致癌和高致畸、致突變等副作用，其殘留時(shí)間達(dá)到100天以上，2005年6月5日，英國食品標(biāo)準(zhǔn)局在英國一家知名的超市連鎖店出售的鮭魚體內(nèi)發(fā)現(xiàn)一種名為“苯胺綠”的成分，有關(guān)方面將此事迅速通報(bào)給歐洲國家所有的食品安全機(jī)構(gòu)，發(fā)出了繼“蘇丹紅1號(hào)”、“對(duì)位紅”之后的又一食品安全警報(bào)。英國食品標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布消息說，苯胺綠是一種對(duì)人體有極大副作用的化學(xué)制劑，這種化學(xué)物質(zhì)不應(yīng)該出現(xiàn)在任何食品中。中國農(nóng)業(yè)部辦公廳于2005年7月7日發(fā)布了《關(guān)于組織查處“苯胺綠”等禁用獸藥的緊急通知》，要求各地盡快組織開展苯胺綠等禁用藥物的專項(xiàng)整治工作。

目前,國內(nèi)外對(duì)苯胺綠及其代謝產(chǎn)物的檢測(cè)多采用高效液相色譜法，我國國家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)苯胺綠的方法采用的是高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，這些方法檢測(cè)儀器設(shè)備昂貴，不宜于普及推廣，并且檢測(cè)限也達(dá)不到。因此，建立一種可廣泛應(yīng)用的苯胺綠快速檢測(cè)方法勢(shì)在必行。利用分子印跡技術(shù)制備的苯胺綠分子印跡聚合物，對(duì)苯胺綠有很強(qiáng)的特異吸附作用，同時(shí)具有可再生、易于推廣等優(yōu)點(diǎn)、操作方法簡(jiǎn)便快速。

1 苯胺綠分子印跡聚合物制備條件研究

1.1 引發(fā)方式的選擇

本實(shí)驗(yàn)采用偶氮二異丁睛(AIBN)作引發(fā)劑，考慮到溫度過高可能會(huì)降低模板分子和功能單體之間的相互作用，從而降低印跡聚合物的印跡效應(yīng)，在低溫下形成△S為負(fù)值，從而使聚合物形成時(shí)的識(shí)別空腔增多，穩(wěn)定性增加，另外，對(duì)于不穩(wěn)定的模板分子，低溫還有利于減少副反應(yīng)的發(fā)生。因此，實(shí)驗(yàn)首先采取了光引發(fā)的方式來制備苯胺綠分子印跡聚合物，采用0℃冰水浴，在紫外燈下照射，聚合24h，結(jié)果顯示只有安培瓶壁上的少量溶液固化，實(shí)驗(yàn)證明苯胺綠分子印跡聚合物在一定條件下無法進(jìn)行光引發(fā)聚合。

進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明，將反應(yīng)溫度定為50℃水浴恒溫加熱，聚合12h即可得到機(jī)械強(qiáng)度較好的綠色棒狀聚合物，將反應(yīng)溫度定為60℃水浴恒溫加熱，聚合24h效果更佳，說明苯胺綠分子印跡聚合物是可以通過熱引發(fā)來制備的，因此本實(shí)驗(yàn)的其它苯胺綠分子印跡聚合物均采用熱引發(fā)的聚合方式進(jìn)行聚合。

圖1 偶氮二異丁氰（AIBN）作為引發(fā)劑時(shí)的自由基引發(fā)聚合機(jī)理Fig.1 Mechanism of polymerization of free radicals with AIBN as initiator

本實(shí)驗(yàn)中采用熱聚合時(shí)，將反應(yīng)溫度定為60℃水浴恒溫加熱，聚合時(shí)間定為24h，可得到機(jī)械強(qiáng)度良好的綠色棒狀聚合物，說明苯胺綠分子印跡聚合物是可以通過熱引發(fā)來制備的。但由于溫度過高可能會(huì)降低模板分子和功能單體之間的相互作用，從而降低印跡聚合物的印跡效應(yīng)。因此實(shí)驗(yàn)中還采取了光引發(fā)的方式來制備苯胺綠分子印跡聚合物，采用光聚合相對(duì)于熱引發(fā)聚合來講具有較好的性能，偶氮類引發(fā)劑可以用標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室UV光源在366nm處進(jìn)行光裂解引發(fā)。模板分子與單體通過比較弱的非共價(jià)鍵如氫鍵作用時(shí)，在低溫下復(fù)合物形成的嫡變△S為負(fù)值，穩(wěn)定性增加，作用力更強(qiáng)，從而使聚合物形成時(shí)的識(shí)別空腔增多;對(duì)于不穩(wěn)定的模板分子，低溫將有利于減少副反應(yīng)的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)中采用0℃冰水浴，在366nm紫外燈下照射，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明聚合24h后，只有安培瓶壁上的少量溶液固化，也就是說苯胺綠分子印跡聚合物根本無法由光引發(fā)聚合成，因此本實(shí)驗(yàn)的其它苯胺綠分子印跡聚合物均采用熱引發(fā)的聚合方式進(jìn)行聚合。

1.2 功能單體的選擇

在非共價(jià)鍵印跡時(shí)，功能單體與模板分子的比例對(duì)印跡聚合物的選擇性識(shí)別和結(jié)合能力有重要影響。這是由于印跡聚合物的選擇性識(shí)別和結(jié)合能力取決于在聚合物內(nèi)部形成的與模板分子的形狀、鍵性等特性相互補(bǔ)的印跡位點(diǎn)的數(shù)目，而印跡位點(diǎn)的形成與功能單體和模板分子的相互作用密切相關(guān)。在分子印跡聚合物的合成中,固定功能單體用量，改變模板分子的量，考察了不同功能單體與模板分子比例對(duì)MIP吸附性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在4∶1和2∶1時(shí)的平衡吸附量相近，而8∶1時(shí)的吸附速度和平衡吸附量大大降低。這是由于在高比例時(shí)，一方面過量的MAA可能導(dǎo)致由非組裝的MAA殘基產(chǎn)生的非選擇性結(jié)合位點(diǎn)增加，另一方面MAA濃度過大可能引起自身的締合，兩者都會(huì)使印跡位點(diǎn)降低、吸附傳質(zhì)阻力增加。在較低比例時(shí)，模板分子濃度高，產(chǎn)生的有效印跡位點(diǎn)密度多。因此，本實(shí)驗(yàn)中宜選擇功能單體與模板分子的比為4∶1。

1.3 交聯(lián)劑的選擇

目前，對(duì)于印跡聚合物的選擇性與交聯(lián)劑的種類和用量都有較寬的選擇性，因?yàn)榻宦?lián)的烯類聚合物都是無規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有大量的識(shí)別空腔，所以主要應(yīng)考慮兩方面的因素，既要具有一定的柔軟性，以利于模板分子的傳質(zhì)，又必須使形成的空腔維持特定的形狀。交聯(lián)劑的作用在于形成穩(wěn)定的結(jié)合位點(diǎn)，而在聚合時(shí)增加交聯(lián)劑的用量主要是為了使聚合物具有更強(qiáng)的剛性，從而使在溶液中的溶脹降低，減少識(shí)別空腔的空間結(jié)構(gòu)和結(jié)合基團(tuán)位置在各種操作中的改變，從而提高印跡聚合物的選擇性。這一點(diǎn)對(duì)于分離結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)非常重要。

實(shí)驗(yàn)采用的二甲基丙烯酸乙二醇酯（EDMA）是一種典型的交聯(lián)劑，它的分子鏈具有適當(dāng)?shù)娜彳浶?，有利于模板分子的傳質(zhì)，實(shí)驗(yàn)證明，用較高含量的EDMA制得的MIPs具有很好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，但是底物進(jìn)入聚合物的識(shí)別空腔主要是依靠擴(kuò)散作用。提高擴(kuò)散速度，縮短響應(yīng)時(shí)間，主要是通過減少交聯(lián)劑用量，增加致孔劑用量來增加聚合物內(nèi)部的空隙，因此實(shí)驗(yàn)盡量減少EDMA用量，使研磨過程中造成過量空腔破壞，無法形成穩(wěn)定的識(shí)別空腔。

經(jīng)過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析表明當(dāng)功能單體－交聯(lián)劑的物質(zhì)的量的比例為2∶9時(shí)，所得的印跡聚合物具有最佳的選擇性和識(shí)別能力。從而解決了用量過少時(shí)制得空腔不穩(wěn)定，而用量過多時(shí)空腔又過于堅(jiān)硬無法萃取和傳質(zhì)困難等問題。

1.4 溶劑（致孔劑）的影響

實(shí)驗(yàn)中將溶劑量定為2.5mL。因?yàn)橥ㄟ^實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以獲知，致孔劑的用量較大時(shí)，反應(yīng)溶液濃度較低，自由基引發(fā)聚合反應(yīng)速率減慢，通常這個(gè)因素對(duì)生成的孔腔的選擇性影響并不明顯；致孔劑的用量較小時(shí)，溶液濃度較大，聚合反應(yīng)發(fā)生時(shí)粘度迅速增大，會(huì)影響模板分子復(fù)合物被網(wǎng)絡(luò)包裹的程度，而且溶劑不能充分進(jìn)入聚合物網(wǎng)絡(luò)形成大孔結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)選擇極性較強(qiáng)的乙腈和四氫呋喃作為溶劑加以研究?；谝译婧退臍溥秽姆肿咏Y(jié)構(gòu)和性質(zhì)可以獲知，四氫呋喃具有較強(qiáng)的疏水性，因此更容易在極性聚合物中產(chǎn)生空穴，使制得的聚合物具有更大的吸附量。乙腈和四氫呋喃作為溶劑制備MG印跡聚合物，對(duì)應(yīng)的吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 不同聚合物的吸附動(dòng)力學(xué)曲線Fig.2 Dynamics curve of adsorption of different polymers

從圖2中可以看出，由于反應(yīng)溶劑在合成印跡聚合物時(shí)不僅是起到溶解模板分子的作用，而且也具有致孔劑的作用，使聚合物產(chǎn)生與模板分子相匹配的空穴，同時(shí)由于乙腈和四氫呋喃的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可以獲知，四氫呋喃具有較強(qiáng)的疏水性，因此更容易在極性聚合物中產(chǎn)生空穴，以兩種溶劑制備的聚合物對(duì)模板分子的吸附量都高于空白聚合物，其中四氫呋喃為溶劑制備的聚合物的吸附平衡結(jié)合量比以乙腈為溶劑合成的印跡聚合物略高。

2 小結(jié)

本實(shí)驗(yàn)利用分子印跡技術(shù)，研究了苯胺綠分子印聚合物制備條件對(duì)識(shí)別能力的影響，以苯胺綠為模板分子，甲基丙烯酸（MAA）為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）為交聯(lián)劑合成了分子印跡聚合物，并從聚合物的機(jī)械強(qiáng)度和聚合物對(duì)印跡分子的吸附量等情況，進(jìn)行了對(duì)功能單體、功能單體與模板分子的摩爾比、溶劑、引發(fā)劑等因素對(duì)分子印跡聚合物性能影響的討論。結(jié)論如下：采用60℃水浴下進(jìn)行聚合反應(yīng)，功能單體與模板分子的摩爾比為4∶1時(shí)吸附效果最好；溶劑采用四氫呋喃時(shí)有利于增大印跡聚合物對(duì)印跡分子的吸附量；功能單體采用常用的酸性功能單體MAA效果較佳。

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