分子印跡聚合物對(duì)林可霉素的靜態(tài)吸附

張佑紅，鐘季良，李衛(wèi)朋，諶頡，陳艷，榮廣健

武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430074

分子印跡聚合物對(duì)林可霉素的靜態(tài)吸附

張佑紅，鐘季良，李衛(wèi)朋，諶頡，陳艷，榮廣健

武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430074

采用二步溶脹法制備了林可霉素分子印跡聚合物，并通過靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，考察了其吸附等溫線，吸附動(dòng)力學(xué)特性和吸附擴(kuò)散過程．對(duì)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)，對(duì)分子印跡聚合物的吸附性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)．結(jié)果表明：分子印跡聚合物的吸附等溫線可以用朗繆爾方程進(jìn)行較好的擬合，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0．995 6；分子印跡聚合物的吸附動(dòng)力學(xué)過程可以用準(zhǔn)二級(jí)模型進(jìn)行很好的描述，其相關(guān)系數(shù)可達(dá)0．999 2.內(nèi)擴(kuò)散模型擬合結(jié)果為分段的直線，說明吸附過程受多種作用力的影響．林可霉素分子印跡聚合物吸附容量較高，可達(dá)83.08 mg／g；結(jié)合過程很快，在非極性環(huán)境中80 min可達(dá)吸附平衡．制備的分子印跡聚合物是一種性能優(yōu)良的新型吸附劑，可以成功地應(yīng)用于吸附分離液體中的林可霉素．

分子印跡聚合物；林可霉素；靜態(tài)吸附；動(dòng)力學(xué)

0 引言

林可霉素是一類高效廣譜的抗生素，它對(duì)革蘭氏陽性菌和支原體有較強(qiáng)的抗菌和抑制作用，并具有抗菌譜廣、抗菌力強(qiáng)、毒性低、給藥方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在醫(yī)藥方面有著重要的應(yīng)用［1］．我國(guó)林可霉素提取方法為溶劑萃取法，此法原理簡(jiǎn)單，應(yīng)用較為普遍，但存在著工藝流程復(fù)雜、消耗多、成本高等問題［2］，因而設(shè)計(jì)一種高效簡(jiǎn)便的林可霉素分離方法具有重要意義．分子印跡聚合物［3］是一種具有特異空間結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點(diǎn)的新型高分子聚合物，對(duì)目標(biāo)分子的選擇性和識(shí)別性很高，適用于從混合體系中分離某種特定的成分，在化工、醫(yī)藥、環(huán)境和生物等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［4－9］．

本實(shí)驗(yàn)在課題組以往的研究基礎(chǔ)之上［10］，以林可霉素為模板分子，聚苯乙烯微球?yàn)榉N球，選用二步溶脹聚合法［11］，制備出了一種對(duì)林可霉素具有特異識(shí)別性的分子印跡聚合物，并研究了該聚合物對(duì)林可霉素的靜態(tài)吸附行為．此研究對(duì)于以分子印跡聚合物作為吸附劑的研制與工業(yè)應(yīng)用具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

鹽酸林可霉素（工業(yè)級(jí)，南陽普康藥業(yè)有限公司）；二甲基丙烯酸乙二醇酯（分析純，上海嘉辰化工有限公司）；聚乙烯吡咯烷酮、三氟甲基丙烯酸（分析純，上海阿拉丁試劑有限公司）；十二烷基硫酸鈉（分析純，天津市博迪化工有限公司）；聚乙烯醇（進(jìn)口分裝）；苯乙烯、α－甲基丙烯酸、丙烯酰胺、偶氮二異丁腈、鄰苯二甲酸二丁酯等其他試劑均為分析純（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）．

1260高效液相色譜儀（安捷倫科技有限公司），SXT－06索式提取器（上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司）；HZQ－X100恒溫振蕩培養(yǎng)箱（金壇市杰瑞爾電器有限公司）．

1.2 印跡聚合物的合成

1.2.1 聚苯乙烯微球制備量取50 mL乙醇和苯乙烯于100 mL錐形瓶中，加入1 g聚乙烯吡咯烷酮和0．2 g偶氮二異丁腈，在冰浴環(huán)境中于200 W超聲10 min，然后將所得乳液轉(zhuǎn)入四口瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于70℃，200 r／min的攪拌速度下反應(yīng)24 h．反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，離心除去上清液，將獲得的聚苯乙烯微球反復(fù)洗滌干燥后備用．

1.2.2 林可霉素分子印跡聚合物的制備稱取1 g聚苯乙烯微球和0．2 g十二烷基硫酸鈉加入到30 mL超純水中，于400 W超聲15 min，將形成的懸濁液加入四口瓶中，在室溫下以150 r／min的速度攪拌；稱取0．1 g偶氮二異丁腈，0．5 mL鄰苯二甲酸二丁酯，1 mL甲苯加入到30 mL超純水中，于150 W超聲5 min形成乳濁液，加入上述四口瓶中，在室溫下攪拌溶脹24 h．0．461 g林可霉素，0．52 g甲基丙烯酸，4．96 g二甲基丙烯酸乙二醇酯，0．4 g聚乙烯醇，0．1 g十二烷基硫酸鈉，5 mL正辛醇，10 mL氯仿加入到40 mL超純水中，于400 w超聲15 min形成乳濁液，加入上述四口瓶中繼續(xù)攪拌溶脹24 h．稱取0．2 g聚乙烯醇溶于20 mL超純水，于400 W超聲10 min，加入上述四口瓶中，升溫至70℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)24 h．混合物離心分離得到粒狀聚合物，將其置于索式提取器內(nèi)，以比例為9∶1的甲醇－乙酸混合液為溶劑清洗24 h以除去模板分子，然后再以純甲醇繼續(xù)洗滌5 h除去多余的乙酸，最后用超純水離心洗滌除去甲醇，真空干燥備用．非印跡聚合物作為對(duì)照，制備時(shí)除了不加入林可霉素以外，其他方法與上述相同．

1.3 林可霉素吸附實(shí)驗(yàn)

稱取50 mg的分子印跡聚合物于50 mL錐形瓶中，加入一定濃度的林可霉素溶液10 mL，用保鮮膜封口，在室溫下以150 r／min恒溫振蕩．從聚合物接觸溶液瞬間開始計(jì)時(shí)，在特定時(shí)間以注射器抽取該混合物以孔徑0．45 μm微膜過濾，在214 nm處通過高效液相色譜儀測(cè)定濾液吸收峰，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定其中林可霉素濃度．采用式（1）計(jì)算印跡聚合物吸附量：

式中，Q為印跡聚合物的總吸附量（mg／g）；C0為原林可霉素溶液的濃度（mmol／L）；C為所測(cè)濾液中林可霉素的濃度（mmol／L）；V為原林可霉素溶液的體積，mL；m為加入印跡聚合物的質(zhì)量，g；M為林可霉素摩爾質(zhì)量，g／mol．

1.4 分子印跡聚合物吸附機(jī)理分析

選用了Langmuir與Freundlich等溫吸附模型［12］對(duì)印跡聚合物吸附行為進(jìn)行了分析，其方程式分別如下所示．

Langmuir方程式為：

Freundlich方程式為：

采用了準(zhǔn)一級(jí)［13］、準(zhǔn)二級(jí)［14］與內(nèi)擴(kuò)散吸附動(dòng)力學(xué)［15］模型，對(duì)林可霉素分子印跡聚合物吸附動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，其方程式分別如下所示．

準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程式為：

準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程式為：

內(nèi)擴(kuò)散方程式為：

主要參數(shù)如表1所示.

表1 吸附主要參數(shù)Table 1 Main parameters of adsorption

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附等溫線與模型關(guān)聯(lián)

在以氯仿為溶劑，溫度為25℃的條件下，以平衡吸附量q對(duì)平衡濃度c作等溫吸附圖，結(jié)果如圖1所示．由圖可知，印跡聚合物與非印跡聚合物對(duì)林可霉素的吸附量都隨著林可霉素的平衡濃度增加而增加，但前者要明顯高于后者，說明在聚合物的合成過程中，印跡聚合物中形成了特異性結(jié)合位點(diǎn)，對(duì)林可霉素具有較高的吸附能力；而非分子印跡聚合物則不具備這種位點(diǎn)，對(duì)林可霉素的吸附是非特異性的，因而其吸附量低于分子印跡聚合物．

圖1 分子印跡聚合物和非印跡聚合物的吸附等溫線Fig.1 Adsorption isotherm of MIP and NIP

根據(jù)式（2）和式（3），以c/q為縱坐標(biāo)，對(duì)平衡濃度c做線性擬合圖；以lgq為縱坐標(biāo)，對(duì)lgc做線性擬合圖，結(jié)果如圖2所示.擬合數(shù)據(jù)見表2.

表2 Langmuir模型與Freundlich模型的擬合結(jié)果Table 2 Fitting results by Langmuir and Freundlich adsorption isotherm models

圖2 Langmuir與Freundlich方程關(guān)聯(lián)的吸附等溫線擬合圖Fig.2 Linear fit of adsorption isotherm by Langmuir and Freundlich equation

由擬合結(jié)果得知，Langmuir模型計(jì)算得出的飽和吸附量為89.69 mg/g，與實(shí)驗(yàn)所測(cè)最大吸附值83.08 mg/g較為接近，說明關(guān)聯(lián)效果較好，這是因?yàn)榉肿佑≯E聚合物中的結(jié)合位點(diǎn)具有專一吸附的能力，每個(gè)位點(diǎn)僅和一個(gè)林可霉素分子結(jié)合，比較符合Langmuir模型的單分子層吸附理論；所得總吸附平衡常數(shù)值略低，這是由于印跡聚合物中的結(jié)合位點(diǎn)并非絕對(duì)等價(jià)，其中存在的少數(shù)非特異性結(jié)合位點(diǎn)，降低了其對(duì)林可霉素分子親和力的原因所致.Freundlich模型計(jì)算所得1/n值為0.323 2，說明印跡聚合物對(duì)林可霉素的結(jié)合力較強(qiáng)，吸附性能很好，單位質(zhì)量濃度吸附量為12.62 mg／g.兩者相關(guān)系數(shù)相比，Langmuir模型要優(yōu)于Freundlich模型，表明Langmuir模型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)聯(lián)程度更高，可以更為準(zhǔn)確地描述林可霉素在印跡聚合物上的吸附過程.

2.2 動(dòng)力學(xué)曲線分析與模型關(guān)聯(lián)

在林可霉素濃度為2 mmol／L，溫度為25℃的條件下，以吸附量qt對(duì)時(shí)間t作圖，結(jié)果如圖3所示．由圖可知，當(dāng)氯仿為溶劑時(shí)，分子印跡聚合物的吸附量在前20 min內(nèi)迅速升高，表明印跡聚合物對(duì)林可霉素的結(jié)合是一個(gè)快速進(jìn)行的過程，吸附能力很強(qiáng)；當(dāng)選用正丁醇、乙酸乙酯等含有羥基、羰基等官能團(tuán)的極性溶劑時(shí)，動(dòng)力學(xué)曲線則變得較為平緩，這說明林可霉素分子在印跡聚合物上的吸附過程受到了一定的影響，因而非極性環(huán)境更加有利于林可霉素的吸附．

圖3 分子印跡聚合物的吸附動(dòng)力學(xué)曲線Fig.3 Adsorption kinetic curves of MIP

選用溶劑為氯仿時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)式（4）和式（5），分別以ln（qe－q）與t/q為縱坐標(biāo)，吸附時(shí)間t為橫坐標(biāo)作線性擬合圖，結(jié)果如圖4所示.由圖可知，準(zhǔn)一級(jí)吸附模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果一般，并且隨著濃度的增加，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏離直線的情況越來越明顯，故準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程并不能對(duì)印跡聚合物的吸附過程做出較好的描述.而準(zhǔn)二級(jí)吸附模型的擬合圖像表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)R2為0.999 2，由斜率計(jì)算得到的飽和吸附量為83.13 mg／g，這與實(shí)驗(yàn)值比較接近，說明準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可對(duì)印跡聚合物的吸附過程做出較為準(zhǔn)確的描述.根據(jù)式（6）作q～t0.5圖，結(jié)果如圖5所示.圖中的曲線分成了三個(gè)部分，開始0～20 min內(nèi)擴(kuò)散速率常數(shù)ki＝13.72 mg·g－1·min－0.5，圖線斜率較高，說明內(nèi)擴(kuò)散過程進(jìn)行得較快，液膜擴(kuò)散、表面吸附等外擴(kuò)散過程發(fā)揮著主要作用；第二階段20～80 min內(nèi)擴(kuò)散速率常數(shù)ki＝5.68 mg·g－1·min－0.5，此時(shí)吸附過程主要集中在顆粒內(nèi)擴(kuò)散.第三階段80～200 min曲線趨于水平，表明吸附已達(dá)平衡.

圖4 準(zhǔn)一級(jí)與準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的擬合圖Fig.4 Linear fit of the pseudo first order kinetic model and pseudo second order kinetic model

圖5 內(nèi)擴(kuò)散模型的擬合圖Fig.5 Fitting result of the internal diffusion model

3 結(jié)語

在室溫下分子印跡聚合物可以有效地吸附林可霉素，吸附容量可達(dá)83．08 mg／g，其等溫吸附曲線可用Langmuir模型進(jìn)行很好的描述．聚合物的吸附過程進(jìn)行得很快，但受溶劑極性影響較明顯，在低極性溶劑中效果較優(yōu)，80 min即達(dá)吸附平衡．吸附動(dòng)力學(xué)行為可用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行很好的描述，吸附過程受液膜擴(kuò)散、表面吸附和顆粒內(nèi)擴(kuò)散等多種作用力的共同影響．研究結(jié)果表明，林可霉素分子印跡聚合物是一種性能優(yōu)良的吸附劑，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)中林可霉素的分離提純有著重要的意義．今后的研究應(yīng)對(duì)吸附機(jī)理作進(jìn)一步的深入探討，建立更為精確的數(shù)學(xué)模型，為其實(shí)際應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)．

致謝

感謝武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院發(fā)表的《林可霉素A分子印跡聚合物微球的制備及性能》作者的前期工作，同時(shí)對(duì)河南南陽普康藥業(yè)有限公司的支持深表感謝！

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Static adsorption of molecularly imprinted polymer to Lincomycin

ZHANG You－h(huán)ong，ZHONG Ji－liang，LI Wei－peng，CHEN Jie，CHEN Yan，RONG Guang－jian
School of Chemical Engineering and Pharmacy，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China

Lincomycin molecular imprinted polymer was prepared by two－step swelling polymerization．The adsorption isothermal，adsorption kinetics and the diffusion process of molecularly imprinted polymer were investigated，and the adsorption properties of imprinted polymer were discussed by analyzing experiment data．The results show that the adsorption isothermal and the kinetics of imprinted ploymer are well fitted by Langmuir model and pseudo－second－order equation，whose regression coefficients are 0．995 6 and 0．999 2，respectively．The fitting result of internal diffusion model shows a segmented straight line，which indicates that the adsorption process is affected by a variety of forces．Lincomycin molecularly imprinted polymer has good adsorption capacity of 83．08 mg／g and rapid adsorption equilibrium within 80 min in non－polarity environment．The prepared molecularly imprinted polymer can be successfully applied to the separation of lincomycin in solution，as a new adsorption material with excellent performance．

molecularly imprinted polymer；lincomycin；static adsorption；kinetics

TQ317.3

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2015.06.003

1674－2869（2015）06－0010－05

本文編輯：張瑞

2015－4－7

張佑紅（1964－），男，湖南瀏陽人，教授，博士，博士研究生導(dǎo)師．研究方向：細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)．