鸡蛋中磺胺类药物的分子印迹聚合物的制备及性能研究

鸡蛋中磺胺类药物的分子印迹聚合物的制备及性能研究
黄镭;刘淼;熊舟翼;熊汉国
【摘要】本文利用分子印迹技术,制备用于快速检测的磺胺类药物分子印迹高分子聚合材料.利用Langmuir数学模型对吸附特性进行了分析,通过Scatchard分析与平衡结合方法等手段对其分子识别能力和选择性进行了研究.
【期刊名称】《肉类研究》
【年(卷),期】2010(000)010
【总页数】5页(P49-53)
【关键词】分子印迹;磺胺;沉淀聚合
【作者】黄镭;刘淼;熊舟翼;熊汉国
【作者单位】华中农业大学,食品科技院,武汉,430070;华中农业大学,食品科技院,武汉,430070;华中农业大学楚天学院,武汉,430205;华中农业大学,食品科技院,武汉,430070
【正文语种】中文
【中图分类】O626.23
磺胺类药物（Sulfa-drugs，SFAs）是一类人工合成的抗菌素，具有抗菌光谱，疗效强等优点，被广泛地应用于畜牧养殖业。

但同时，磺胺类药物可能会引起排尿和造血紊乱等副作用，食用含磺胺类药物及其代谢的肉类制品对人体有害。

实际生产中，使用较多的是磺胺（Sulfanilamide，SNM）、磺胺二甲嘧啶（Sulfamethazine，SM2）、磺胺异唑（Sulfisoxazole，SIZ）三种成分（分子
结构式见图1），已确认磺胺类药物引起人体组织的损害也大都由以上三种药物造成的（Zheng et al．，2002；刘明生等，2007）。

分子印迹聚合物（Molecular Imprinting Polymer，MIP）是一种新型高分子功能性材料，对印迹分子及其结构类似的客体分子具有特异结合和识别性，与天然的生物识别体系相比，MIP具有高度的抗干扰性与较长的使用寿命，并且制备简单易于操作(Alexander et al.，2006)。

因此，分子印迹聚合物被广泛应用于色谱分离、膜分离、临床药物分析、固相萃取等领域。

本文以三种最常使用的磺胺类药物分子为模板分子，以MAA为功能单体、DVB 为交联剂、AIBN为引发剂、乙腈为溶剂，利用热引发沉淀聚合法制备SFAs印迹聚合物微球，期望得到良好的印迹效果，并且通过Scatchard分析与平衡结合方法等手段对其分子识别能力和选择性进行了研究。

磺胺（SNM）、磺胺二甲嘧啶（SM2）、磺胺异唑（SIZ）：分析纯，国药集团试剂有限公司分装；甲基丙烯酸（MAA）、二乙烯基苯（DVB）：分析纯，天津市光复精细化工研究所；偶氮二异丁腈（AIBN）：分析纯，上海市四赫维化工有限公司；乙腈、甲苯、丙酮、氯仿（分析纯）：天津市永大化学试剂开发中心。

集热式恒温加热磁力搅拌器（DF-101S）：郑州长城科贸有限公司；数控超声波清洗仪（KQ2200DB）：昆山市超声仪器有限公司；电热恒温水浴槽：常州国华电器有限公司；高速冷冻离心机J-E：BECKMAN（美国）。

1.2.1 SFAs印迹聚合物微球的制备
100ml的圆底烧瓶中加入SNM 172.2mg（1mmol）、MAA 0.34ml(4mmol)，40mL乙腈，于室温下超声在超声仪中振荡15min-30min，静置过夜，再加入DVB 2.836mL（20mmol）和AIBN 40mg，密封后，60℃恒温水浴槽中进行热聚合12h后，取出冷却至室温（Villamena and De La Cruz，2001）。

聚合完成后，采用甲醇-冰醋酸洗脱液反复洗涤聚合物至上清液中检测不到磺胺分子，然后
高速离心分离干燥备用。

空白印迹聚合物（N-MIP）除了没有添加模板分子，其
他过程同上。

1.2.2 SFAs印迹聚合物微球静态结合性能实验
准确称取制备好的样品各25mg，置于25ml锥形瓶中，加入10ml浓度为
0.5mmol/L的SNM，SM2，SIZ的乙腈溶液，放入恒温振荡培养箱中振荡12h，12000r/min高速离心5min，取离心液1mL于10mL具塞比色管中，用乙腈稀
释定容，然后取稀释液，用紫外分光光度计在λ=270nm处测定吸光度，根据结
合前后溶液中底物的浓度变化计算制备的MIPs对底物的吸附量Q，平行测定三次取平均值。

结合量计算公式如下：
式中Q为吸附量，mmol/g；C0为吸附前溶液中底物的浓度，mmol/L；C为吸
附后溶液中吸附物质的浓度，mmol/L；V吸附液的体积；m为吸附剂的质量。

吸附底物后的MIPs用10%冰醋酸溶液洗涤除去模板分子，干燥后备用。

1.2.3 SFAs印迹聚合物微球吸附选择性实验
以SNM印迹聚合物微球为例进行吸附特异性分析。

准确称取制备好的SNM印迹聚合物25mg，置于25mL锥形瓶中，加入10mL浓度为0.5mmol/L的SNM、SM2、SIZ的乙腈溶液。

测定SNM印迹聚合物对结构类似的三种底物的吸附量Q，按式1-2求出选择因子α。

式中Qi、Qj分别表示印迹聚合物微球对模板分子与底物分子各自的吸附量。

α越大表示印迹聚合物微球对底物分子的选择性越好，且当α＞1.35时，通常认
为印迹聚合物可以将模板分子从混合组分中分离。

1.2.4 SFAs印迹聚合物微球吸附等温线实验
准确称取5份制备好的MIPs与N-MIPs各25mg，分别置于25ml锥形瓶中，加入10ml浓度依次为0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mmol/L的磺胺类分子的乙腈溶液。

测定MIP、N-MIPs对底物的吸附量Q，根据溶液浓度的变化绘制等温吸附曲线。

1.2.5 SFAs印迹聚合物微球吸附动力学实验
准确称取制备好的MIPs与N-MIPs各25mg各25mg，置于10ml的比色管中，加入1.0mmol/L的SNM，SIZ，SMZ的乙腈溶液，定容，放入恒温振荡培养箱
中振荡，分别于2h，4h，6h，8h，10h，12h，取一定吸附液于离心管中，12000r/min高速离心5min，取1mL离心液，乙腈稀释定容至10mL，于紫外分光光度计上，选定特定波长，测定吸光值。

根据吸光值的变化，确定吸附量Q与
时间h的变化关系曲线。

我们选择既可以作为氢键给体，又可以作氢键受体的MAA为功能单体；溶剂的使用我们考查了乙腈，甲苯、氯仿、丙酮四种溶剂对SFAs印迹聚合物制备的影响，结果见表1。

从表1可以看出，乙腈是较为合适的沉淀聚合法制备SFAs印迹聚合物的溶剂环境。

尽管乙腈的介电常数较高，对于非共价相互作用的影响较大，但是对于特定模板分子印迹物的制备前提是：模板分子在预聚溶液中可溶，并且溶剂的密度合适，能够在聚合反应中产生相的分离。

乙腈用量对SFAs印迹聚合物微球制备的影响研究结果表明，随着溶剂用量的增加，制备得印迹聚合物从块状到颗粒状，并且粒径也随之变小，当溶剂用量为40mL 时，可以制备得颗粒状均匀沉淀。

原因在于高浓度的预聚溶液中，聚合反应时粘度较大，模板分子-功能单体加成物得不到很好的分散，溶剂也不能充分进入聚合物
网络结构中，导致生成物的形貌和粒径大小不同，并且溶剂的用量影响了自由基引发聚合反应速率，导致高浓度反应溶液中印迹聚合物固化时间较短。

利用平衡吸附方法考察了SFAs印迹聚合物微球的静态结合性能，印迹聚合物微球对乙腈溶液中的底物吸附量Q结果见图2。

从图2中可以看出制备的SFAs印迹聚合物微球对于底物有较高的吸附量，而空白印迹聚合物的吸附量较小，说明印迹聚合物中存在对底物分子的特异性的结合位点，
而空白印迹聚合物只能靠非选择性的结合作用吸附底物分子，并且对印迹聚合物的重复使用性能进行了考察，结果表明对首次进行吸附实验的印迹聚合物进行洗涤、干燥再次使用，其对底物的吸附量没有明显的下降，表现出良好的重复使用性能。

分子印迹聚合物的选择吸附特性主要表现在相对于其他底物分子，印迹物对模板分子的吸附结合能力较强。

我们对SFAs印迹聚合物微球对不同底物分子的吸附量Q 进行实验，利用式1-2求的印迹物的选择因子α(姜忠义等，2003)。

结果表明制备的SNM印迹聚合物微球对溶液中底物分子为SM2、SIZ的吸附量较小，选择因子分别为3.17、3.65，表现出了较高的选择性，而制备得SM2、SIZ对溶液中的底物分子为SNM的选择因子只有1.84与1.42。

结合SFAs本身的分子结构，我们知道，SM2、SIZ与SNM分子结构中均具有胺基、磺酰胺基两种基团，而SM2具有嘧啶基团，SIZ具有唑基团，在对溶液中底物分子进行吸附时，除了共有的选择性结合位点之外，“额外官能团”引起的结合力的不同与分子的形状均导致了选择性的差异。

采用平衡吸附方法，测定了SFAs初始浓度为0.2-1.0mmol/L的范围内，印迹聚合物微球的吸附量Q随底物分子浓度的变化关系，结果见图3。

从图3中可以看出，随着溶液中底物分子浓度的增加，制备的SFAs印迹聚合物微球对底物的吸附量也随之增加，在较低的初始浓度处，吸附量呈线性增加趋势，而在较高的初始浓度处，吸附量逐渐趋于饱和，并且印迹聚合物对底物的吸附量要远大于空白印迹聚合物，结果表明了在SFAs印迹聚合物微球中对底物分子存在特异的结合位点。

将获得的SFAs印迹聚合物微球的等温吸附数据进行Scatchard分析，该分析常用来评价印迹聚合物的吸附特性。

Scatchard模型方程为：
式中Qmax为最大表观结合位点数；KD为结合位点的平衡离解常数；C为溶液中底物的初始浓度；Q为印迹聚合物微球对底物分子的平衡吸附量。

以Q/C对Q作
图，得到图4。

图4反映的是SFAs印迹聚合物微球的Scatchard曲线，可以发现，Q/C对Q均不呈现良好的线性关系，说明了制备的印迹聚合物对各自模板分子的结合位点的亲和力不是等价的，并且从Scatchard曲线上数据点的分布来看，这种亲和力的差
异性不大，这表明印迹聚合物与底物分子之间的识别和吸附主要由一种相互作用方式引起的。

图5反映的是SNM分子印迹原理，即SFAs-MAA加成物中存在O-H...O、N-H...O形式不一样的氢键力，但不同氢键力之间的强度差异不大，可能
的SFAs-MAA加成物结构在聚合物中存在的可能性基本相同。

吸附时间曲线主要用于确定制备的印迹聚合物对溶液中底物分子完全吸附所需的时间，便于我们提高实际应用效率。

为了考察SFAs印迹聚合物微球对底物分子的吸附平衡时间，固定乙腈溶液中底物分子的浓度为0.2mmol/L，在不同时间内测定
了印迹聚合物微球对底物的吸附量，结果见图6。

从图6可以看出，SFAs印迹聚合物微球对底物的吸附量均随着时间的增大而呈上升的趋势，在2-8h范围内增加的较为明显，呈线性增加的趋势，8-12h范围内，趋于平缓，基本到达平衡。

这是由于分子印迹聚合物中的孔穴的分布不可能完全均匀，并且存在着深孔与浅孔，因此，在吸附初始阶段，浅孔对底物分子的吸附较快，呈现出较快的结合速率，表现吸附量的增加速率较快；随着吸附时间的增加，印迹聚合物中存在的浅孔对底物分子的吸附达到饱和，底物分子向深孔传质的过程中有一定的位阻效应，导致吸附速率下降，吸附量的增加缓慢，直至达到吸附平衡。

利用沉淀聚合法中制备SFAs印迹聚合物微球，功能单体采用MAA，对制备过程
溶剂的影响因素进行了考察，使用四种常用溶剂，结果发现在乙腈溶液中，聚合反应10h可以得到分散性较好的均匀颗粒沉淀。

利用吸附动力学实验和Scatchard
分析研究了聚合物微球的吸附特性和选择性，实验表明分子印迹聚合物对模板分子具有较高的吸附特性。

通过该方法制备的印记聚合物微球期望应用于固相萃取柱的
制备，最终用于鸡蛋中磺胺类样品的分离、富集分析。

【相关文献】
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