2014 高分子学报 两步蒸馏沉淀聚合法制备红霉素表面分子印迹聚合物及其性能研究_刘江

第12期

2014年12月

高分子学报

ACTA POLYMEＲICA SINICA

No．12Dec．，2014

1635

*2014-04-15收稿，2014-05-16修稿；兵团博士资金专项（项目号2012BB020）、石河子大学高层次人才科研启动资金专项（项目号ＲCZX201115）、国家自然科学基金（基金号81260487）和人社部留学回国人员启动项目（项目号ＲSLX201204）资助．＊＊通讯联系人，

E-mail ：yingchunli_judy@163．com ；Th_pha@shzu．edu．cn doi ：10.11777/j．issn1000-3304.2014．14123两步蒸馏沉淀聚合法制备红霉素表面分子印迹

聚合物及其性能研究

*

刘江刘媛李迎春＊＊唐辉＊＊

吴冰冰（新疆特种植物药资源教育部重点实验室石河子大学药学院

石河子832002）

摘要采用两步蒸馏沉淀聚合法，制备了红霉素表面分子印迹聚合物．第一步制备了甲基丙烯酸和二乙烯

基苯共聚物微球（PMAA-co -DVB ），将其作为内核，再通过第二步蒸馏沉淀聚合，以甲基丙烯酸（MAA ）为功能单体，二乙烯基苯（DVB ）为交联剂，偶氮二异丁腈（AIBN ）为引发剂，红霉素（EM ）为模板分子，内核表面聚合一层分子印迹膜层，

从而制得具有“核-壳”结构的红霉素表面分子印迹聚合物．通过激光粒径测定、扫描电子显微镜以及结合实验对其形貌和结合性能进行表征．结果表明，在聚合物单体体积分数为7%时，制备出的PMAA-co -DVB 微球形态良好，当EM 与MAA 的比例为1ʒ4，第二步蒸馏沉淀聚合中单体体积分数为2.8%时，所得的印迹材料结合性能最佳，对EM 最大结合量为76.8mg /g ，结合达到平衡的时间为90min．对红霉素的识别能力高于对其结构类似物罗红霉素．关键词

两步蒸馏沉淀聚合，表面分子印迹，红霉素

分子印迹聚合物（molecularly imprinted

polymers ，MIPs ）是利用分子印迹技术（molecular imprinting technique ，MIT ）制备的对特定的模板分子有选择性结合的功能材料．由于MIPs 具有构效预定性（predetermination ）、特异识别性（specific recognition ）和广泛实用性（practicability ）等诸多特点且有较强的分离和富集能力，

逐渐发展成一个研究热点，已应用于药物分析、食品分析、军事、生化分离、生物传感器等多个领域

［1］

．传统方法

制备的印迹聚合物因印迹位点大都位于聚合物内

部，存在模板分子洗脱困难、分子渗漏、结合速率低、达结合平衡时间较长、或反应体系中需加入稳定剂而导致成分复杂等诸多问题，且制备的材料形状各异，粒径难以控制

［2］

．近年来发展的表面

印迹技术可以将印迹位点固定于材料表面，从而克服传统印迹中的模板“包埋”现象，所制备的表面分子印迹聚合物（surface molecularly imprinted polymers ，SMIPs ），较其他方法制备的印迹材料有显著特点：结合位点较容易获得；物质迁移快；结合动力学快；可以印迹蛋白质等生物大分子

［2］

．

以“核-壳”结构为代表的球状SMIPs ［3］

可以通过

基质微粒的大小控制SMIPs 的大小和形状，

规整的外形拓展了其应用范围，也提高了材料的性能．

SMIPs 的制备方法大致可分为牺牲载体法、化学接枝法、聚合加膜法等

［2］

，大都以硅胶作为

内核，在其表面进行修饰聚合而得到表面印迹材料．但硅胶需要进行前处理，制备过程繁琐，导致产率较低

［4］

；且大部分商品化的硅胶颗粒多为无

定形，粒径大小不均，使制得的印迹材料形状、粒

径都难以控制，

降低了印迹材料性能．如以有机聚合物微球为内核，则能弥补硅胶作为内核的不足．

首先，目前聚合物微球的制备技术已能保证具有良好单分散性内核的合成，其次，在合成有机内核的过程中，可以根据需要直接合成含有特定基团的微球（如氯甲基［5］

、腈基［6，7］、羟基［8，9］

、羧酸

基

［10 12］

和吡啶基

［13］

、氨基［14］

等），从而简化了外

壳接枝聚合的制备流程，提高了产率．

目前合成有机聚合物微球的常见方法有分散

聚合、乳液聚合、悬浮聚合、沉淀聚合、蒸馏沉淀聚合法等

［15］

．蒸馏沉淀聚合是杨新林、黄文强等

［6］

在沉淀聚合的基础上发展起来的，其课题组已将此聚合方法的机理进行了深入的研究并用此方法

高分子学报2014年

制备出了一系列功能材料［16］．蒸馏沉淀聚合反应开始于含有单体和引发剂的均相体系，随着溶剂被蒸馏出来，体系中形成单分散的聚合物微球．由于该聚合过程中通常不需要添加任何表面稳定剂或添加剂，聚合物微球洁净，避免了用溶剂对这些助剂进行抽提等复杂过程，且反应容易进行，聚合过程能得到很好的控制［16］．蒸馏沉淀聚合已经被证实是一个方便且能有效地制备具有不同化学结构和相结构的聚合物微球的反应方法．本课题采用以蒸馏沉淀聚合法制得的甲基丙烯酸-二乙烯基苯共聚微球（PMAA-co-DVB）为内核，通过二次蒸馏沉淀聚合反应，以限制使用的兽药红霉素（EM）为模板分子制备了红霉素表面印迹聚合物（EM-SMIPs）．

1实验部分

1.1仪器与试剂

UV-2401PC型紫外分光光度计（Shimadzu中国公司）；LC-15C高效液相色谱仪（Shimadzu中国公司）；JSM-6490LV扫描电子显微镜（日本电子公司）；S3500激光散射粒度分析仪（美国Microtrac公司）；IＲaffinity-1CE红外仪（Shimadzu中国公司）；SHA-C型水浴恒温振荡器（江苏省金坛市医疗仪器厂），BS110S天平（德国Sartorius公司）；JJ-1电动搅拌器（常州市伟嘉仪器制造有限公司）；雷磁PHS-3C型pH计（上海精密科学仪器有限公司）；SK5200HP超声波提取器（上海科导超声仪器有限公司）；干燥箱（上海市实验仪器总厂）．

红霉素（erythromycin，EM），广东省韶关市集琦药业有限公司；罗红霉素（roxithromycin，ＲOX），上海源叶生物科技有限公司；甲基丙烯酸（MAA）、偶氮二异丁腈（AIBN），天津光复精细化工研究所；二乙烯基苯（DVB），纯度≥80%，Sigma 中国公司；乙腈、甲醇，色谱纯，Fisher Scientific中国公司；乙腈、甲醇、冰乙酸、磷酸氢二钾，均为市售分析纯试剂．DVB使用前用5%的氢氧化钠洗涤以除去阻聚剂；MAA使用前经旋转蒸发以除去阻聚剂；AIBN用前用乙醇重结晶．

1.2EM-SMIPs的制备

1.2.1第一步蒸馏沉淀聚合制备甲基丙烯酸-二乙烯基苯共聚物微球（PMAA-co-DVB）

按文献［17］所述方法制备，具体如下：将均匀分散在80mL乙腈中的引发剂AIBN（占单体总质量的2%）、单体MAA和交联剂DVB置于圆底烧瓶中，通氮气5min后以120r/min的速度搅拌并加热，于30min内加热至乙腈沸点并收集蒸出的溶剂，控制温度，以1.5 2h内蒸出40mL乙腈为反应终点．将所得聚合物乳液经超声、抽滤后，分别用四氢呋喃、丙酮和乙醚各洗3次，将所得固体干燥备用．

1.2.2第二步蒸馏沉淀聚合制备EM-SMIPs

取红霉素、AIBN、MAA、DVB溶于20mL乙腈中，超声2min使之混合均匀，避光静置12h得预聚合液．取第一步蒸馏沉淀聚合得到的聚合物0.5g置于三口烧瓶中，倒入预聚合液，加入乙腈60mL，通氮气5min后以120r/min的速度搅拌并加热，在30min内加热至乙腈沸点并收集蒸出的溶剂，控制温度，以1.5 2h内蒸出40mL乙腈为反应终点．将所得聚合物乳液经超声、抽滤后，分别用甲醇洗3次，将所得固体干燥备用．除不加模板分子红霉素外，非印迹聚合物（non-imprinted polymers，NIPs）的制备方法同上．

1.2.3表面分子印迹聚合物模板分子的洗脱

所得聚合物用甲醇-冰醋酸（9ʒ1，V/V）作为洗脱剂以3mL/min回流速度索式提取24h，之后用甲醇冲洗数次，烘箱50ħ干燥，保存备用．

1.3红霉素、罗红霉素色谱条件

含量检测均采用2010版中国药典高效液相色谱（HPLC）法，色谱柱，WondaSil C18（150mmˑ4.6mm，5μm）；柱温，25ħ；流速，1.0mL/min．

红霉素色谱条件为：流动相，乙腈-磷酸盐缓冲液（pH=8.2）（6ʒ4，V/V）；检测波长，215nm．罗红霉素色谱条件为：流动相，0.067mol/L 磷酸二氢铵溶液（用三乙胺调节pH值至6.5）-乙腈（65ʒ35，V/V）；检测波长，210nm．

1.4结合热力学实验

称取10份20mg EM-SMIPs于5mL离心管中，除一份加入3mL甲醇作为空白，另9份分别加入浓度为0.3、0.6、1.0、2、5、8、12、16、20mg/ mL的红霉素甲醇溶液3mL．将离心管密封处理，放入25ħ振荡器中振荡24h，取出离心，吸取上清液用HPLC测定含量．NIPs按同样操作进行．1.5结合动力学实验

分别称取20mg EM-SMIPs和NIPs各9份至5mL离心管中，加入一定浓度红霉素甲醇溶液3 mL，置于25ħ振荡器中．分别于10、30、60、90、120、150、180、240、300min取样，离心，测定上清

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