1-氨基乙內(nèi)酰脲分子印跡聚合物的 制備和吸附性能研究
裴 紅,胡 靜,高文惠
(河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北省 石家莊 050018)
摘要:以1-氨基乙內(nèi)酰脲(AHD)為模板分子,α-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,采用本體聚合方法合成了分子印跡聚合物(MIP),考察了模板分子與功能單體不同比例 下制備的MIP對模板分子的吸附性能。通過Scatchard分析,表明該印跡聚合物上存在一類等價的吸附位點, 其結(jié)合位點的離解常數(shù)KD=4. 33mmol/L。
關(guān)鍵詞:1-氨基乙內(nèi)酰脲;分子印跡聚合物;靜態(tài)吸附; Scatchard分析
分子印跡(molecular imprinting)又稱分子烙 印,屬于超分子化學(xué)中主客體化學(xué)范疇,是源于高 分子化學(xué)、生物化學(xué)、材料科學(xué)的一門交叉學(xué)科。 分子印跡技術(shù)(molecular imprinting technique, MIT)是模擬自然界所存在的分子識別作用,如酶 與底物、抗體與抗原等,以目標分子為模板合成聚 合物的方法。由于這種分子印跡聚合物 (molecularly imprinted polymer,MIP)對印跡分子具 有生物實體的專一識別性,而且與生物實體相比 具有穩(wěn)定性好、抗惡劣環(huán)境能力強、使用壽命長等 優(yōu)點,因而受到廣泛的關(guān)注和重視。在許多領(lǐng)域, 如色譜中對映體和異構(gòu)體的分離、固相萃取、化學(xué) 仿生傳感器、模擬酶催化、臨床藥物分析、膜分離 技術(shù)等領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景[1, 2],近年來已 有文獻介紹MIPs的應(yīng)用[3-6]。
1-氨基乙內(nèi)酰脲(1-aminohy-dantoin,AHD)是 硝基呋喃類獸藥中呋喃妥因的代謝產(chǎn)物,它可以 在人類胃液的酸性條件下從蛋白質(zhì)中釋放出來被 人體吸收而對人類健康造成危害。
本文以1-氨基乙內(nèi)酰脲(AHD)為模板分子, α-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,采用本體聚合方法 合成了MIP,考察了模板分子與功能單體不同比 例下制備的MIP對模板分子的吸附性能,并進行 Scatchard分析。為下一步硝基呋喃類獸藥檢測奠 定基礎(chǔ)。
1 實驗部分
1. 1 試劑與儀器
1-氨基乙內(nèi)酰脲(AHD, AP, Labor Dr. EhrenstorferGmbH提供);甲醇、乙腈(色譜純,天 津市康科德試劑有限公司);α-甲基丙烯酸(MAA, AP,天津市化學(xué)試劑一廠,使用前需要重蒸以除去 阻聚劑);乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA,AP,New Jersey,USA,用前需要重蒸以除去阻聚劑);偶氮二 異丁腈(AIBN, CP,上海市四赫維化工有限公司, 使用前在乙醇中重結(jié)晶純化)。
高效液相色譜儀LC-20A(日本島津公司); SP-756P型紫外可見分光光度計(上海光譜儀器有 限公司); SHZ-82A型恒溫水浴振蕩器(江蘇省太 倉醫(yī)療器械廠)。
1. 2 實驗方法
1. 2. 1 聚合物的制備
將1-氨基乙內(nèi)酰脲(0.2mmol)和相應(yīng)比例的甲 基丙烯酸酯MAA放入50mL的安瓿瓶中,加16mL 甲醇-乙腈(體積比為1∶1)使其反應(yīng),振蕩30min后, 再加交聯(lián)劑EDMA 8mmol和引發(fā)劑AIBN 0·02g。 超聲混勻通N2脫氧10min后,真空密封,在60℃的 恒溫水浴振蕩器中振蕩24h,得塊狀固體MIP。經(jīng) 研磨、粉碎,過200目篩,再用去離子水沉降聚合物 3次除去過細粉末。將最終得到的MIP顆粒用甲醇 ∶乙酸(體積比9∶1)洗脫至無模板分子,最后用甲醇 浸泡1h除去殘留的乙酸,洗脫后的聚合物放入真 空干燥器中(65℃)干燥12h,得到1-氨基乙內(nèi)酰脲 模板聚合物MIP?？瞻拙酆衔?NMIP)除了未加模 板分子外其余操作同上。
1. 2. 2 結(jié)合特性試驗
配制0. 01mol/L的AHD甲醇-乙腈(體積比1 ∶1)溶液,功能單體MAA的濃度分別為0、0. 02mol/L、0. 04mol/L、0. 06mol/L、0. 08mol/L,模板 分子和功能單體的比例為1∶0、1∶2、1∶4、1∶6、1∶8,在 25℃恒溫水浴振蕩器中振蕩12h,使之充分反應(yīng), 用相應(yīng)濃度的功能單體溶液作參比測定其紫外吸 收光譜,考察波長移動的情況。
1. 2. 3 結(jié)合量試驗
1. 2. 3. 1 不同聚合物吸附性能考察 分別稱取上述按不同比例功能單體制備的聚 合物MIP及空白NMIP各15mg放入10mL具塞玻 璃管中,加入5mL 5mmol/LAHD的甲醇-乙腈溶液 (體積比1∶1)將其混合,混合物在25℃下恒溫振 蕩24h。然后在1000r/min轉(zhuǎn)速下離心10min,取 一定量的上清液用HPLC法在241nm處測定吸附 平衡后溶液濃度,根據(jù)結(jié)合前后溶液濃度變化計 算聚合物對底物的結(jié)合量Q,平行測定3次后取平 均值。其中吸附量可由公式計算:
Q=(C0-C)V/W
式中,C0和C分別為模板分子的起始濃度和 平衡濃度(mmol/L),V為溶液的體積(mL),W為 印跡聚合物的質(zhì)量(g)。
1. 2. 3. 2 靜態(tài)吸附試驗
稱取模板分子與功能單體按1∶4反應(yīng)制得的 MIP及空白NMIP各15mg放入10mL具塞玻璃管 中,加入5mL AHD的甲醇-乙腈(體積比1∶1)溶 液,濃度變化范圍為0~5mmol/L,混合物在25℃ 下恒溫振蕩24h。以下操作如1. 2. 3. 1,計算其吸 附量Q,以初始溶度C0為橫坐標、吸附量Q為縱坐 標繪制吸附等溫線,然后進行Scatchard分析?？?nbsp;白聚合物的靜態(tài)吸附實驗操作和處理同上。
2 結(jié)果與討論
2. 1 AHD和MAA之間相互作用的紫外光譜分析
采用MAA作為功能單體,在濃度為0. 01mol/ L的AHD甲醇-乙腈(體積比為1∶1)溶液中,分別 加入不同量的功能單體,當功能單體與模板分子 的摩爾比分別為0, 2∶1, 4∶1, 6∶1和8∶1時, 1-氨基 乙內(nèi)酰脲紫外光譜的變化如圖1所示。 從圖1上可看出,在1-氨基乙內(nèi)酰脲的甲醇- 乙腈(體積比為1∶1)溶液中加入MAA,隨著功能 單體濃度的增大,AHD的最大吸收峰不斷紅移,紫 外吸收峰的紅移現(xiàn)象說明功能單體與模板分子有 作用,并且根據(jù)模板分子和功能單體的分子結(jié)構(gòu) 分析它們之間的主要作用力為氫鍵作用力。
2. 2 功能單體用量對分子印跡聚合物吸附性能 的影響
在固定模板分子和交聯(lián)劑的條件下,改變 MAA的加入量,試驗考察了模板分子與功能單體 的摩爾比對聚合物吸附性能的影響,結(jié)果見表1。 為了比較印跡效果定義印跡因子IF,由公式計算: IF=QMIP/QNMIP
其中QMIP為印跡聚合物吸收模板的量,QNMIP 為非印跡聚合物吸收模板的量。
從表1的試驗結(jié)果也可以看出,當模板分子 與功能單體MAA的摩爾比為1∶4時,制備的分子 印跡聚合物不僅具有較大的吸附量,且具有最好 的印跡效果;這可能是因為在較低的模板分子與 功能單體摩爾比(如1∶2)時,模板分子印跡不充 分,使得印記聚合物吸附量低;而當模板分子與功 能單體MAA的摩爾比過高(如1∶8)時,過量的功 能單體會導(dǎo)致聚合物中非特異性識別位點增加, 印跡效果降低。故試驗確定模板分子與功能單體 MAA的摩爾比為1∶4。
2. 3 聚合物對模板分子的吸附選擇性及 Scatchard分析
通過靜態(tài)吸附試驗研究了1-氨基乙內(nèi)酰脲在 分子印跡聚合物(MIP)和非印跡聚合物(NMIP)上 的吸附行為,吸附等溫線見圖2。
由圖2可見印跡聚合物對AHD具有一定的 吸附能力,而非印跡聚合物對AHD吸附小。表明
MIP對AHD具有印跡能力,AHD可通過氫鍵和空 間匹配達到吸附;而對于NMIP來說,雖然對AHD 有非特異性吸附,但由于位置關(guān)系,不具有作用位 點的匹配性,因此NMIP對AHD吸附力弱。 在分子印跡研究中常用Scatchard模型來評價 聚合物的結(jié)合特性,通過Scatchard分析可獲得吸 附位點的結(jié)合類型、結(jié)合平衡常數(shù)及最大結(jié)合量 等重要信息。依據(jù)Scatchard方程:
其中式中Q為MIP對模板分子的吸附量,C 為模板分子的平衡濃度,Qmax為結(jié)合位點的最大表 觀結(jié)合數(shù),KD為結(jié)合位點的平衡解離常數(shù)。 1-氨基乙內(nèi)酰脲在其MIP上的Scatchard分析 見圖3。由圖3可見, Scatchard圖中近似直線的點 進行線性擬合,可得到一條線性良好的曲線,表明 MIP存在一類等價的結(jié)合位點,對AHD呈現(xiàn)均勻 的親和力。從圖3得其回歸方程為Q /C=1. 96-0. 2311Q,由此求得離解常數(shù)KD=4. 33mmol/L,最大 表觀結(jié)合位點數(shù)Qmax=8. 50mg/g。
3 結(jié)論
以1-氨基乙內(nèi)酰脲為模板分子,α-甲基丙烯 酸為功能單體,乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑, 采用本體聚合方法合成了MIP,考察了模板分子 與功能單體不同比例下制備的MIP對模板分子的 吸附性能,并進行Scatchard分析。試驗表明,印跡 聚合物對模板分子具有印跡能力,且通過氫鍵和 空間匹配作用,由Scatchard分析可知AHD和功能 單體MAA形成一類等價的結(jié)合位點,其結(jié)合位點 的離解常數(shù)KD=4. 33mmol/L。
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來源：中國化學(xué)試劑網(wǎng)
