1-氨基乙内酰脲分子印迹聚合物的 制备和吸附性能研究
裴 红,胡 静,高文惠
(河北科技大学生物科学与工程学院,河北省 石家庄 050018)
摘要:以1-氨基乙内酰脲(AHD)为模板分子,α-甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯 (EDMA)为交联剂,采用本体聚合方法合成了分子印迹聚合物(MIP),考察了模板分子与功能单体不同比例 下制备的MIP对模板分子的吸附性能。通过Scatchard分析,表明该印迹聚合物上存在一类等价的吸附位点, 其结合位点的离解常数KD=4. 33mmol/L。
关键词:1-氨基乙内酰脲;分子印迹聚合物;静态吸附; Scatchard分析
分子印迹(molecular imprinting)又称分子烙 印,属于超分子化学中主客体化学范畴,是源于高 分子化学、生物化学、材料科学的一门交叉学科。 分子印迹技术(molecular imprinting technique, MIT)是模拟自然界所存在的分子识别作用,如酶 与底物、抗体与抗原等,以目标分子为模板合成聚 合物的方法。由于这种分子印迹聚合物 (molecularly imprinted polymer,MIP)对印迹分子具 有生物实体的专一识别性,而且与生物实体相比 具有稳定性好、抗恶劣环境能力强、使用寿命长等 优点,因而受到广泛的关注和重视。在许多领域, 如色谱中对映体和异构体的分离、固相萃取、化学 仿生传感器、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离 技术等领域展现了良好的应用前景[1, 2],近年来已 有文献介绍MIPs的应用[3-6]。
1-氨基乙内酰脲(1-aminohy-dantoin,AHD)是 硝基呋喃类兽药中呋喃妥因的代谢产物,它可以 在人类胃液的酸性条件下从蛋白质中释放出来被 人体吸收而对人类健康造成危害。
本文以1-氨基乙内酰脲(AHD)为模板分子, α-甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,乙二醇二甲基 丙烯酸酯(EDMA)为交联剂,采用本体聚合方法 合成了MIP,考察了模板分子与功能单体不同比 例下制备的MIP对模板分子的吸附性能,并进行 Scatchard分析。为下一步硝基呋喃类兽药检测奠 定基础。
1 实验部分
1. 1 试剂与仪器
1-氨基乙内酰脲(AHD, AP, Labor Dr. EhrenstorferGmbH提供);甲醇、乙腈(色谱纯,天 津市康科德试剂有限公司);α-甲基丙烯酸(MAA, AP,天津市化学试剂一厂,使用前需要重蒸以除去 阻聚剂);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剂);偶氮二 异丁腈(AIBN, CP,上海市四赫维化工有限公司, 使用前在乙醇中重结晶纯化)。
高效液相色谱仪LC-20A(日本岛津公司); SP-756P型紫外可见分光光度计(上海光谱仪器有 限公司); SHZ-82A型恒温水浴振荡器(江苏省太 仓医疗器械厂)。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 聚合物的制备
将1-氨基乙内酰脲(0.2mmol)和相应比例的甲 基丙烯酸酯MAA放入50mL的安瓿瓶中,加16mL 甲醇-乙腈(体积比为1∶1)使其反应,振荡30min后, 再加交联剂EDMA 8mmol和引发剂AIBN 0·02g。 超声混匀通N2脱氧10min后,真空密封,在60℃的 恒温水浴振荡器中振荡24h,得块状固体MIP。经 研磨、粉碎,过200目筛,再用去离子水沉降聚合物 3次除去过细粉末。将最终得到的MIP颗粒用甲醇 ∶乙酸(体积比9∶1)洗脱至无模板分子,最后用甲醇 浸泡1h除去残留的乙酸,洗脱后的聚合物放入真 空干燥器中(65℃)干燥12h,得到1-氨基乙内酰脲 模板聚合物MIP。空白聚合物(NMIP)除了未加模 板分子外其余操作同上。
1. 2. 2 结合特性试验
配制0. 01mol/L的AHD甲醇-乙腈(体积比1 ∶1)溶液,功能单体MAA的浓度分别为0、0. 02mol/L、0. 04mol/L、0. 06mol/L、0. 08mol/L,模板 分子和功能单体的比例为1∶0、1∶2、1∶4、1∶6、1∶8,在 25℃恒温水浴振荡器中振荡12h,使之充分反应, 用相应浓度的功能单体溶液作参比测定其紫外吸 收光谱,考察波长移动的情况。
1. 2. 3 结合量试验
1. 2. 3. 1 不同聚合物吸附性能考察 分别称取上述按不同比例功能单体制备的聚 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 (体积比1∶1)将其混合,混合物在25℃下恒温振 荡24h。然后在1000r/min转速下离心10min,取 一定量的上清液用HPLC法在241nm处测定吸附 平衡后溶液浓度,根据结合前后溶液浓度变化计 算聚合物对底物的结合量Q,平行测定3次后取平 均值。其中吸附量可由公式计算:
Q=(C0-C)V/W
式中,C0和C分别为模板分子的起始浓度和 平衡浓度(mmol/L),V为溶液的体积(mL),W为 印迹聚合物的质量(g)。
1. 2. 3. 2 静态吸附试验
称取模板分子与功能单体按1∶4反应制得的 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(体积比1∶1)溶 液,浓度变化范围为0~5mmol/L,混合物在25℃ 下恒温振荡24h。以下操作如1. 2. 3. 1,计算其吸 附量Q,以初始溶度C0为横坐标、吸附量Q为纵坐 标绘制吸附等温线,然后进行Scatchard分析。空 白聚合物的静态吸附实验操作和处理同上。
2 结果与讨论
2. 1 AHD和MAA之间相互作用的紫外光谱分析
采用MAA作为功能单体,在浓度为0. 01mol/ L的AHD甲醇-乙腈(体积比为1∶1)溶液中,分别 加入不同量的功能单体,当功能单体与模板分子 的摩尔比分别为0, 2∶1, 4∶1, 6∶1和8∶1时, 1-氨基 乙内酰脲紫外光谱的变化如图1所示。 从图1上可看出,在1-氨基乙内酰脲的甲醇- 乙腈(体积比为1∶1)溶液中加入MAA,随着功能 单体浓度的增大,AHD的最大吸收峰不断红移,紫 外吸收峰的红移现象说明功能单体与模板分子有 作用,并且根据模板分子和功能单体的分子结构 分析它们之间的主要作用力为氢键作用力。
2. 2 功能单体用量对分子印迹聚合物吸附性能 的影响
在固定模板分子和交联剂的条件下,改变 MAA的加入量,试验考察了模板分子与功能单体 的摩尔比对聚合物吸附性能的影响,结果见表1。 为了比较印迹效果定义印迹因子IF,由公式计算: IF=QMIP/QNMIP
其中QMIP为印迹聚合物吸收模板的量,QNMIP 为非印迹聚合物吸收模板的量。
从表1的试验结果也可以看出,当模板分子 与功能单体MAA的摩尔比为1∶4时,制备的分子 印迹聚合物不仅具有较大的吸附量,且具有最好 的印迹效果;这可能是因为在较低的模板分子与 功能单体摩尔比(如1∶2)时,模板分子印迹不充 分,使得印记聚合物吸附量低;而当模板分子与功 能单体MAA的摩尔比过高(如1∶8)时,过量的功 能单体会导致聚合物中非特异性识别位点增加, 印迹效果降低。故试验确定模板分子与功能单体 MAA的摩尔比为1∶4。
2. 3 聚合物对模板分子的吸附选择性及 Scatchard分析
通过静态吸附试验研究了1-氨基乙内酰脲在 分子印迹聚合物(MIP)和非印迹聚合物(NMIP)上 的吸附行为,吸附等温线见图2。
由图2可见印迹聚合物对AHD具有一定的 吸附能力,而非印迹聚合物对AHD吸附小。表明
MIP对AHD具有印迹能力,AHD可通过氢键和空 间匹配达到吸附;而对于NMIP来说,虽然对AHD 有非特异性吸附,但由于位置关系,不具有作用位 点的匹配性,因此NMIP对AHD吸附力弱。 在分子印迹研究中常用Scatchard模型来评价 聚合物的结合特性,通过Scatchard分析可获得吸 附位点的结合类型、结合平衡常数及最大结合量 等重要信息。依据Scatchard方程:
其中式中Q为MIP对模板分子的吸附量,C 为模板分子的平衡浓度,Qmax为结合位点的最大表 观结合数,KD为结合位点的平衡解离常数。 1-氨基乙内酰脲在其MIP上的Scatchard分析 见图3。由图3可见, Scatchard图中近似直线的点 进行线性拟合,可得到一条线性良好的曲线,表明 MIP存在一类等价的结合位点,对AHD呈现均匀 的亲和力。从图3得其回归方程为Q /C=1. 96-0. 2311Q,由此求得离解常数KD=4. 33mmol/L,最大 表观结合位点数Qmax=8. 50mg/g。
3 结论
以1-氨基乙内酰脲为模板分子,α-甲基丙烯 酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂, 采用本体聚合方法合成了MIP,考察了模板分子 与功能单体不同比例下制备的MIP对模板分子的 吸附性能,并进行Scatchard分析。试验表明,印迹 聚合物对模板分子具有印迹能力,且通过氢键和 空间匹配作用,由Scatchard分析可知AHD和功能 单体MAA形成一类等价的结合位点,其结合位点 的离解常数KD=4. 33mmol/L。
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来源：中国化学试剂网
