苯胺綠分子印跡聚合物制備條件對識別能力的影響*

何丹鳳 ，王麗敏 ，初洪濤 ，蘇連江 ，張永忠 ，侯近龍

（1.大慶師范學院 化學化工學院，黑龍江省普通高等學校油田應用化學重點建設實驗室，黑龍江 大慶 163712；2.齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

苯胺綠別名堿性綠、鹽基塊綠、孔雀綠、維多利亞綠或中國綠，在細胞分裂時阻礙蛋白肽的形成，使細胞內的氨基酸無法轉化為蛋白肽，細胞分裂受到抑制，從而產生抗菌作用，曾被廣泛用于預防與治療各類水產動物的水霉病、鰓霉病和小瓜蟲病。從上世紀90年代開始，國內外學者陸續發現，苯胺綠及其代謝產物無色苯胺綠具有高毒素、高殘留、高致癌和高致畸、致突變等副作用，其殘留時間達到100天以上，2005年6月5日，英國食品標準局在英國一家知名的超市連鎖店出售的鮭魚體內發現一種名為“苯胺綠”的成分，有關方面將此事迅速通報給歐洲國家所有的食品安全機構，發出了繼“蘇丹紅1號”、“對位紅”之后的又一食品安全警報。英國食品標準局發布消息說，苯胺綠是一種對人體有極大副作用的化學制劑，這種化學物質不應該出現在任何食品中。中國農業部辦公廳于2005年7月7日發布了《關于組織查處“苯胺綠”等禁用獸藥的緊急通知》，要求各地盡快組織開展苯胺綠等禁用藥物的專項整治工作。

目前,國內外對苯胺綠及其代謝產物的檢測多采用高效液相色譜法，我國國家標準檢測苯胺綠的方法采用的是高效液相色譜-質譜聯用，這些方法檢測儀器設備昂貴，不宜于普及推廣，并且檢測限也達不到。因此，建立一種可廣泛應用的苯胺綠快速檢測方法勢在必行。利用分子印跡技術制備的苯胺綠分子印跡聚合物，對苯胺綠有很強的特異吸附作用，同時具有可再生、易于推廣等優點、操作方法簡便快速。

1 苯胺綠分子印跡聚合物制備條件研究

1.1 引發方式的選擇

本實驗采用偶氮二異丁睛(AIBN)作引發劑，考慮到溫度過高可能會降低模板分子和功能單體之間的相互作用，從而降低印跡聚合物的印跡效應，在低溫下形成△S為負值，從而使聚合物形成時的識別空腔增多，穩定性增加，另外，對于不穩定的模板分子，低溫還有利于減少副反應的發生。因此，實驗首先采取了光引發的方式來制備苯胺綠分子印跡聚合物，采用0℃冰水浴，在紫外燈下照射，聚合24h，結果顯示只有安培瓶壁上的少量溶液固化，實驗證明苯胺綠分子印跡聚合物在一定條件下無法進行光引發聚合。

進一步實驗證明，將反應溫度定為50℃水浴恒溫加熱，聚合12h即可得到機械強度較好的綠色棒狀聚合物，將反應溫度定為60℃水浴恒溫加熱，聚合24h效果更佳，說明苯胺綠分子印跡聚合物是可以通過熱引發來制備的，因此本實驗的其它苯胺綠分子印跡聚合物均采用熱引發的聚合方式進行聚合。

圖1 偶氮二異丁氰（AIBN）作為引發劑時的自由基引發聚合機理Fig.1 Mechanism of polymerization of free radicals with AIBN as initiator

本實驗中采用熱聚合時，將反應溫度定為60℃水浴恒溫加熱，聚合時間定為24h，可得到機械強度良好的綠色棒狀聚合物，說明苯胺綠分子印跡聚合物是可以通過熱引發來制備的。但由于溫度過高可能會降低模板分子和功能單體之間的相互作用，從而降低印跡聚合物的印跡效應。因此實驗中還采取了光引發的方式來制備苯胺綠分子印跡聚合物，采用光聚合相對于熱引發聚合來講具有較好的性能，偶氮類引發劑可以用標準的實驗室UV光源在366nm處進行光裂解引發。模板分子與單體通過比較弱的非共價鍵如氫鍵作用時，在低溫下復合物形成的嫡變△S為負值，穩定性增加，作用力更強，從而使聚合物形成時的識別空腔增多;對于不穩定的模板分子，低溫將有利于減少副反應的發生。實驗中采用0℃冰水浴，在366nm紫外燈下照射，但實驗結果表明聚合24h后，只有安培瓶壁上的少量溶液固化，也就是說苯胺綠分子印跡聚合物根本無法由光引發聚合成，因此本實驗的其它苯胺綠分子印跡聚合物均采用熱引發的聚合方式進行聚合。

1.2 功能單體的選擇

在非共價鍵印跡時，功能單體與模板分子的比例對印跡聚合物的選擇性識別和結合能力有重要影響。這是由于印跡聚合物的選擇性識別和結合能力取決于在聚合物內部形成的與模板分子的形狀、鍵性等特性相互補的印跡位點的數目，而印跡位點的形成與功能單體和模板分子的相互作用密切相關。在分子印跡聚合物的合成中,固定功能單體用量，改變模板分子的量，考察了不同功能單體與模板分子比例對MIP吸附性能的影響，結果發現在4∶1和2∶1時的平衡吸附量相近，而8∶1時的吸附速度和平衡吸附量大大降低。這是由于在高比例時，一方面過量的MAA可能導致由非組裝的MAA殘基產生的非選擇性結合位點增加，另一方面MAA濃度過大可能引起自身的締合，兩者都會使印跡位點降低、吸附傳質阻力增加。在較低比例時，模板分子濃度高，產生的有效印跡位點密度多。因此，本實驗中宜選擇功能單體與模板分子的比為4∶1。

1.3 交聯劑的選擇

目前，對于印跡聚合物的選擇性與交聯劑的種類和用量都有較寬的選擇性，因為交聯的烯類聚合物都是無規則的網絡結構，內部有大量的識別空腔，所以主要應考慮兩方面的因素，既要具有一定的柔軟性，以利于模板分子的傳質，又必須使形成的空腔維持特定的形狀。交聯劑的作用在于形成穩定的結合位點，而在聚合時增加交聯劑的用量主要是為了使聚合物具有更強的剛性，從而使在溶液中的溶脹降低，減少識別空腔的空間結構和結合基團位置在各種操作中的改變，從而提高印跡聚合物的選擇性。這一點對于分離結構相似的物質非常重要。

實驗采用的二甲基丙烯酸乙二醇酯（EDMA）是一種典型的交聯劑，它的分子鏈具有適當的柔軟性，有利于模板分子的傳質，實驗證明，用較高含量的EDMA制得的MIPs具有很好的熱穩定性和機械穩定性，但是底物進入聚合物的識別空腔主要是依靠擴散作用。提高擴散速度，縮短響應時間，主要是通過減少交聯劑用量，增加致孔劑用量來增加聚合物內部的空隙，因此實驗盡量減少EDMA用量，使研磨過程中造成過量空腔破壞，無法形成穩定的識別空腔。

經過進一步實驗，數據分析表明當功能單體－交聯劑的物質的量的比例為2∶9時，所得的印跡聚合物具有最佳的選擇性和識別能力。從而解決了用量過少時制得空腔不穩定，而用量過多時空腔又過于堅硬無法萃取和傳質困難等問題。

1.4 溶劑（致孔劑）的影響

實驗中將溶劑量定為2.5mL。因為通過實驗數據可以獲知，致孔劑的用量較大時，反應溶液濃度較低，自由基引發聚合反應速率減慢，通常這個因素對生成的孔腔的選擇性影響并不明顯；致孔劑的用量較小時，溶液濃度較大，聚合反應發生時粘度迅速增大，會影響模板分子復合物被網絡包裹的程度，而且溶劑不能充分進入聚合物網絡形成大孔結構。實驗選擇極性較強的乙腈和四氫呋喃作為溶劑加以研究。基于乙腈和四氫呋喃的分子結構和性質可以獲知，四氫呋喃具有較強的疏水性，因此更容易在極性聚合物中產生空穴，使制得的聚合物具有更大的吸附量。乙腈和四氫呋喃作為溶劑制備MG印跡聚合物，對應的吸附動力學數據如圖2所示。

圖2 不同聚合物的吸附動力學曲線Fig.2 Dynamics curve of adsorption of different polymers

從圖2中可以看出，由于反應溶劑在合成印跡聚合物時不僅是起到溶解模板分子的作用，而且也具有致孔劑的作用，使聚合物產生與模板分子相匹配的空穴，同時由于乙腈和四氫呋喃的分子結構和性質可以獲知，四氫呋喃具有較強的疏水性，因此更容易在極性聚合物中產生空穴，以兩種溶劑制備的聚合物對模板分子的吸附量都高于空白聚合物，其中四氫呋喃為溶劑制備的聚合物的吸附平衡結合量比以乙腈為溶劑合成的印跡聚合物略高。

2 小結

本實驗利用分子印跡技術，研究了苯胺綠分子印聚合物制備條件對識別能力的影響，以苯胺綠為模板分子，甲基丙烯酸（MAA）為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）為交聯劑合成了分子印跡聚合物，并從聚合物的機械強度和聚合物對印跡分子的吸附量等情況，進行了對功能單體、功能單體與模板分子的摩爾比、溶劑、引發劑等因素對分子印跡聚合物性能影響的討論。結論如下：采用60℃水浴下進行聚合反應，功能單體與模板分子的摩爾比為4∶1時吸附效果最好；溶劑采用四氫呋喃時有利于增大印跡聚合物對印跡分子的吸附量；功能單體采用常用的酸性功能單體MAA效果較佳。

［1］Takeuchi,T.,Ugata,S.,Masuda,S.,Matsui,J.and Takase,M.,A-trazine transformation usingsynthetic enzymes prepared bymolecular imprinting［J］.Organic&Biomolecular Chemistry，2004，（2）：2563-2566.

［2］Zhang,Z.T,Saengkerdsub,S.and Dai,S.,Intersurface ion-imprintingsynthesis on layered mazadifte hosts［J］.Chem.Mat.,2003,15:2921-2925.

［3］Piletsky,S.,Piletska,E.,Karim,K,Foster,G,Legge,C.Turner,A.Customsynthesis ofmolecular imprinted polymers for biotechnological application-Preparation of a polymer selective for tylosin［J］.Anal.Chim.Acta.,2004,504:123-130.

［4］Wu,L,Sun,B.,Li Y and Chang,W.Study properties of molecular imprintingpolymerusingacomputationalapproach［J］.Analyst,2003,128（7）:944-949.?