丙酮醛磁性分子印跡聚合物的制備研究

徐夢丹，侯巧芝，殷金可，趙永芳

(黃河科技學院 醫學院，河南 鄭州 450063)

丙酮醛又叫甲基乙二醛(methylglyoxal， MG)，是生物體內最主要的活性羰基化合物(reactive carbonyl species，RCS)。它可以由體內代謝產生，也能在食品和飲料的加工中產生并積累[1-2]，具有細胞毒性，在體內引起多種病理變化，如改變蛋白質和DNA的結構和功能，引發羰基應激，誘發氧化應激與細胞凋亡，引起多種機體病變[3-10]，如糖尿病及其并發癥、代謝綜合征、心血管疾病、神經退行性病變等慢性疾病和癌癥。因此，如何安全、有效地捕獲和檢測體內的MG對維持人體健康非常重要。

基于此，本項目以Fe3O4為載體，以丙酮醛為模板分子，甲基丙烯酸為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑，偶氮二異丁腈為引發劑制備丙酮醛磁性分子印跡聚合物，依據該聚合物特異性吸附、易于分離等特點實現丙酮醛專一、快速、簡便地檢測。

1 實驗內容和方法

1.1 主要儀器與試劑

1.1.1 主要儀器

JJ-1型增力電動攪拌器：上海梅香儀器有限公司；DF-101S焦熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鄭州長盛試驗設備器有限公司：TU-1810紫外可見分光光度計：北京普析儀器有限公司；KQ-300V型超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；7230G可見分光光度計：上海菁華科技儀器有限公司。

1.1.2 主要試劑與材料

40%丙酮醛：天津市科密歐化學試劑有限公司；乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)：上海阿拉丁生物科技股份試劑有限公司；α-甲基丙烯酸(MAA)：上海利鉑化學技術有限公司；聚乙烯醇：鄭州派尼化學試劑廠；硫酸亞鐵：天津市大茂化學試劑廠；氯化鐵：天津市科密歐化學試劑有限公司；偶氮二異丁腈：天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 磁珠的制備

利用沉淀法將Fe2+和Fe3+在水溶液中按一定比例混合均勻，逐滴加入到堿性溶液，反應一段時間后得到磁性粒子。

1.2.2 Fe3O4顆粒表面修飾

選取聚乙烯醇、原硅酸四乙酯試劑對磁性Fe3O4納米顆粒進行結構修飾，以防Fe3O4顆粒的團聚。

1.2.3 丙酮醛磁性印跡聚合物合成

取1.2.2制備的Fe3O4適量，加入丙酮醛，甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二異丁腈利用懸浮聚合法制備丙酮醛磁性分子印跡聚合物(MNIPs)。

另外不加入模板分子丙酮醛，磁性非分子印跡聚合物的制備方法與MMIPs 的制備方法相同。

1.2.4 聚合物中模板分子的去除

將制得的聚合物進行干燥、過篩，得粒徑在100～200目之間的顆粒。用甲醇索式提取24 h后，再用甲醇反復洗滌，直至紫外法于318 nm檢測不到丙酮醛目標分子，干燥備用。

1.3 掃描電鏡

對磁性分子印跡聚合物在加速電壓10 kV 條件下進行測試，表征材料的形貌和結構。

1.4 丙酮醛標準曲線的繪制[11]

移取0.8 mL的40%丙酮醛于10 mL容量瓶中并用乙醇溶液定容，配成3.2%丙酮醛溶液，再依次量取適量分別配成2.4%、1.6%、1.2%、0.8%、0.6%、0.4%丙酮醛溶液于318 nm處測吸光度，繪標準曲線。

1.5 丙酮醛磁性分子印跡聚合物的吸附性能

1.5.1 溶劑的選擇

分別研究蒸餾水、50%的甲醇水溶液、甲醇、無水乙醇溶劑對1.6%丙酮醛溶液吸附量的影響

1.5.2 丙酮醛吸附濃度的選擇

以無水乙醇為溶劑，分別研究3.2%、2.4%、1.6%、1.2%、0.8%、0.4%丙酮醛溶液對吸附的影響。

1.5.3 吸附性能的研究

移取4 mL的40%丙酮醛置于100 mL容量瓶中用乙醇定容，超聲震蕩混勻，即得1.6%丙酮醛樣品溶液。分別量取該樣品溶液50 mL于兩個小燒杯中，分別加入200 mg的NMIPs進行吸附性能試驗。

1.5.4 丙酮醛磁性分子印跡的選擇吸附性能

選擇與丙酮醛結構類似的丙酮和丙醛作為競爭底物進行選擇性吸附試驗。條件同1.5.3項。

1.6 吸附量計算公式[12]

根據溶液濃度計算吸附量，計算公式如下：

式中Q為該聚合物對模板分子的吸附量(mmol/g)；C0：原始溶液的濃度(mg/mL)；C：吸附平衡后溶液濃度(mg/mL)；V：溶液體積(mL)；m：分子印跡聚合物質量(g)；M：模板分子的相對分子質量(g/mol)。

2 結果與分析

2.1 丙酮醛磁性分子印跡聚合物的制備

2.1.1 磁珠的制備

在250 mL燒杯中分別加入1.112 g FeSO4·7H2O、2.162 g FeCl3·6H2O和80 mL蒸餾水，充分攪拌，超聲溶解均勻，用膠頭滴管加入適量濃氨水，調節pH值在10左右，使混合溶液由橙黃色迅速變黑色，超聲40 min，水浴鍋設定50℃，晶化30 min，得磁性Fe3O4微粒，用無水乙醇和蒸餾水反復交替洗滌，至上清液為中性，pH值=7，用外磁場分離，得到含有Fe3O4懸浮液。

2.1.2 Fe3O4顆粒表面修飾

稱取含有100 mg磁性粒子的懸浮液，將其分散在50 mL乙醇-水體積比8∶2混合液中，同時加入25%氨水1 mL，超聲10 min后，加入2 mL硅酸四乙酯，再超聲10 min。將混合物置于三角瓶中，通氮除氧后密封，30℃水浴震蕩反應6 h，得Fe3O4·SiO2。該條件制備的磁珠顆粒均勻，不易團聚。

2.1.3 丙酮醛磁性印跡聚合物合成

(1)在250 mL的三口燒瓶中加入100 mL 2.1.2條件所得的Fe3O4懸浮液和1 %聚乙烯醇溶液，70℃下攪拌15 min。

(2)稱取丙酮醛0.55 mL于(1)帶塞的錐形瓶中，加入α-MAA 2.53 mL和氯仿8 mL，超聲15 min，再加入EGDMA 2.83 mL，AIBN 0.53 g于混合溶液中，超聲使其混合均勻，將混合液逐滴加入到Fe3O4懸浮液中，反應6 h。制得MMIPs。

2.2 丙酮醛磁性分子印跡聚合物的表征

利用掃描電鏡來表征聚合物的表面形貌。圖1為掃描電鏡表征的MMIPs 的表面形貌圖。圖1可以看出該顆粒為規則的圓形，粒徑范圍為25～100 μm左右。

圖1 丙酮醛磁性分子印跡聚合物的掃描電鏡

2.3 丙酮醛標準曲線的繪制

圖2 丙酮醛標準曲線的繪制

以丙酮醛的吸光度為縱坐標，丙酮醛濃度(mg/mL)為橫坐標繪制標準曲線，見圖2，回歸方程為y=38.487x-0.0008，相關系數r=0.9994。結果表明丙酮醛濃度在1.50% ～ 2.50%范圍內線性關系良好。

2.4 丙酮醛磁性分子印跡聚合物的吸附性能

2.4.1 溶劑的選擇

分別研究蒸餾水、50%的甲醇水溶液、甲醇、無水乙醇溶劑對1.6%丙酮醛溶液吸附量的影響，結果如圖3。由圖3可以看出乙醇為溶劑時，吸光度最大，其次是甲醇，水和50%甲醇溶液吸光度最小，并且用無水乙醇作為溶劑，相同時間內吸附量較穩定。因此選擇無水乙醇作為溶劑。

圖3 不同溶劑對丙酮醛吸附的影響

2.4.2 丙酮醛吸附濃度的選擇

圖4 丙酮醛溶液對吸附的影響

以無水乙醇為溶劑，分別研究3.2%、2.4%、1.6%、1.2%、0.8%、0.4%丙酮醛溶液對吸附的影響，結果如圖4。由圖4可知用無水乙醇作為溶劑，丙酮醛溶液濃度為1.6%時最合適。

2.4.3 丙酮醛磁性分子印跡聚合物的吸附性能

圖5 MMIPS和NMIPS吸附性能

根據丙酮醛自身性質，本試驗在 0～3.5 h 范圍內考察了吸附時間對分子印跡吸附效率的影響，得出分子印跡聚合物和非分子印跡聚合物吸附性能比較結果如圖5。由圖5可知隨著吸附時間的增加，分子印跡聚合物和非分子印跡聚合物對丙酮醛的吸附量開始均呈增加的趨勢，在0～3.5 h 范圍內分子印跡聚合物的吸附量明顯大于非分子印跡聚合物。吸附在2.5 h時達到吸附平衡，吸附量為14.43 mmol·g-1。原因是非分子印跡聚合物對丙酮醛的吸附是物理吸附，分子印跡聚合物因內部有很多對丙酮醛的結合位點，因此其對丙酮醛的吸附量明顯增大。明顯大于非分子印跡聚合物，原因可能是丙酮醛本身是一種合成中間體，隨著時間的增加，吸附過程中被氧化，發生聚合。

2.4.4 丙酮醛磁性分子印跡聚合物的選擇性吸附性能

研究分子印跡聚合物對丙酮醛、丙酮和丙醛的選擇性吸附性能，比較結果如表1。由表1數據結果可知，分子印跡聚合物對丙酮醛的吸附量是丙酮的16倍，是丙醛的11倍。這說明其對丙酮醛具有較好的選擇吸附性能。丙酮和丙醛主要是因為非特異性物理吸附，丙酮醛磁性分子印跡聚合物對模板分子的特異性吸附，因此其對模板分子具有選擇性的分子識別性能。

表1 分子印跡聚合物對丙酮醛的選擇性吸附性能比較

3 結論

利用沉淀法制得磁性Fe3O4微粒。以0.55 mL丙酮醛為模板分子，2.53 mL α-甲基丙烯酸為功能單體和氯仿8 mL，超聲15 min，再加入2.83 mL乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑，0.53 g偶氮二異丁腈為引發劑，超聲混合均勻后逐滴加到磁性Fe3O4懸浮液中，反應6 h。該條件下制備得到的MMIPs顆粒均勻。掃描電鏡表明該材料粒徑范圍為25～100 μm。吸附性能試驗試驗表明在0～3.5 h 范圍內分子印跡聚合物的吸附量明顯大于非分子印跡聚合物。吸附在2.5 h時達到吸附平衡，吸附量為14.43 mmol·g-1。結論成功研制出丙酮醛分子印跡聚合物，該聚合物有良好的吸附性能。