具有氢键阵列的磁性分子印迹聚合物的制备方法与流程

本发明涉及分子印迹技术领域，尤其涉及一种具有氢键阵列的磁性分子印迹聚合物的制备方法。

背景技术：

乙胺嘧啶(PYR)为目前广用的防疟药物，主要用于疟疾的预防，可抑制虫体内二氢叶酸还原酶的活性，因而干扰疟原虫的叶酸正常代谢，对恶性疟疾及间日疟原虫红细胞前期有效，常用作病因性预防药。也能抑制疟原虫在蚊体内的发育，故可阻断传播。临床上用于预防疟疾和休止期抗复发治疗。每年因疟疾死亡估计5亿临床病例，是除了艾滋病和肺结核传染性疾病外杀害最多人的疾病之一，已引起国际卫生组织的注意。

乙胺嘧啶在动物产品和水产品体内有着广泛的应用，适量使用能增强动物的抗病能力。但是乙胺嘧啶在动物产品体内具有高度的积蓄性，超出一定范围，人食用后破坏人的造血系统，造成溶血性贫血症，甚至有引起潜在致癌的可能，同时对中枢神经系统有直接的毒性作用。因此，建立有效的乙胺嘧啶检测方法具有非常重要的意义。

现有技术中主要采用高效液相色谱(HPLC)分析生物样品中的药物。HPLC一般使用C18柱，在注射进色谱柱前往往涉及到复杂的前处理，比如通过加酸或者有机溶剂沉淀降解，以及液液萃取和离线固相萃取。但是这些过程复杂而且耗时，药物也可能在样品前处理阶段损失，所以在这样情况下，需要产生一种对目标分子有选择性的材料。分子印迹技术是一种将分子识别位点引入聚合材料的制备技术。分子印迹技术分为分子预组装过程(即共价键结合作用)以及分子自组装过程(即非共价键结合用)。

由于氢键作用力较弱，一般分子印迹技术中仅用1-2个氢键进行相互作用，对目标物的吸附能力有限。因而模板分子与功能单体的结合位点较少，对模板分子的选择性较弱，不能对模板分子实现有效的选择吸附。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点和不足，提供一种具有氢键阵列的磁性分子印迹聚合物的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种具有氢键阵列的磁性分子印迹聚合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)沉淀法合成Fe₃O₄磁性纳米颗粒；

(2)溶胶凝胶法制备包覆二氧化硅的磁性纳米微球Fe₃O₄@SiO₂；

(3)以MPS对磁性纳米微球Fe₃O₄@SiO₂进行表面改性，得到MPS修饰的磁性纳米微球Fe₃O₄@SiO₂@MPS；

(4)将模板分子、功能单体于DMSO中充分混合，然后加入MPS修饰的磁性纳米微球、交联剂、引发剂和分散介质，使其发生聚合反应，得到表面包覆模板分子的分子印迹聚合物磁性微球；

(5)洗涤步骤(4)中得到的磁性微球，除去其中包覆的模板分子后，干燥，得到磁性微球表面分子印迹聚合物Fe₃O₄@SiO₂-MIPs；

其中，所述模板分子与功能单体之间具有多重氢键作用。

相对于现有技术，本发明的磁性分子印迹聚合物的制备方法，利用模板分子和功能单体之间的多重氢键作用，形成分子间作用矩阵，增加模板分子和功能单体的结合位点，从而加强了模板分子和功能单体之间的作用，提高磁性分子印迹聚合物对模板分子的亲和力和选择吸附性。

进一步，所述模板分子为乙胺嘧啶，所述功能单体为异戊巴比妥。以PYR为模板分子，异戊巴比妥作为功能单体，利用异戊巴比妥和PYR之间的多重氢键作用，形成分子间作用矩阵，增加PYR与异戊巴比妥的结合位点，从而加强了模板分子PYR与功能单体异戊巴比妥之间的作用，提高磁性分子印迹聚合物对模板分子PYR的亲和力和选择吸附性。

进一步，步骤(4)中，所述模板分子与功能单体的摩尔比为1：1。

进一步，步骤(4)中，所述交联剂为二乙烯基苯，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述分散介质为水。

进一步，所述异戊巴比妥的制备方法为：将巴比妥酸溶解于水中后，加入硫酸铜溶液；然后注入烯丙基溴，滴加质量分数为10％的氢氧化钠溶液；搅拌反应1-3h。

进一步，步骤(3)中将Fe₃O₄@SiO₂分散于去离子水中，加入盐酸溶液搅拌后加入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)，室温搅拌20-28h；反应结束，磁分离，用甲醇和去离子水分别多次洗涤，干燥得到MPS修饰的磁性纳米微球。

进一步，步骤(4)中将乙胺嘧啶和异戊巴比妥溶解于DMSO，充分摇匀混合，室温放置10-14h；向其中加入Fe₃O₄@SiO₂@MPS、交联剂、引发剂和分散介质，均匀搅拌20-40min后，在氮气保护条件下，在60-80℃反应10-14h。

进一步，步骤(4)中，DMSO与分散介质的体积比为1:8。

进一步，步骤(5)中用体积比为2:8的乙酸和甲醇溶液索氏提取除去模板分子乙胺嘧啶。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的磁性分子印迹聚合物的制备过程示意图。

图2是本发明的磁性分子印迹聚合物的透射电子显微镜照片。

图3是本发明的磁性分子印迹聚合物洗脱前(a)和洗脱后(b)的红外光谱图。

图4是本发明的Fe₃O₄磁性纳米颗粒(a)和磁性分子印迹聚合物(b)的热重分析图。

图5是本发明的Fe₃O₄磁性纳米颗粒(a)、MPS修饰的磁性纳米微球(b)和磁性分子印迹聚合物(c)的XRD图谱。

图6是本发明磁性纳米颗粒Fe₃O₄(a)和磁性分子印迹聚合物(b)的磁滞回线图。

具体实施方式

本实施例对具有氢键阵列的磁性分子印迹聚合物的制备方法进行详细的描述，以乙胺嘧啶为模板分子，异戊巴比妥为功能单体为例，但并不以此限定本发明的保护范围。所述模板分子和功能单体不局限于乙胺嘧啶和异戊巴比妥，还可以为其他具有多重氢键作用的模板分子和功能单体。

请参阅图1，其是本发明具有氢键阵列的磁性分子印迹聚合物的制备过程示意图。所述制备方法包括以下步骤：

(1)Fe₃O₄磁性纳米颗粒的合成

采用沉淀法制备Fe₃O₄磁性纳米颗粒：称取3.975g(0.02mol)氯化亚铁和9.4574g(0.035mol)氯化铁，分别溶于40ml蒸馏水中。倒入三口瓶中，电动搅拌。通入氮气30分钟，保持氮气氛围，加热至60℃。快速加入30ml浓氨水，加热至80℃，反应1小时。滴加6ml油酸，反应1小时后升温至90℃，熟化30分钟后，加1mol/L盐酸。用水和乙醇分别洗涤沉淀5次，40℃真空干燥24小时，得到Fe₃O₄磁性纳米颗粒。

(2)磁性纳米微球Fe₃O₄@SiO₂的合成

采用溶胶凝胶法制备包覆二氧化硅的磁性纳米微球Fe₃O₄@SiO₂：称取一定量Fe₃O₄磁性纳米颗粒，溶于适量甲苯，配成浓度20mg/mL的油基磁流体。取100ml磁流体加入三口瓶中，并加入40ml水和160ml异丙醇。随后加入3ml浓氨水，电动搅拌，并通入氮气30分钟。逐滴加入6ml正硅酸乙酯(TEOS)。室温反应24小时。反应结束后磁分离，分别用乙醇、水洗涤3次。60℃真空干燥24小时，得到磁性纳米微球Fe₃O₄@SiO₂。

(3)MPS修饰的磁性纳米微球Fe₃O₄@SiO₂@MPS的合成

称取200mg步骤(2)中制得的磁性纳米微球Fe₃O₄@SiO₂，超声分散20min于10mL去离子水中。然后加入1mL的0.01mol/L的盐酸溶液，剧烈搅拌使其混合均匀。然后加入1mL的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)，室温搅拌20-28h。反应结束后，磁分离，用甲醇和去离子水分别洗涤3次，真空干燥，得到MPS修饰的磁性纳米微球Fe₃O₄@SiO₂@MPS。

(4)磁性分子印迹聚合物Fe₃O₄@SiO₂-MIPs的合成

将1.0mmol(0.2487g)PYR(模板分子)，1.0mmol(0.208g)异戊巴比妥(功能单体)溶解在10ml的DMSO中，充分摇匀混合，在室温黑暗中放置10-14h。在前述混合物中加入200mg步骤(3)中制备得到的磁性纳米微球Fe₃O₄@SiO₂@MPS、20mmol(2.88ml)交联剂、60mg引发剂和80ml的分散介质，均匀搅拌20-40min。在氮气保护条件下，60-80℃反应10-14h。反应完成后，磁分离产物。用体积比为2:8的乙酸和甲醇溶液索氏提取，洗脱除去PYR，得到灰色粉末，真空干燥，制备得到磁性分子印迹聚合物Fe₃O₄@SiO₂-MIPs。在本实施例中，所述交联剂为二乙烯基苯(DVB)，所述引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)，所述分散介质为水。

其中异戊巴比妥的制备如下：将0.1mol(12.8g)巴比妥酸搅拌状态下溶解于60.0mL的水中。搅拌均匀后，加入30mL质量分数为5％的硫酸铜溶液，然后一次性注入烯丙基溴0.2mol(17.3mL)。向反应液中滴加80mL质量分数为10％的氢氧化钠溶液，低速为6d/s左右。滴加完毕后，继续搅拌反应1-3h。反应结束后，过滤并在60℃干燥，得到淡黄色粗产品。沸水中用活性炭脱色3h，趁热减压过滤。将得到产物在40℃下重结晶，过滤后干燥得到白色的异戊巴比妥。

请参阅图2，其是所述磁性分子印迹聚合物的透射电子显微镜照片。从图中可看出，经过表面修饰以后聚合反应制备得到的磁性分子印迹聚合物，在磁性纳米微球表面包覆一层分子印迹壳层。

请参阅图3，磁性分子印迹聚合物在索氏提取洗脱模板分子前，在3493cm^-1，3348cm^-1，3299cm^-1和1684cm^-1有尖锐吸收峰，在3500～3300cm^-1范围内的N-H键的伸缩振动。而磁性分子印迹聚合物在洗脱后，这几个特征吸收峰消失，说明了在通过索氏提取洗脱模板分子后，磁性分子印迹聚合物中的乙胺嘧啶已被洗脱干净。

请参阅图4，其是本发明的Fe₃O₄磁性纳米颗粒(a)和磁性分子印迹聚合物(b)的热重分析图。与Fe₃O₄磁性纳米颗粒不同，磁性分子印迹聚合物在290℃和443℃之间有一个快速失重的阶段，并且减重率很高，这是源于磁性微球表面的分子印迹聚合物，说明了Fe₃O₄磁性纳米颗粒表面成功包覆了分子印迹聚合物。

请参阅图5，MPS修饰的磁性纳米微球和磁性分子印迹聚合物在2θ区域的10～30°之间出现非晶包谷，表明Fe₃O₄磁性纳米颗粒表面成功修饰了分子印迹聚合物。而MPS修饰的磁性纳米微球和磁性分子印迹聚合物中包含Fe₃O₄磁性纳米颗粒的特征峰，说明Fe₃O₄磁性纳米颗粒的晶型结构继续存在于MPS修饰的磁性纳米微球和磁性分子印迹聚合物中。

参阅图6可知，本发明的分子印迹聚合物的制备方法制备得到的磁性分子印迹聚合物的磁滞作用比较微弱，说明了包覆分子印迹聚合物的磁性纳米微球在室温下具有超顺磁性，移去外加磁场之后不会保留剩磁，从而使其能再次快速分散而不会发生团聚。虽然磁性分子印迹聚合物的饱和磁化强度低于未包覆的Fe₃O₄磁性纳米颗粒，但磁性分子印迹聚合物的饱和磁化强度足以使其对磁场敏感，并且能够容易地快速分离。

相对于现有技术，本发明的磁性分子印迹聚合物的制备方法，以PYR为模板分子，异戊巴比妥作为功能单体，利用异戊巴比妥和PYR之间的多重氢键作用，形成分子间作用矩阵，增加PYR与异戊巴比妥的结合位点，从而加强了模板分子PYR与功能单体异戊巴比妥之间的作用，提高磁性分子印迹聚合物对模板分子PYR的亲和力和选择吸附性。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。