本发明属于检测材料制备技术领域，具体指一种基于磁性四氧化三铁纳米粒子-ph响应型分子印迹材料的制备方法及其用途。
背景技术：
磺胺类化合物(sas)是一种用于预防和治疗人体细菌感染的合成抗菌剂。相对较少的磺胺类药物被批准用于生产食品的哺乳动物。与其他种类的抗菌药物相比，磺胺类药物在兽医学中得到了广泛的应用。磺胺类化合物通常用于预防和治疗急性全身或局部感染，并作为食品生产物种的饲料和饮用水的添加剂。磺胺甲恶唑(smx)是一种典型的磺胺类抗生素，在农业生产中广泛使用；不可避免地，磺胺甲恶唑会在牛奶或肉类中出现残留；因此，准确测定食用奶中此类残留已成为一项紧迫的任务。目前，可以通过各种方法来检测环境中的磺胺甲恶唑及其他磺胺类药物，包括免疫测定方法、电化学检测、固相萃取(spe)和高效液相色谱法(hplc)；其中应用最广泛的是高效液相色谱法，其特点是可以实现高效、准确的检测；然而，磺胺甲恶唑在农业副产品中是痕量存在的，且样品成分复杂，需要对样品进行一系列预处理。因此，开发一种对磺胺甲恶唑灵敏、快速的富集检测技术，对风险评估和公共卫生保护至关重要。
分子印迹聚合物作为选择性吸附剂已应用于磺胺类样品的预处理。分子印迹技术是一种具有高选择性的技术，它可以利用模板分子的记忆形成模板形状的空腔，因此在纯化和选择性分离领域受到了广泛的关注。表面分子印迹技术是将印迹层涂在载体表面，由于其识别位点分布均匀，可以提供快的传质速率以及较强的结合能力。
此外，刺激响应型聚合物为人们熟知，因为在外界刺激下，如ph值、温度、磁场和光子照射，可以发生体积相变。目前，这类智能材料具有广阔的应用前景，如药物递送、传感器和分离技术。根据可电离基团的类型，ph敏感凝胶可分为阳离子和阴离子。目前对ph响应水凝胶分子印迹聚合物的研究较少，在现有公开的研究文献中，ph响应水凝胶分子印迹聚合物还没有应用于磺胺类化合物。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明旨在解决所述问题之一；本发明提供一种基于介孔二氧化硅包覆四氧化三铁纳米粒子分子印迹聚合物材料的制备方法，解决基体材料表面，难以直接包覆上分子印迹聚合物层的问题，同时实现对牛奶中磺胺甲恶唑的灵敏检测。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种基于磁性四氧化三铁纳米粒子-ph响应型印迹材料的制备：
步骤1、fe3o4纳米粒子的制备：将六水合氯化铁(fecl3·6h2o)加入至乙二醇中，进行第一次搅拌，至溶液澄清后，依次加入乙酸钠(naac)、柠檬酸三钠(na3cit)和聚乙二醇，进行第二次搅拌，将混合液转移到内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中进行反应，反应结束后自然冷却到室温，得到黑色的沉淀物，再用蒸馏水和乙醇分别洗涤，真空干燥后，得到fe3o4纳米粒子；
步骤2、将步骤1得到的fe3o4纳米粒子加入含有十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、氨水、乙醇和去离子水的混合溶液中，超声作用后，将正硅酸四乙酯(teos)缓慢滴加至上述溶液，然后机械搅拌进行反应，得到的产物经磁性分离后，用水和乙醇分别反复清洗，经真空干燥后，得到的纳米颗粒，再用丙酮在一定温度下回流去除ctab，收集干燥后的聚合物，记作fe3o4@msio2；
步骤3、fe3o4@msio2的化学修饰：将步骤2中得到的fe3o4@msio2纳米粒子加入甲苯中，并超声分散均匀；然后，缓慢滴加γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(mps)，在氮气气氛下搅拌，然后，通过磁性分离得到纳米颗粒，用乙醇洗涤，去除未反应组分和反应副产物，收集真空干燥后的颗粒，记作fe3o4@mps；
步骤4、将步骤3所制备的fe3o4@mps与2-甲基丙烯酸乙酯(dma)、4-乙烯基苯硼酸(vpba)、n,n-亚甲基双丙烯酰胺(mba)和磺胺甲恶唑加入乙腈中，超声溶解；然后，进行搅拌并通入氮气，加入过硫酸铵(aps)，进行密封反应，得到的固体用索氏提取除去磺胺甲恶唑，记作fe3o4@mips，即为基于磁性四氧化三铁纳米粒子-ph响应型印迹材料。
优选的，步骤1中，所述第一次搅拌时间为20～40min；所述第二次搅拌时间为40～60min；所述反应的条件为：温度180～220℃，时间8～12小时。
优选的，步骤1中，所述六水合氯化铁、乙酸钠、柠檬酸三钠、聚乙二醇、乙二醇的用量比为1.2～1.5g:3.2～3.9g:0.50～0.89g:0.7～1.2g:50～80ml。
优选的，步骤2中，所述超声时间为10～30min；所述机械搅拌反应时间为5～8h；所述一定温度为85～95℃。
优选的，步骤2中，所述fe3o4、氨水、十六烷基三甲基溴化铵、乙醇、去离子水、正硅酸四乙酯的用量比为0.25～0.35g:2.5～5ml:0.5～0.7g:60～100ml:15～25ml:2.5～3.5ml。
优选的，步骤3中，所述的超声时间为15～25min；所述剧烈搅拌时间为23～26h。
优选的，步骤3中，所述fe3o4@msio2、甲苯、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的用量比为0.25～0.35g:60～80ml:4～7ml。
优选的，步骤1～3中，所述真空干燥的温度为60～75℃。
优选的，步骤4中，所述超声溶解的时间为15～25min，所述搅拌的时间为50～70min；所述密封反应的时间为23～26h。
优选的，步骤4中，所述fe3o4@mps、2-甲基丙烯酸乙酯、4-乙烯基苯硼酸、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、磺胺甲恶唑、乙腈、过硫酸铵的用量比为0.14～0.16g:320～400μl:0.05～0.07g:0.08～0.10g:0.05～0.07g:90～120ml:0.05～0.07g。
本发明所制备的ph响应型分子印迹聚合物用于检测牛奶中的磺胺甲恶唑。
此外，在制备非印迹聚合物时(记作fe3o4@nips)，与上述步骤相同，唯一不同的是没有加入模板分子-磺胺甲恶唑。
有益效果：
(1)本发明解决了传统的基体表面难直接聚合生成印迹材料的问题，通过利用fe3o4纳米粒子为基体，成功制备了一种ph响应型印迹材料，实现了对磺胺甲恶唑的特异性检测。
(2)本发明所制备的ph响应型印迹材料，具有清晰的核壳结构，经测试，具有良好的ph响应性能，可以通过改变ph实现对磺胺甲恶唑的提取。
(3)本发明在材料合成过程中介孔材料引入了，极大的增大了比表面积，增加了特异性吸附位点，提高了印迹材料对磺胺甲恶唑的吸附效果，并且具有较好的稳定性、高选择性等特点，从而实现对磺胺甲二唑的高效高选择性提取。
附图说明
图1为实施例2所制备样品的扫描电镜图和投射电镜图，其中a为fe3o4纳米粒子的透射电镜图，b为介孔二氧化硅包覆的四氧化三铁纳米粒子，即fe3o4@msio2的透射电镜图，c为ph响应型印迹材料(fe3o4@mips)的透射电镜图，d为非印迹材料(fe3o4@nips)的透射电镜图。
图2为实施例2所制备的样品的傅里叶红外图，其中a为fe3o4纳米粒子的红外图，b为介孔二氧化硅包覆的四氧化三铁纳米粒子，即fe3o4@msio2的红外，c为fe3o4@mps的红外图，d为ph响应型印迹材料(fe3o4@mips)的红外图。
图3为实施例2所制备的ph响应型分子印迹聚合物的氮气吸附等温线和孔径分布图。
图4为实施例2所制备的fe3o4@mips和fe3o4@nips吸附性能的图，其中(a)为吸附动力学曲线，(b)为吸附等温线。
图5为实施例2所制备的fe3o4@mips和fe3o4@nips的吸附性能的图，其中a为用朗格缪尔吸附类型拟合曲线图。
图6为实施例2所制备的fe3o4@mips和fe3o4@nips的ph响应性能图，其中(a)为ph对fe3o4@mips和fe3o4@nips吸附量的影响，(b)为ph对fe3o4@mips释放磺胺甲二唑行为的影响。
图7为实施例2所制备的fe3o4@mips和fe3o4@nips的重复性研究。
具体实施方式
下表面结合具体实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
步骤1、fe3o4纳米粒子的制备：将1.2gfecl3·6h2o加入至50ml乙二醇中，并搅拌20min至溶液澄清，依次加入3.2g乙酸钠(naac)、0.5g柠檬酸三钠(na3cit)和0.7g聚乙二醇，经磁力搅拌40min后，将混合液转移到内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，180℃高温反应8h后，自然冷却到室温；最后，黑色的沉淀物用蒸馏水和乙醇分别洗涤，真空干燥，温度为60℃，得到fe3o4纳米粒子；
步骤2、将步骤1得到的fe3o4纳米粒子取0.25g加入至含有0.5g十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、2.5ml氨水、60ml乙醇和15ml去离子水的混合溶液中，超声10min后，将2.5ml正硅酸四乙酯(teos)缓慢滴加至上述溶液，然后机械搅拌5h，得到的产物经磁性分离后，用水和乙醇分别反复清洗，然后真空干燥；最后得到的纳米颗粒用丙酮85℃回流除掉ctab，收集干燥后的聚合物，记作fe3o4@msio2；
步骤3、fe3o4@msio2的化学修饰：将步骤2中的fe3o4@msio2纳米粒子取0.25g加入至60ml甲苯中，并超声15min分散均匀；然后，将4ml的γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(mps)缓慢滴加至上述溶液中，在氮气气氛下剧烈搅拌23h；反应后的溶液通过磁性分离得到纳米颗粒，用乙醇多次洗涤，以除去未反应组分和反应副产物，收集真空干燥后的颗粒，记作fe3o4@mps；
步骤4、将步骤3所制备的fe3o4@mps取0.14g与320μl2-甲基丙烯酸乙酯(dma)、0.05g4-乙烯基苯硼酸(vpba)、0.08gn,n-亚甲基双丙烯酰胺(mba)和0.05g磺胺甲恶唑溶解在90ml乙腈中，并超声15min至分散均匀；然后，将上述溶液剧烈搅拌并通入氮气50min，加入0.05g过硫酸铵(aps)，之后密封持续搅拌23h；得到的固体用索氏提取除去磺胺甲恶唑，记作fe3o4@mips。
非印迹聚合物时(记作fe3o4@nips)，与fe3o4@mips的合成方法类似，唯一不同的是没有加入模板分子-磺胺甲恶唑。
实施例2：
步骤1、fe3o4纳米粒子的制备：将1.35gfecl3·6h2o加入至60ml乙二醇中，并搅拌30min至溶液澄清，依次加入3.6g乙酸钠(naac)、0.72g柠檬酸三钠(na3cit)和1g聚乙二醇；经磁力搅拌50min后，将混合液转移到内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，200℃高温反应10h后，自然冷却到室温；最后,黑色的沉淀物用蒸馏水和乙醇分别洗涤，真空干燥，温度为65℃，得到fe3o4纳米粒子；
步骤2、将步骤1得到的fe3o4纳米粒子取0.3g加入至含有0.6g十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、3ml氨水、80ml乙醇和20ml去离子水的混合溶液中，超声15min后，将3ml正硅酸四乙酯(teos)缓慢滴加至上述溶液，然后机械搅拌6h，得到的产物经磁性分离后，用水和乙醇分别反复清洗，然后真空干燥。最后得到的纳米颗粒用丙酮90℃回流除掉ctab，收集干燥后的聚合物，记作fe3o4@msio2；
步骤3、fe3o4@msio2的化学修饰：将步骤2中的fe3o4@msio2纳米粒子取0.3g加入至70ml甲苯中，并超声20min分散均匀。然后，将5mlγ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(mps)缓慢滴加至上述溶液中，在氮气气氛下剧烈搅拌24h。反应后的溶液通过磁性分离得到纳米颗粒，用乙醇多次洗涤，以除去未反应组分和反应副产物，收集真空干燥后的颗粒，记作fe3o4@mps；
步骤4、将步骤3所制备的fe3o4@mps取0.15g与360μl2-甲基丙烯酸乙酯(dma)、0.06g4-乙烯基苯硼酸(vpba)、0.09gn,n-亚甲基双丙烯酰胺(mba)和0.06g磺胺甲恶唑溶解在100ml乙腈中，并超声20min至分散均匀。然后,将上述溶液剧烈搅拌并通入氮气60min，加入0.06g过硫酸铵(aps)，之后密封持续搅拌24h；得到的固体用索氏提取除去磺胺甲恶唑，记作fe3o4@mips。
非印迹聚合物时(记作fe3o4@nips)，与fe3o4@mips的合成方法类似，唯一不同的是没有加入模板分子-磺胺甲恶唑。
实施例3：
步骤1、fe3o4纳米粒子的制备：将1.5gfecl3·6h2o加入至80ml乙二醇中，并搅拌40min至溶液澄清，依次加入3.9g乙酸钠(naac)、0.89g柠檬酸三钠(na3cit)和1.2g聚乙二醇；经磁力搅拌60min后，将混合液转移到内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中。220℃高温反应12h后，自然冷却到室温。最后,黑色的沉淀物用蒸馏水和乙醇分别洗涤，真空干燥，温度为75℃，得到fe3o4纳米粒子；
步骤2、将步骤1得到的fe3o4纳米粒子取0.35g加入至含有0.7g十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、5ml氨水、100ml乙醇和25ml去离子水的混合溶液中，超声30min后，将3.5ml正硅酸四乙酯(teos)缓慢滴加至上述溶液，然后机械搅拌8h，得到的产物经磁性分离后，用水和乙醇分别反复清洗，然后真空干燥，最后得到的纳米颗粒用丙酮95℃回流除掉ctab，收集干燥后的聚合物，记作fe3o4@msio2；
步骤3、fe3o4@msio2的化学修饰：将步骤2中的fe3o4@msio2纳米粒子取0.35g加入至80ml甲苯中，并超声25min分散均匀；然后，将7ml的γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(mps)缓慢滴加至上述溶液中，在氮气气氛下剧烈搅拌26h，反应后的溶液通过磁性分离得到纳米颗粒，用乙醇多次洗涤，以除去未反应组分和反应副产物，收集真空干燥后的颗粒，记作fe3o4@mps；
步骤4、将步骤3所制备的fe3o4@mps取0.16g与400μl2-甲基丙烯酸乙酯(dma)、0.07g4-乙烯基苯硼酸(vpba)、0.10gn,n-亚甲基双丙烯酰胺(mba)和0.07g磺胺甲恶唑溶解在120ml乙腈中，并超声25min至分散均匀。然后,将上述溶液剧烈搅拌并通入氮气70min，加入0.07g过硫酸铵(aps)，之后密封持续搅拌26h，得到的固体用索氏提取除去磺胺甲恶唑，记作fe3o4@mips。
非印迹聚合物时(记作fe3o4@nips)，与fe3o4@mips的合成方法类似，唯一不同的是没有加入模板分子-磺胺甲恶唑。
图1为实施例2所制备样品的扫描电镜图和投射电镜图，其中a为fe3o4纳米粒子的透射电镜图，可以看出制备的fe3o4为尺寸在300nm左右的球形颗粒；b为介孔二氧化硅包覆的四氧化三铁纳米粒子，即fe3o4@msio2的透射电镜图，呈现出明显的核壳结构，且包覆的二氧化硅厚度约为70nm；c和d分别为ph响应型印迹材料(fe3o4@mips)和非印迹材料(fe3o4@nips)的透射电镜图，两者的透射电镜图并无明显差别，均为三层结构。
图2为实施例2所制备的样品的傅里叶红外图，其中a为fe3o4纳米粒子的红外图，b为介孔二氧化硅包覆的四氧化三铁纳米粒子，即fe3o4@msio2的红外，c为fe3o4@mps的红外图，d为ph响应型印迹材料(fe3o4@mips)的红外图。其中592.85cm-1处的峰值是由于fe3o4磁性纳米颗粒的fe-o拉伸所致。对于fe3o4@msio2,1088.59cm-1和801.31cm-1处的不同峰值分别符合si-o-si非对称拉伸振动和对称拉伸振动，950.58cm-1处的峰值具有si-o-h弯曲振动的特征。fe3o4@mps中约1635.7cm-1的峰值为c-c双键。在fe3o4@mip的光谱中，3430.79cm-1处的峰值与dma一致。
图3为实施例2所制备的ph响应型分子印迹聚合物的氮气吸附等温线和孔径分布图；其中，插图为孔径分布图。从图中可以看出，fe3o4@mip的吸附/解吸过程符合典型的iv型等温线，表明多孔结构清晰。此外，印迹材料的比表面积测量为651.7080m2·g-1,吸附分支材料的平均孔隙直径是2.2312nm。
图4为实施例2所制备的fe3o4@mips和fe3o4@nips吸附性能的图，其中(a)为吸附动力学曲线，可以看出fe3o4@mip和fe3o4@nip的q值在前40min迅速增加，开始仅80min就达到吸附平衡。结果表明，制备的fe3o4@mip纳米颗粒吸附速率快，因为磁性纳米粒子表面有丰富的印迹位点；(b)为吸附等温线，发现随着smx浓度从0.1mmol·l-1增加到0.5mmol·l-1的过程中,fe3o4@mip/fe3o4@nip的q值明显增大。此外，由于印迹效应，fe3o4@mip的q值均明显高于fe3o4@nip的q值。
图5为实施例2所制备的fe3o4@mips和fe3o4@nips对磺胺甲二唑特异性吸附的研究图。通过与磺胺甲恶唑(smx)及其结构类似物磺胺嘧啶(sdz)、磺胺二甲基嘧啶(smz)和不同结构化合物四溴双酚a(tbbpa)的结合能力比较，评价了印迹纳米颗粒的特异性。fe3o4@mip纳米粒子表现出对磺胺甲恶唑更高的结合能力，印迹因子(if)也更高(smx的if＝2.14,sdz的if＝1.33，smz的if＝1.28和tbbpa的if＝1.09)，揭示，提出fe3o4@mipsmx的选择性吸附,这依赖于构象记忆印记印蛀牙形成的过程。此外，结构类似物与模板smx具有相同的-s(＝o)2-基团，这导致它们与印迹纳米粒子的结合显著高于tbbpa。显然，fe3o4@mip对这些化合物的吸附能力明显高于fe3o4@nip。
图6为实施例2所制备的fe3o4@mips和fe3o4@nips的ph响应性能图，其中(a)为ph对fe3o4@mips和fe3o4@nips吸附量的影响，随着ph值的增加，smx的吸附能力增加，在ph＝7时达到平衡。这主要是由于靶分子与功能单体之间的氢键在ph小于4时解离，在ph大于6时形成。与fe3o4@nip相比，fe3o4@mip的吸附能力更高，这是因为印迹聚合物表面形成了与smx匹配的特异性识别空腔。(b)为ph对fe3o4@mips释放磺胺甲二唑行为的影响，可以观察到smx的释放量随着环境ph值从2升高到8而降低。此外，用pb缓冲溶液(ph＝2)洗涤3次，每次1h，几乎可以释放所有模板。smx的这种ph响应释放与印迹纳米颗粒的膨胀收缩行为密切相关。
图7为实施例2所制备的fe3o4@mips和fe3o4@nips的重复性研究。在循环8次后，fe3o4@mip/fe3o4@nip仍可再生，且吸附能力无明显降低。这是由于smx的释放是通过改变环境ph值来实现的，而不是通过苛刻的有机溶剂来实现的，因为有机溶剂通常会堵塞印迹腔，造成较差的可重用性。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。