一种花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于纳米材料制备及环境化学应用技术领域，涉及一种花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术：

环境雌激素是指一类进入机体后，具有干扰体内正常内分泌物质的合成、释放、运输、结合、代谢等过程，从而扰乱人体的内分泌系统的化合物。环境雌激素种类繁多，在自然界中分布广泛，主要包括双酚类、类固醇类、农用化学品类和酞酸酯类等。现如今，环境雌激素广泛分布于自然界中，已被称为污染全球大气、水体、土壤的“环境荷尔蒙”。环境雌激素通过环境水进入人体后，与人体正常分泌的激素竞争，造成人体激素过剩，内分泌系统紊乱，容易出现各种机能障碍。此外，环境雌激素还可影响甲状腺、肾上腺素等重要内分泌腺体的正常分泌，造成人神经系统和免疫系统功能的障碍，从而导致精神性疾病和过敏性疾病的增加，严重影响人类的健康。

目前对于雌二醇的检测方法主要有免疫分析法、高效液相色谱法、分子发光分析法和气相色谱-质谱联用法等方法。这些方法由于存在设备投入大、耗时长、样品预处理复杂等缺点限制了其在常规分析中的应用。

分子印迹技术是一种制备在空间结构和结合位点上与目标分子完全匹配的聚合物的技术。通过分子印迹技术可以构建与目标分子在大小、形状和化学功能完全互补的分子印迹聚合物(molecularlyimprintedpolymers，mips)。由于mips具有选择性高，稳定性好，制备过程简单和可重复使用等优点，其作为固相萃取吸附剂在分离技术领域中展显了良好的潜力。

磁性分离技术是一种通过赋予物质磁场驱动力并根据物质间的磁性差异，把磁性组分与非磁性组分进行分离的技术。由于磁性分离技术操作简单，将其与分子印迹技术相结合，代替了传统无磁性的mips，解决了其分离过程耗时长、复杂和效率较低的问题。fe3o4磁性纳米粒子不仅具有普通纳米材料的独特性质，还具有良好的生物相容性、较高的矫顽力、超顺磁性和低毒性等特点。以fe3o4磁性纳米粒子作为载体所制备的mips通过附加磁场，便可以在短时间内达到吸附材料与吸附液的分离。以刻蚀后的fe3o4磁性纳米粒子作为“核”制备出的分子印迹聚合物除了具有对目标物的特异性吸附性能外，还具有较轻的质量、较多的孔道、较大的比表面积、快的吸附速率和优良的磁性等优点，可直接在复杂基质中选择性富集目标物，利用磁场快速分离后即可完成萃取。

以往所制备的雌二醇分子印迹聚合物大多不具有磁性分离的特点或者采用未刻蚀的，印迹位点较少的，质量较重的磁性载体，这些吸附剂不仅分离繁琐且大大降低了对雌二醇的吸附量。此外，当前还未见有将分子印迹技术结合刻蚀后的质量较轻的磁性载体作为核用于制备能够吸附雌二醇的纳米材料的相关报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料及其制备方法和应用，该制备方法操作简单，原料来源广泛，制备得到的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料能够对环境水中的雌二醇进行选择性吸附富集。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的制备方法，包括：首先，采用水热法一步合成磁性纳米球；其次，将磁性纳米球加入到盐酸溶液中进行刻蚀，得到花瓣状磁性纳米材料；然后，将花瓣状磁性纳米材料、雌二醇加入到乙醇溶剂中，制得模板-载体的复合物；再将模板-载体的复合物和多巴胺加入到tris-hcl溶液中进行聚合得到固态聚合物；最后，通过外加磁场将固态聚合物分离出来，将分离出来的固态聚合物洗脱、干燥后，制得花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料。

优选地，上述制备方法包括以下步骤：

步骤一，将氯化铁、无水乙酸钠和乙二醇按照(1.0～6.0)g：(3.0～8.0)g：(30～80)ml的用量比，在180～250℃下反应6～12h，将反应产物洗涤、干燥，制得粒径为350～450nm的磁性纳米球；

步骤二，将磁性纳米球和盐酸在室温下振荡处理1～6h，然后洗涤、干燥，制得粒径为350～450nm的花瓣状磁性纳米材料；

其中，磁性纳米球和盐酸的用量比为(5～30)mg：(10～60)ml；

步骤三，将花瓣状磁性纳米材料、雌二醇加入乙醇混合，并在室温下机械搅拌10～60min，再加入多巴胺和tris-hcl溶液，机械搅拌4～10h，制得粒径为360～500nm的固态聚合物；

其中，花瓣状磁性纳米材料、雌二醇、乙醇、多巴胺和tris-hcl溶液的用量比为(40～90)mg：(10～40)mg：100ml：(20～50)mg：(10～60)ml；

步骤四，通过外加磁场将步骤三反应结束后反应液中生成的固态聚合物分离出来，再对分离出的固态聚合物进行洗脱、干燥，制得花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料。

优选地，步骤一中，采用超纯水将反应产物洗涤至中性，然后在20～60℃、0.01～0.08mpa的条件下，真空干燥5～9h。

优选地，步骤二中，盐酸的浓度为0.5～6mol/l，振荡转速为50～400r/min，采用超纯水将反应产物洗涤至中性，然后在20～60℃、0.01～0.08mpa的条件下，真空干燥5～9h。

优选地，步骤三中，tris-hcl溶液的ph值为8.5，机械搅拌转速为100～600r/min。

优选地，步骤四中，对分离出的固态聚合物进行洗脱的洗脱液是体积比为(92～99)：(8～1)的无水乙醇与乙酸的混合溶液。

优选地，步骤四中，在20～60℃、0.01～0.08mpa的条件下，真空干燥5～9h。

本发明还公开了采用上述制备方法得到的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料，该花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的粒径为360～500nm。

进一步地，上述花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料为能够吸附环境雌激素雌二醇的磁性分子印迹纳米聚合物，其对雌二醇的吸附量为22.25～96.45mg/g。

本发明还公开了上述花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料作为环境雌激素雌二醇吸附剂的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明首次公开花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的制备及其对环境水样品中雌二醇的选择性分离和检测的研究工作。本发明具有以下优点：(1)采用磁性纳米粒子作为载体，既可实现在外加磁场下固液的快速分离，又可保证载体良好的分散性；(2)多巴胺表面官能团丰富，易于目标分子产生化学作用，且在碱性环境性易于自聚成聚合物薄膜；(3)经过刻蚀所形成的花瓣状磁性纳米粒子，减轻了载体质量，增加了印迹位点，提高了单位质量mips的吸附量。本发明公开的制备方法所需材料成本低廉，制备工艺简单，对设备要求低，适于工业化规模生产。

经本发明方法制得的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料，其粒径均一(360～500nm)、结构稳定性好、磁响应强、可重复利用性强，且对雌二醇的选择性吸附能力强、吸附量大(22.25～96.45mg/g)、回收率高，通过该方法所制得的雌二醇分子印迹聚合物的吸附量是以往未采用刻蚀方法所制得的4倍。

经本发明方法制得的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料实现了可直接选择性吸附环境水中的雌二醇，样品无需任何预处理，减少了有机溶剂的消耗。获得的磁性分子印迹纳米聚合物对雌二醇显示出高的结合量，快的吸附速率，良好的再生能力和高的选择性，是一种高选择性富集和去除环境水中雌二醇的方法，在对环境水中雌二醇的选择性分离、富集、检测等方面显示出广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1步骤一合成的磁性纳米球的透射电镜图；

图2为本发明实施例1步骤二合成的花瓣状磁性纳米材料的透射电镜图；

图3为本发明实施例1步骤四合成的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的透射电镜图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

一种花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将1.0g氯化铁、3.0g无水乙酸钠和30ml乙二醇置于反应釜中，在180℃下反应6h，反应结束后，将反应产物洗涤、在20℃、0.01mpa的条件下真空干燥5h，制得磁性纳米球。如图1所示，制得的磁性纳米球的粒径约为400nm。

步骤二、将5mg磁性纳米球、10ml盐酸(0.5mol/l)置于100ml烧杯中，室温下振荡1h，转速为50r/min，洗涤后，在20℃、0.01mpa的条件下真空干燥5h，制得花瓣状磁性纳米材料。如图2所示，制得的花瓣状磁性纳米材料的粒径约为400nm。

步骤三、将40mg花瓣状磁性纳米材料和10mg雌二醇加入到装有100ml乙醇溶剂的三口瓶中，室温下机械搅拌10min，再加入20mg多巴胺和10ml，tris-hcl(ph＝8.5)溶液，机械搅拌4h，转速为100r/min，制得固态聚合物，其粒径约为420nm。

步骤四、用体积比为92：8的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱步骤三中分离出的固态聚合物。洗脱后的固态聚合物在20℃、0.01mpa的条件下真空干燥5h，即得花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料。如图3所示，制得的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的粒径约为420nm。

将实施例1制得的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料2mg加入到10ml浓度为250μg/ml的雌二醇的水溶液中，室温下振荡10min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用hplc测定(1)中所得上清液中雌二醇的浓度，再计算出花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的吸附量；

所测得的上清液中雌二醇的浓度为245.55μg/ml。

所述的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量的计算公式为：

式中ce为上述上清液中雌二醇的浓度；

通过计算，花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量为：22.25mg/g。

实施例2

一种花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将2.0g氯化铁、4.0g无水乙酸钠和40ml乙二醇置于反应釜中，在200℃下反应7h，反应结束后，将反应产物洗涤、在35℃、0.04mpa的条件下真空干燥6h，制得磁性纳米球；

步骤二、将10mg磁性纳米球、20ml盐酸(2mol/l)置于100ml烧杯中，室温下振荡2h，转速为180r/min，洗涤后，在35℃、0.04mpa的条件下真空干燥6h，制得花瓣状磁性纳米材料；

步骤三、将50mg花瓣状磁性纳米材料和15mg雌二醇加入到装有100ml乙醇溶剂的三口瓶中，室温下机械搅拌30min，再加入30mg多巴胺和20ml，tris-hcl(ph＝8.5)溶液，机械搅拌6h，转速为280r/min，制得固态聚合物；

步骤四、用体积比为99：1的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱步骤三中分离出的固态聚合物。洗脱后的固态聚合物在35℃、0.04mpa的条件下真空干燥6h，即得花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料。

将实施例2制得的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料2mg加入到10ml浓度为250μg/ml的雌二醇的水溶液中，室温下振荡10min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用hplc测定(1)中所得上清液中雌二醇的浓度，再计算出花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的吸附量；

所测得的上清液中雌二醇的浓度为242.73μg/ml。

所述的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量的计算公式为：

式中ce为上述上清液中雌二醇的浓度；

通过计算，花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量为：36.35mg/g。

实施例3

一种花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将3.0g氯化铁、5.0g无水乙酸钠和50ml乙二醇置于反应釜中，在220℃下反应8h，反应结束后，将反应产物洗涤、在40℃、0.05mpa的条件下真空干燥7h，制得磁性纳米球；

步骤二、将15mg磁性纳米球、30ml盐酸(3mol/l)置于100ml烧杯中，室温下振荡3h，转速为260r/min，洗涤后，在40℃、0.05mpa的条件下真空干燥7h，制得花瓣状磁性纳米材料；

步骤三、将60mg花瓣状磁性纳米材料和20mg雌二醇加入到装有100ml乙醇溶剂的三口瓶中，室温下机械搅拌40min，再加入35mg多巴胺和30ml，tris-hcl(ph＝8.5)溶液，机械搅拌8h，转速为380r/min，制得固态聚合物；

步骤四、用体积比为93：7的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱步骤三中分离出的固态聚合物。洗脱后的固态聚合物在40℃、0.05mpa的条件下真空干燥7h，即得花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料。

将实施例3制得的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料2mg加入到10ml浓度为250μg/ml的雌二醇的水溶液中，室温下振荡10min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用hplc测定(1)中所得上清液中雌二醇的浓度，再计算出花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的吸附量；

所测得的上清液中雌二醇的浓度为240.82μg/ml。

所述的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量的计算公式为：

式中ce为上述上清液中雌二醇的浓度；

通过计算，花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量为：45.90mg/g。

实施例4

一种花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将4.0g氯化铁、6.0g无水乙酸钠和60ml乙二醇置于反应釜中，在230℃下反应10h，反应结束后，将反应产物洗涤、在50℃、0.06mpa的条件下真空干燥7.5h，制得磁性纳米球；

步骤二、将20mg磁性纳米球、40ml盐酸(4mol/l)置于100ml烧杯中，室温下振荡4h，转速为300r/min，洗涤后，在50℃、0.06mpa的条件下真空干燥7.5h，制得花瓣状磁性纳米材料；

步骤三、将70mg花瓣状磁性纳米材料和30mg雌二醇加入到装有100ml乙醇溶剂的三口瓶中，室温下机械搅拌50min，再加入40mg多巴胺和40ml，tris-hcl(ph＝8.5)溶液，机械搅拌8.5h，转速为400r/min，制得固态聚合物；

步骤四、用体积比为94：6的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱步骤三中分离出的固态聚合物。洗脱后的固态聚合物在50℃、0.06mpa的条件下真空干燥7.5h，即得花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料。

将实施例4制得的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料2mg加入到10ml浓度为250μg/ml的雌二醇的水溶液中，室温下振荡10min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用hplc测定(1)中所得上清液中雌二醇的浓度，再计算出花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的吸附量；

所测得的上清液中雌二醇的浓度为236.84μg/ml。

所述的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量的计算公式为：

式中ce为上述上清液中雌二醇的浓度；

通过计算，花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量为：65.80mg/g。

实施例5

一种花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将5.0g氯化铁、7.0g无水乙酸钠和70ml乙二醇置于反应釜中，在240℃下反应11h，反应结束后，将反应产物洗涤、在55℃、0.07mpa的条件下真空干燥8h，制得磁性纳米球；

步骤二、将25mg磁性纳米球、50ml盐酸(5mol/l)置于100ml烧杯中，室温下振荡5h，转速为350r/min，洗涤后，在55℃、0.07mpa的条件下真空干燥8h，制得花瓣状磁性纳米材料；

步骤三、将80mg花瓣状磁性纳米材料和35mg雌二醇加入到装有100ml乙醇溶剂的三口瓶中，室温下机械搅拌55min，再加入45mg多巴胺和50ml，tris-hcl(ph＝8.5)溶液，机械搅拌9h，转速为500r/min，制得固态聚合物；

步骤四、用体积比为95：5的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱步骤三中分离出的固态聚合物。洗脱后的固态聚合物在55℃、0.07mpa的条件下真空干燥8h，即得花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料。

将实施例5制得的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料2mg加入到10ml浓度为250μg/ml的雌二醇的水溶液中，室温下振荡10min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用hplc测定(1)中所得上清液中雌二醇的浓度，再计算出花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的吸附量；

所测得的上清液中雌二醇的浓度为232.24μg/ml。

所述的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量的计算公式为：

式中ce为上述上清液中雌二醇的浓度；

通过计算，花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量为：88.80mg/g。

实施例6

一种花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将6.0g氯化铁、8.0g无水乙酸钠和80ml乙二醇置于反应釜中，在250℃下反应12h，反应结束后，将反应产物洗涤、在60℃、0.08mpa的条件下真空干燥9h，制得磁性纳米球；

步骤二、将30mg磁性纳米球、60ml盐酸(6mol/l)置于100ml烧杯中，室温下振荡6h，转速为400r/min，洗涤后，在60℃、0.08mpa的条件下真空干燥9h，制得花瓣状磁性纳米材料；

步骤三、将90mg花瓣状磁性纳米材料和40mg雌二醇加入到装有100ml乙醇溶剂的三口瓶中，室温下机械搅拌60min，再加入50mg多巴胺和60ml，tris-hcl(ph＝8.5)溶液，机械搅拌10h，转速为600r/min，制得固态聚合物；

步骤四、用体积比为96：4的无水乙醇与乙酸的混合液洗脱步骤三中分离出的固态聚合物。洗脱后的固态聚合物在60℃、0.08mpa的条件下真空干燥9h，即得花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料。

将实施例6制得的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料进行吸附性能检测，具体如下：

(1)将花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料2mg加入到10ml浓度为250μg/ml的雌二醇的水溶液中，室温下振荡10min后，通过外加磁场将上清液分离出来；

(2)用hplc测定(1)中所得上清液中雌二醇的浓度，再计算出花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料的吸附量；

所测得的上清液中雌二醇的浓度为230.71μg/ml。

所述的花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量的计算公式为：

式中ce为上述上清液中雌二醇的浓度；

通过计算，花瓣状雌二醇分子印迹磁性纳米材料对雌二醇的吸附量为：96.45mg/g。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。