红霉素分子印迹聚合物微球的制备及性能研究_宋任远

离子交换与吸附, 2013, 29(2): 97 ~ 107ION EXCHANGE AND ADSORPTION文章编号：1001-5493(2013)02-0097-11红霉素分子印迹聚合物微球的制备及性能研究*宋任远胡小玲管萍尹雅楠朱丽西北工业大学理学院，空间应用物理与化学教育部重点实验室，西安 710129摘要：以红霉素为模板分子，甲基丙烯酸为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，在水相中采用悬浮聚合法制备了红霉素分子印迹聚合物微球。

利用扫描电镜对其表面形貌进行了表征，探讨了不同分散剂浓度、水油比、搅拌速度等参数对聚合物微球粒径及粒径分布的影响，重点对聚合工艺进行了优化，并将所得的聚合物用作吸附剂研究了其分子识别与选择性能。

研究表明，该方法合成的聚合物微球平均粒径为40~130μm，对模板分子具有较高吸附性能和选择性识别能力，其分离因子达1.83，而动态吸附饱和吸附量则达到了42.59μmol/g。

关键词：分子印迹；红霉素；聚合物微球；粒径分布；分子识别中图分类号：O631; O657.61; TQ317 文献标识码：A1 前言近几年来，食品安全问题已成为社会所共同关注的焦点，其中滥用抗生素已成为污染食品最常见的污染源之一。

抗生素的合理使用可以造福人类，但其不规范的使用极易导致在动物体内的滞留，并通过食物链方式进入人类体内，给人类健康构成危害。

人类长期食用含有残留抗生素的食品，将会引发恶心、呕吐、腹胀、腹泻和便秘等症状，为此，世界卫生组织 (WHO)、欧盟 (EC) 及美国食品药品管理局 (FDA) 和中国国家药品管理局等国家或组织对食品中抗生素最大残留量都做了明确规定[1]。

为了从根本上控制食品中抗生素的残留，除了从食品源头上对抗生素的使用建立一套完整的监控、管理体系外，还需要建立一种高效灵敏，简单易操作的检测方法[2-3]。

目前，检测抗生素的传统方法主要有高效液相色谱法、气相色谱法、超临界流体色谱萃取法、免疫亲和色谱技术等[4-5]，但因样品中抗生素含量低，取样条件严格以及仪器设备昂贵等条件的限制，导致抗生素的检测手段难以普及推广。

采用分子印迹固相萃取技术，有望克服样品含量低、取样难等不利因素，易于进行样品的富集与分离[6]。

分子印迹聚合物 (Molecularly imprinted polymer，MIP) 具有对目标分子预定的选择性，高度的化学和机械稳定性等优点[7-8]，已在色谱手性分离、固相萃取、酶模拟催化、临* 收稿日期：2012年6月25日项目基金：国家自然科学基金 (No. 21174111).作者简介：宋任远(1982~), 男, 山东省人, 在读博士研究生. E-mail: songrenyuan0726@・98・Ion Exchange and Adsorption 2013年4月床药物分析等[9-11]领域展现出了良好的应用前景。

Siemann M等研究组[12-13]先后采用本体聚合的方法合成了红霉素 (EM) 分子印迹聚合物材料，并应用于HPLC和固相萃取填充基质，对目标分子表现出了优异的选择识别性能，然而采用该方法制备的分子印迹聚合物存在后处理冗杂、颗粒不均匀、识别速率低等诸多缺点。

近几年来，本研究组以大环内酯类抗生素分子印迹材料的制备及性能研究为主要研究方向[14]，先后报道了以丙烯腈膜[15]和表面修饰有甲基丙烯酸基团的功能膜为载体膜[16]，成功制备了EM分子印迹复合膜，底物的扩散实验表明，EM印迹复合膜对EM具有较强的渗透选择性。

我们还采用沉淀聚合的方法[17]，合成了粒径均匀、结构规整的罗红霉素 (RM) 分子印迹聚合物微球，结果表明，该印迹微球对于RM分子具有良好的选择识别性能和快速的结合性能。

本文以EM为模板分子，甲基丙烯酸为功能单体，采用悬浮聚合法合成了一系列形态和尺寸适宜的分子印迹固相萃取吸附剂，并重点对成球聚合工艺进行了优化探讨，同时对所得到印迹微球的吸附性能和选择识别性能进行了分析研究。

2 实验材料和方法2.1 实验材料红霉素 (Erythromycin, EM)，纯度93%，由利君集团镇江制药有限公司提供；罗红霉素 (Roxithromycin, RM)，纯度95%，由中国药品生物制品检定所提供；偶氮二异丁腈(AIBN)，分析纯，由西安化学试剂厂提供，重结晶提纯；乙二醇二甲基丙烯酸酯 (EDMA)，分析纯，由烟台云开化工有限公司提供；乙腈，分析纯，由天津科密欧化学试剂研发中心提供；羟乙基纤维素 (HEC)，由上海康湖化工厂提供；甲基丙烯酸 (MAA)，分析纯，由国药集团化学试剂有限公司提供。

2.2 分析测试仪器紫外可见分光光度计 (UV-2550，日本岛津公司)；环境扫描电镜 (Quanta 200，荷兰Philips-FEI公司)；数显水浴恒温振荡器 (SHZ-C，金坛市江南仪器厂)；偏光显微镜(E400POL，Nikon公司)；激光粒度分析仪 (Zetasizer Nano，英国Malvern公司)；数控超声波清洗器 (KQ-100DE，昆山市超声仪器有限公司)；ZK-82B型电热真空干燥箱(上海实验仪器厂有限公司)。

2.3 EM分子印迹聚合物微球的制备将1mmol EM模板分子和6mmol功能单体MAA溶解于50mL乙腈溶液中，超声振荡2h形成预聚合体系，然后向上述溶液中缓慢滴加15mmol交联剂 (EDMA) 和15mg引发剂 (AIBN) 溶液，再向混合溶液中加入HEC水溶液，使其形成乳白色的微悬浮乳液。

通氮气15min，于60℃下，聚合反应12h，冷却至室温，用蒸馏水反复振荡洗涤印迹聚合物，第29卷第2期 离 子 交 换 与 吸 附 ・99・ 以除去模板分子及未反应的组分。

依次用10%乙酸-甲醇溶液、二次蒸馏水振荡洗脱，直到用紫外可见分光光度计 (在磷酸存在条件下吸收波长为483nm) 检测不出EM 为止，得到印迹聚合物微球EM-MIPMs ，将其于60℃真空干燥至恒重备用。

非印迹聚合物微球 (NIPMs) 的合成方法与EM-MIPMs 完全一致，但在合成时不加入模板分子。

2.4 印迹微球吸附性能的测定2.4.1 静态吸附实验称取一组等量的EM-MIPMs 100.0mg ，分别置于50mL 锥形瓶中，加入一系列10mL 浓度为1~10mmol/L 的EM 20%乙腈-水溶液，在25℃下振荡吸附24h 。

然后取少量吸附液于离心管中，4000r/min 离心10min ，取上层清液1mL ，在磷酸存在条件下，采用紫外分光光度计测定其平衡浓度。

并根据式(1) 计算EM-MIPMs 对EM 的吸附容量，并绘制出EM-MIPMs 对EM 的等温吸附曲线。

mV C C Q ⨯-=)(0 (1) 式中Q 为吸附容量 (μmol/g)；C 0，C 分别为吸附前后EM 的浓度 (mmol/L)；m 为EM-MIPMs 的质量 (g)；V 为吸附液的体积 (mL)。

采用相同的方法，测定NIPMs 对EM 的等温吸附曲线。

2.4.2 吸附选择性实验N H 3H 3CH 33O O OCH 3H 3H 3CH 33Erythromycin RoxithromycinFig. 1 Chemical Structure of Erythromycin and Roxithromycin为考察印迹聚合物对EM 的吸附选择性，选择结构类似物RM 作为参照底物，EM 和RM 的结构见图1。

称取100mg 印迹聚合物置于50mL 锥形瓶中，分别加入EM 或RM 的Ion Exchange and Adsorption 2013年4月 ・100・ 20%乙腈-水溶液10mL ，在25℃下振荡吸附24h 。

然后取少量吸附液于离心管中，4000r/min 离心10min ，取上层清液1mL ，测定其平衡浓度，并根据吸附前后溶液浓度变化分别计算吸附量和选择性静态分配系数。

印迹聚合物的选择性可用静态吸附分配系数K D 和分离因子α来表征，其中K D 和α可定义为：SP D C C K = (2) Dj Di K K =α (3) 其中C P 表示底物在印迹聚合物上的浓度 (mmol/L)，C S 表示底物在溶液中的浓度 (mmol/L)；i 和j 分别表示模板分子和底物，规定j=i 时，α=1.0。

2.4.3 动态吸附实验称取1.08g EM-MIPMs 装入内径为10mm 的固相萃取柱内，使填充柱的床体积 (Bed V olume, BV) 为2mL 。

将浓度为1mmol/L 的EM 20%乙腈-水溶液以2BV/h 的流速逆流通过固相萃取柱，并以2BV 的间隔收集流出液，测定流出液中EM 的浓度，绘制动态吸附曲线，利用流出液的浓度与床体积数，计算EM-MIPMs 对EM 的泄漏吸附量与饱和吸附量。

采用相同的方法，测定EM-MIPMs 对RM 的动态吸附曲线。

3 结果与讨论3.1 EM-MIPMs 微观形貌及粒径分布的控制因素分析3.1.1 分散剂浓度对EM-MIPMs 形貌和粒径分布的影响在悬浮聚合过程中，分散剂是影响聚合物形貌和粒径分布重要因素之一，提高分散剂浓度，可降低液滴表面张力，促进液滴分散，增加液滴间机械隔离或空间位阻，增强液滴稳定性[18]。

为此，选用天然高分子HEC 作为分散剂，考察了分散剂浓度对EM-MIPMs 的形貌和粒径分布的影响。

由表1和图2-1可看出，随着分散剂HEC 浓度的增大，平均粒径呈现逐渐减小的趋势，然而EM-MIPMs 的粒径分布则呈现出先减小后增大的趋势。

从图2-2可以看出，当分散剂浓度低于1%时，EM-MIPMs 之间出现了较为严重的粘结现象，难以得到均匀、规整的EM-MIPMs 印迹微球；随着分散剂浓度的增大，分散剂浓度从1%提高到2%时，制备的EM-MIPMs 表现出良好球形度，并且表面光滑、无破损、规整性好。

这是因为当分散剂浓度较低时，难以得到稳定的液滴，生成的悬浮物容易发生碰撞而粘结，导致平均粒径增大；而当分散剂浓度增大时，液滴表面吸附HEC 的速度加快，致使液滴表面张力降低，促使功能单体与交联剂分散成更小的液滴，同时减少了聚合物初期不稳定液滴之间相互碰撞的几率，从而得到粒径均匀、球形度良好的印迹微球；随着分散剂浓度继续增大 (2%以上)，第29卷第2期 离 子 交 换 与 吸 附 ・101・ 开始出现次级粒子，因此，粒径分布表现为先减小后增大的趋势。

Table 1 The Influence of Dispersant Concentration on Average Grain Diameter of EM-MIPMs分散剂浓度 (%) 2 1.5 1 0.5 平均粒径 (μm) 33.6 60.7 70.8 98.5Fig. 2-1Fig. 2-2Fig. 2 The Influence of Dispersant Concentration on Morphologyand Particle Diameter Distribution of EM-MIPMsDispersant concentration: a-2%, b-1.5%, c-1%, d-0.5%; Polymerization initiator: AIBN (1% to the weight of monomers);Water/oil ratio: 10:1; Polymerization temperature: 60℃; Reaction time: 12h; Agitating rate: 450r/min0408012001020304050F r e q u e n c y (% μm )Diameter (μm)a b c dIon Exchange and Adsorption 2013年4月・102・ 3.1.2 水油相比例对EM-MIPMs 微观形貌及粒径分布的影响Fig. 3-150μm c 50μmFig. 3-2Fig. 3 The Influence of Water/oil Ratio on Morphology and Particle Diameter Distribution of EM-MIPMsWater/oil ratio: a-6:1, b-8:1, c-12:1, d-14:1; Polymerization initiator: AIBN (1% to the weight of monomers);Dispersant concentration: 1%; Polymerization temperature: 60; ℃Reaction time: 12h; Agitating rate: 450r/min实验通过调节分散相乙腈溶液的体积以改变水油比值，考察其对印迹微球形貌和粒径分布的影响。