载甲基丙烯酸甲酯的青霉素分子印迹聚合物膜的制备

载甲基丙烯酸甲酯的青霉素分子印迹聚合物膜的制备

1分子印迹技术的应用近年来，作为一种新型分离技术的提出，分子印染印度经历了一段快速的发展。分子印迹技术(MIT)通过分子印迹聚合物(MIPs)对模板分子的“记忆”效应达到对目标分子的特异性选择,近年得到了巨大发展,已成为色谱、手性体拆分、分子识别传感器和微量分析等领域的研究热点。分子印迹分离膜兼具分子印迹技术与膜分离技术的特点[5,6,7,8,9,10,11,12,13],无需粉碎研磨,印迹孔穴保留率高,分子识别性能强,对目标分子选择性高,已成为功能化分离膜的研究热点,分子印迹膜的研究将是对传统膜分离研究的一次突破[14,15,16,17,18,19]。红霉素(EM)是一类广谱抗菌药物,对多种炎症具有抗菌消炎疗效。其相对分子质量734Da,分子中带有多个羟基,属于较复杂的药物分子。目前在分子印迹研究与应用领域中仍以小分子物质如氨基酸、染料、金属离子等的印迹研究为主。而对较大分子的研究较少,且印迹效果还不够理想。因而针对生物大分子的分离和纯化,研究分子印迹膜的制备及应用具有重大意义。本文以大环内酯类抗生素红霉素(EM)为模板分子,甲基丙烯酸甲酯(MAA)为功能单体,开展红霉素分子印迹分离膜的制备研究,并深入探讨印迹膜制备过程中各因素对分子印迹膜印迹效果和分离性能的影响。2试验材料和方法2.1甲基亚基丙烯酸酯类红霉素(EM,利君集团镇江制药有限公司);α-甲基丙烯酸(MAA,上海化学试剂公司);丙烯腈(AN,北京福星化工厂);二甲基亚砜(DMSO,天津化学试剂厂);乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA,烟台云开化工有限公司);偶氮二异丁腈(AIBN,西安化玻站化学厂);过硫酸铵((NH4)2S2O8,西安试剂厂)。722S分光光度计(上海精密科学仪器有限公司),四动态膜性能测试仪(上海原子核物理研究所),KQ-100DE数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。2.2满足刑罚主体权利履行和社会有限开放作用,制备2s2o8-em-mim印迹膜将0.5316gEM(0.724mmol)溶于10mLDMSO中,加入4mLMAA,通氮气保护,于50℃下预反应3h。再加入20mLAN、30mLDMSO,升温至65℃,逐次缓慢加入AIBN和(NH4)2S2O8混合引发剂和20mL交联剂EDMA,反应5h,将所得聚合物膜液经相转化法成膜。以乙醇为洗脱液,采用超声振荡法脱除膜中EM,得到红霉素分子印迹膜(EM-MIM)。空白分子印迹膜(NMIM)除不加印迹分子红霉素以外,其余步骤同上。2.3分析2.3.1截留率的计算采用四动态膜性能测试仪测定EM-MIM的水通量和对EM的截留率。根据式(1)计算纯水通量:JW=WA×t(1)JW=WA×t(1)其中,JW为水通量(L/(h·m2)),W为透过的纯水体积(L),A为膜面积(m2),t为透过时间(h)。根据式(2)计算截留率。红霉素浓度采用硫酸显色-分光光度法测定:REM=C0−CiC0×100%(2)REΜ=C0-CiC0×100%(2)其中,REM为红霉素截留率,C0为原液浓度(mg/L),Ci为透过液浓度(mg/L)。2.3.2mim洗脱液中红外光素的浓度将未脱除EM的EM-MIM浸入一定体积的洗脱剂——无水乙醇中,于20℃下超声振荡。每隔10min取样测定EM-MIM洗脱液中的红霉素浓度,直至浓度不再变化。根据式(3)计算红霉素的洗脱量和洗脱率:m=C×V×MEMf=mm0(3)m=C×V×ΜEΜf=mm0(3)m为被洗脱的模板分子-红霉素的质量,m0为红霉素的原始质量(0.5316g),f为洗脱率。C、V、MEM分别为洗脱液中红霉素的浓度、洗脱液体积和红霉素的相对分子质量(734Da)。2.3.3积分子印迹膜对激素的吸附量将EM-MIM和NMIM分别放入100mL,0.1mol/L的红霉素溶液中,振荡,每隔10min测定红霉素溶液浓度,直至浓度不再变化。根据式(4)计算出单位体积分子印迹膜对红霉素分子的有效吸附量n(mmol/cm3),作为印迹膜中所形成的印迹位点数:n=|CMIM−CNMIM|×VA×d(4)n=|CΜΙΜ-CΝΜΙΜ|×VA×d(4)其中,CMIM、CNMIM分别为被EM-MIM和NMIM印迹膜吸附后的红霉素浓度。V、A、d分别为红霉素溶液的体积、膜面积和厚度。本研究测定用红霉素溶液体积为100mL,EM-MIM和NMIM膜面积均为13.72cm2,厚度为0.1cm。n越高,说明被印迹的红霉素分子越多,所形成的印迹位点越多。3结果与讨论3.1迹膜的em-mim性能功能单体通过其官能团与模板分子相对应的基团发生键合作用,在印迹聚合物中形成一定数目的、结构互补的印迹位点。因此,两者的相对比例对印迹位点的形成及结构的精确性有很大影响。保持功能单体MAA用量0.0461mol,逐渐增加模板分子-EM的用量制备系列印迹膜(EM-MIM),测定印迹膜的位点数及膜分离性能。结果见表1。由表1可以看出,当MAA用量一定时,随着EM用量的增加,膜中印迹位点显著增多,EM-MIM对EM的截留率也随之增大,水通量减小。当EM用量达0.724mmol时,印迹位点可达0.3037mmol/cm3,膜的水通量降为74.69L/(h·m2),对红霉素截留率达到最大53.17%。再继续增加EM用量,所测得的印迹位点仍不断增加,但截留率迅速降低至13.32%,水通量大幅增加。这是由于过量的EM会干扰EM与MAA之间的相互作用,同时也会残留在聚合物链间或表面,经超声洗脱后,形成很多非特异性空隙,使印迹位点数出现不断增加的假象。也使膜对红霉素的分离能力降低。研究表明,当MAA用量为0.0461mol,EM用量为0.724mmol时,EM-MIM位点数多,具有较好的分离性能。3.2印文印膜的通量和印迹位点交联剂在分子印迹聚合物的制备中对印迹空穴保持一定的柔韧性、稳定性和精确性起着关键作用。本研究以EDMA为交联剂,研究了EDMA与MAA的摩尔比对EM-MIM的印迹位点和分离性能的影响,结果如图1和2所示。当EDMA用量较少时,EM-MIM中的印迹位点数较少,截留率低,通量较高。说明交联度较低时,聚合物中未能形成有效的印迹结构。随着EDMA的增加,印迹位点数逐渐增加并趋于稳定,印迹膜对红霉素的截留率增高,通量下降。说明EDMA致膜中有效印迹位点增多,膜结构逐渐致密化。当EDMA与MAA的摩尔比>5∶1时,印迹位点数开始呈下降的趋势,但截留率仍不断增大,通量减小。这是由于交联度增大导致膜结构过于紧密,阻碍印迹分子的扩散和与功能基团的接近,减少了印迹位点;同时致密的膜结构也不利于EM分子对位点的接近,使吸附量降低,位点数减少。但却会提高膜的非特异性截留,使截留率升高,水通量下降。综上所述,EDMA∶MAA为5∶1时,膜中印迹位点多且分离性能较优。3.3引发剂为2s2o8分别选用AIBN和(NH4)2S2O8作为引发剂,并通过改变两者的用量考察对EM-MIM分离性能的影响,结果如表2所示。结果表明,在用量相同(0.20g),聚合时间相同(5h)的情况下,以AIBN作引发剂,所制备的聚合物膜液粘度低,稀薄,无法成膜;以(NH4)2S2O8作引发剂,则反应剧烈,聚合物发生快速凝胶,形成黏度很大的凝胶状高分子聚合物,也无法成膜。两种引发剂单独使用的效果均不理想。将AIBN和(NH4)2S2O8等质量比混合使用后发现,在两者用量较高或较低时聚合物也不易成膜。但两者用量控制在0.16~0.12g时,所制备的分子印迹聚合物具有较好的成膜性,并随两者用量的增加膜通量逐渐降低,对EM的截留率不断升高。当AIBN和(NH4)2S2O8用量各为0.12g时,EM-MIM的通量为71.33L/(h·m2),对EM一过性截留率可达56.86%,分离效果较优。这是由于AN与MAA的共聚物成膜性好,韧性佳。引发剂AIBN有利于对疏水性单体AN的引发聚合,不利于对水性单体MAA的引发聚合,而(NH4)2S2O8作用正好相反。因此单独使用时效果均不佳,两者共用具有很好的效果。3.4超声时间的影响脱除模板分子,使有效识别位点得以释放,是分子印迹膜获得优良选择性能的关键步骤。超声洗脱法是目前常用的洗脱方法,但长时间、高强度的超声对高分子膜结构影响较大,易破坏印迹位点结构。因此,对超声时间的控制是该方法的关键。以无水乙醇为洗脱剂,采用超声洗脱法研究了不同振荡时间对EM-MIM的印迹位点和分离性能的影响,结果见表3。从表3看出,超声时间对模板分子的洗脱及分子印迹膜的分离性能均产生影响。超声10min时,EM洗脱量仅能达到0.2132g,洗脱率40.11%。印迹位点量仅有0.1719mmol/cm3,截留率、水通量均较低。说明多数EM未脱除,有效印迹位点少。随着超声时间的延长,EM洗脱率不断增大,印迹位点数也不断增加,当振荡40min时,印迹位点数达到0.3029mmol/cm3,这使EM-MIM对EM的特异选择性截留增加,截留率为58.27%,同时由于孔隙的增多,水通量提高到75.16L/(h·m2)。再延长振荡时间,洗脱率增幅不大,印迹位点数和截留率大幅下降,水通量大幅增加。这是由于EM-MIM中的印迹量是一定的,洗脱量和洗脱率不会再随时间有较大变化。但长时间的超声却会破坏膜和印迹位点结构,使EM-MIM对EM的非选择性和选择性截留能力均下降。以上研究表明,以无水乙醇为洗脱溶剂,超声洗脱40min后,可释放有效印迹位点数0.3029mmol/cm3,印迹膜具有较优的分离性能。4膜分离性能的影响以EM为模板分子,MAA为功能单体,经AIBN和(NH4)2S2O8的共同引发,制备了红霉素分子印迹膜(EM-MIM),研究了EM与MAA用量比、交联剂用量、引发剂种类和用量、洗脱时间等因素对膜分离性能的影响,得出以下结论:(1)当MAA用量为0.0461mol,EM用量为0.724mmol时,可形成有效印迹位点数0.