一種外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，其步驟為：A以Fe3O4為磁性粒子，乙醇和蒸餾水為反應(yīng)溶劑，TEOS為分子前驅(qū)體，得磁性硅膠微球；B以無水甲苯為溶劑，將磁性硅膠微球與KH-550反應(yīng)，得氨基化磁性硅膠微球；C以雙酚A為模板分子，TEOS和PTMS為交聯(lián)劑，HCl為催化劑，與氨基化磁性硅膠微球反應(yīng)，洗脫模板分子，得雙酚A印跡磁性硅膠微球；D將雙酚A印跡磁性硅膠微球與KH-560反應(yīng)，水解，得外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球。本發(fā)明的方法具有制備簡單、選擇性強(qiáng)、富集性好、分離效率高的優(yōu)點(diǎn)，可有效排阻生物大分子，減少處理后樣品的雜質(zhì)，可在樣品前處理的分離萃取中廣泛使用。
【專利說明】一種外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及萃取分離材料的制備方法，具體地說涉及一種能夠排阻生物大分子的外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙酚A (BPA)是一種重要的化工原料，主要用于生產(chǎn)聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂、聚酚氧等，其廣泛存在于人們?nèi)粘Ｉ钏佑|到的食品包裝袋、嬰兒奶瓶等塑料制品中。在使用過程中雙酚A有可能遷移到食品中，被人食入后可在人體內(nèi)與雌激素受體結(jié)合，從而影響人體正常的內(nèi)分泌代謝活動，可能會引發(fā)如糖尿病、心臟病、肥胖和乳腺癌等一系列疾病。鑒于其存在安全隱患，世界各國對食品包裝材料中雙酚A及其衍生物的溶出量有嚴(yán)格限制，如歐盟規(guī)定其遷移量為3 mg/kg,日本為2.5 mg/kg,美國為0.05 mg/kg,中國為0.05 mg/kg。為此，針對雙酚A的遷移檢測，已經(jīng)成為目前國際上研究的熱門課題。目前，分析測定雙酚A的方法有氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、高效液相色譜和毛細(xì)管電泳等。而決定這些方法的準(zhǔn)確性和精確度的關(guān)鍵步驟是樣品的前處理，即從被測樣品中萃取并富集所要測得的雙酚A物質(zhì)。
[0003]分子印跡聚合物是通過分子印跡技術(shù)合成的對目標(biāo)分子及其結(jié)構(gòu)類似物具有特異性識別和選擇性吸附的聚合物，已廣泛應(yīng)用于分離提純、免疫分析、催化作用以及固相萃取等方面，其具有對目標(biāo)分子特異性識別能力、吸附選擇性好、便于功能設(shè)計(jì)、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。磁性聚合物微球是一種由磁性材料和非磁性聚合物材料復(fù)合而成的新型功能微球，已廣泛應(yīng)用于生物分離、藥物控釋、疾病診斷等領(lǐng)域，它能夠在外加磁場的作用下快速萃取分離溶液中的目標(biāo)分析物，其具有操作簡單、效率高、成本低、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，但存在選擇性差的問題。為此，人們將磁性與分子印跡技術(shù)相結(jié)合，得到兼具磁性快速分離和分子特異性識別的磁性分子印跡聚合物微球(MMIPMs)。如CN 102304211 A公開了一種雙酚A亞微米磁性分子印跡的制備及在包裝食品檢測前處理中的應(yīng)用，其主要通過水熱法合成磁性亞微米材料Fe3O4 ;再采用溶膠凝膠法合成硅包磁(Fe3O4IgSiO2)微球，將合成出的Fe3O4OSiO2和二溴異丁酰溴進(jìn)行偶聯(lián)形成表面帶Br基團(tuán)的Fe3O4OSiO2OBr,通過原子自由基轉(zhuǎn)移法合成表面分子印跡亞微米粒子(Fe3O4麵IP)。該材料具有比表面積相對較大，吸附效率高，高特異性選擇性吸附能力等特性。又如朱麗麗等研究了核殼結(jié)構(gòu)的雙酚A磁性納米分子印跡聚合物的合成及應(yīng)用[分析化學(xué)，11期，1724-1728]，其方法是采用了三步細(xì)乳化法合成的:(I)將OA-Fe3O4分散在氯仿中，邊攪拌邊滴加到含SDS的水溶液中，超聲細(xì)乳化得細(xì)乳液A ; (2)將MMA、E⑶-MA、BPA、CA和異丙醇混合均勻后，加入到含SDS的水溶液中，超聲細(xì)乳化得到細(xì)乳液B ; (3)將細(xì)乳液A、B混合，并通氮除氧，加入過硫酸鉀，反應(yīng)，洗脫模板分子，即得雙酚A磁性納米分子印跡聚合物。該方法制備的磁性納米分子印跡聚合物能夠高效地測定湖水中雙酚A的含量。但是，在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，這些方法制備的硅膠微球材料用于分離富集樣品中的小分子化合物時(shí)，其樣品中的生物大分子如蛋白質(zhì)、核酸等遇到磁性微球時(shí)，會吸附在其表面上，這種現(xiàn)象不僅影響待測物的吸附效率，而且嚴(yán)重干擾儀器對待測物后續(xù)檢測的準(zhǔn)確性和精確度。因此，如何使制備的分子印跡磁性硅膠微球的內(nèi)表面能夠高效選擇吸附待測小分子，而外表面親水排阻生物蛋白等大分子，減少分離待測物中的雜質(zhì)，提高檢測的準(zhǔn)確性和精確度是目前行業(yè)內(nèi)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是提供一種外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，以解決現(xiàn)有方法制備的硅膠微球在分離樣品時(shí)由于其外表面容易吸附生物大分子而導(dǎo)致分離效率低、雜質(zhì)含量高、對檢測干擾大的問題。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，包括以下步驟:
A、將Fe3O4磁性納米粒子溶于由乙醇和蒸餾水組成的混合溶劑中，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值至8-9，超聲分散，加入四乙氧基硅烷(TE0S)，攪拌，洗滌，干燥，得磁性硅膠微球；所述Fe3O4磁性納米粒子、混合溶劑及四乙氧基娃燒的質(zhì)量體積比為Ig: 200ml: 4ml ;所述乙醇和蒸餾水的體積比為1-9:1 ；
B、將所述磁性硅膠微球溶于無水甲苯溶劑中，加入氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)，回流，洗滌，干燥，得氨基化磁性硅膠微球；所述磁性硅膠微球與氨丙基三乙氧基硅烷的質(zhì)量體積比為1: 4;
C、將雙酚A模板分子溶于甲醇溶劑中，加入所述氨基化磁性硅膠微球，攪拌回流，加入交聯(lián)劑和催化劑，室溫反應(yīng)后，用洗脫液洗脫模板分子，得雙酚A印跡磁性硅膠微球；其中交聯(lián)劑是由體積比為1:1的四乙氧基硅烷(TEOS)和苯基三甲氧基硅烷(PTMS)組成的混合物；催化劑是摩爾濃度為1.0 mol/L的HCl溶液，所述雙酚A、氨基化磁性硅膠微球、交聯(lián)劑及催化劑的質(zhì)量體積比為I g:1 g: 8 ml: 2 ml ;
D、將雙酚A印跡磁性硅膠微球分散到無水甲苯溶劑中，加入Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)，攪拌回流，洗滌，干燥，得到的產(chǎn)物用H2SO4水解，將水解產(chǎn)物水洗至中性，干燥，即得外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球；所述雙酚A印跡磁性硅膠微球、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的質(zhì)量體積比為1: 4。
[0006]本發(fā)明步驟A中乙醇和蒸餾水的體積比為1-9:1，更優(yōu)選4:1。在制備反應(yīng)中乙醇和蒸餾水體積的比值對磁性硅膠微球的分散性起關(guān)鍵作用，當(dāng)乙醇和蒸餾水的體積比為4:1時(shí),其制備的磁性娃膠微球分散均勻、粒徑大小適度,外形美觀。
[0007]本發(fā)明步驟B中所述磁性硅膠微球與無水甲苯的質(zhì)量體積比為1:100。
[0008]本發(fā)明步驟B中所述回流時(shí)間為8 h。
[0009]本發(fā)明步驟C中雙酚A與甲醇的質(zhì)量體積比為1: 100。
[0010]本發(fā)明步驟C中所述洗脫液為甲醇和鹽酸按體積比為1:1組成的混合液。
[0011]本發(fā)明步驟D中所述雙酚A印跡磁性硅膠微球與無水甲苯的質(zhì)量體積比為1:100。
[0012]本發(fā)明步驟D中所述H2SO4的摩爾濃度為0.lmol/L,所述雙酚A印跡磁性硅膠微球與硫酸的質(zhì)量體積比為1:100。
[0013]本發(fā)明首先制備了磁性硅膠微球，再對磁性硅膠微球進(jìn)行氨基表面修飾，進(jìn)一步加入模板分子制備了雙酚A印跡磁性硅膠微球，最后對雙酚A印跡磁性硅膠微球進(jìn)行環(huán)氧基表面修飾，通過這樣層層組裝，制得了內(nèi)表面疏水-外表親水的反向結(jié)構(gòu)的分子印跡磁性硅膠微球。本發(fā)明在制備過程中通過巧妙合理的設(shè)計(jì)，控制了材料外表面的親水基團(tuán)、內(nèi)部孔徑以及作用位點(diǎn)，在分離萃取時(shí)，可以使得樣品中的模板小分子化合物選擇性地快速進(jìn)入，并吸附和富集在材料的內(nèi)部孔穴中，而樣品中的生物大分子被排阻在材料的外層，從而，在實(shí)現(xiàn)待測目標(biāo)物快速分離的同時(shí)，達(dá)到其雜質(zhì)含量明顯降低、檢測的準(zhǔn)確性和精確度顯著提高的目的。
[0014]本發(fā)明提供的分子印跡磁性硅膠微球具有制備簡單、粒徑均勻、選擇性強(qiáng)、萃取分離速度快、富集強(qiáng)、對樣品基質(zhì)凈化好、可控制等優(yōu)點(diǎn)，可在樣品前處理的分離萃取中廣泛使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明材料的合成機(jī)理圖。
[0016]圖2是實(shí)施例1制備的材料的掃描電鏡圖。
[0017]圖3是實(shí)施例1制備的雙酚A分子印跡硅膠微球的紅外光譜分析圖。
[0018]圖4是實(shí)施例1制備的材料對大分子排阻能力圖。
[0019]圖5是實(shí)施例1制備的材料的結(jié)構(gòu)反相特性圖。
[0020]圖6是實(shí)施例1制備的材料的富集特性圖。
[0021]圖7是實(shí)施例1制備的材料分離的樣品的檢測色譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面實(shí)施例用于進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。
[0023]實(shí)施例1
(I)制備磁性硅膠微球:稱取0.5 g Fe3O4，加入到80 ml乙醇和20 ml蒸餾水混合溶劑，再用2.5 ml氨水(25-28%，w/w)調(diào)節(jié)溶液的pH值，使其溶液的pH值保持在8_9之間，超聲分散5 min，逐滴加入2 ml四乙氧基硅烷，室溫下機(jī)械攪拌12 h。收集產(chǎn)物，將產(chǎn)物用蒸餾水洗漆3-4次,在60°C下干燥12 h,得到磁性娃膠微球,其電鏡掃描圖為圖2 (c)所不。從圖2對比可以看出，圖2(c)合成的磁性硅膠微球分散性很好，且粒徑大小均勻，外形美觀。
[0024](2)制備氨基化磁性娃膠微球:取0.5 g磁性娃膠微球分散到50 ml無水甲苯中，再加入2 ml硅烷KH-550，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，回流8 h。得到的產(chǎn)物分別用甲苯、乙醇洗滌4次，在40°C下干燥12 h,得到氨基化磁性硅膠微球。
[0025](3)制備雙酚A印跡磁性硅膠微球:取0.5 g雙酚A (BPA)溶解于50 ml甲醇中，在攪拌下加入0.5 g氨基修飾的磁性娃膠微球,攪拌并回流30 min后,加入2 ml四乙氧基硅烷(TEOS)和2 ml苯基三甲氧基硅烷(PTMS)，1 ml 1.0 mol/L HC1，在室溫下反應(yīng)15 h。得到的產(chǎn)物分別用乙醇、蒸餾洗滌4次，在80°C下干燥12 h。取上述合成的微球，加入25ml甲醇和25 ml 1.0 mol/L HCl組成的混合液，攪拌3h。收集產(chǎn)物，用水洗至中性。產(chǎn)物80°C下干燥12 h，得到雙酚A印跡磁性硅膠微球。
[0026]對雙酚A印跡磁性硅膠微球進(jìn)行紅外掃描測定，其紅外光譜圖如圖3所示。從圖中可知:578.00 CnT1處為Fe3O4的特征吸收峰，1081.68 cnT1處為S1-O-Si和S1-O-H的伸縮振動峰，1563.66 cm—1處為N-H伸縮振動峰，2972.64 cm—1處為C-H伸縮振動峰，說明微球表面已經(jīng)修飾上氨基，1450.00，1511.43和1620.01 cnT1處為苯環(huán)骨架伸縮振動峰，說明
苯基三甲氧基硅烷已經(jīng)成功包覆在磁性硅膠微球的表面。
[0027](4)制備外表面親水的雙酚A分子印跡磁性硅膠微球:取0.5 g雙酚A印跡磁性硅膠微球分散到50 ml無水甲苯中，加入2 ml KH-560，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，攪拌回流12 h，收集產(chǎn)物，分別用乙醇、水洗滌4次，60°C下干燥12 h，將干燥產(chǎn)物，加入到50 ml 0.1 mol/L H2SO4中，攪拌下室溫反應(yīng)12 h，收集產(chǎn)物，用蒸餾水洗至中性，60°C下干燥12 h，得到外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球。其合成的機(jī)理圖如圖1所示。
[0028]實(shí)施例2
在制備磁性硅膠微球時(shí)，以90 ml乙醇和10 ml蒸餾水為反應(yīng)溶劑，其余步驟同實(shí)施例1。其制備的磁性硅膠微球的電鏡掃描圖如圖2(a)所示。
[0029]實(shí)施例3
在制備磁性硅膠微球時(shí)，以50 ml乙醇和50 ml蒸餾水為反應(yīng)溶劑，其余步驟同實(shí)施例1。其制備的磁性硅膠微球的電鏡掃描圖如圖2(b)所示。
[0030]對比例I
制備非印跡磁性硅膠微球(NIPs):其制備方法同實(shí)施例1，僅在制備過程中不添加雙酚A。
[0031]實(shí)施例4
測定實(shí)施例1合成的材料對蛋白大分子的排阻能力。具體實(shí)施方法如下:
將上述制備的親水性分子印跡磁性硅膠微球，采用勻漿填充法裝入不銹鋼柱(55X4.6mm)內(nèi)，再分別配制40 mg/ml的牛血清蛋白和溶菌酶溶液，進(jìn)行在線高效液相色譜分析。液相色譜條件:流動相:水/乙腈60:40 (v/v) + 0.050M磷酸氫二鈉；進(jìn)樣體積:10 μ L ;紫外檢測波長:280 nm ;流速:1.00 ml/min。
[0032]測定結(jié)果如圖4所示:牛血清蛋白(分子量66.430 kDa)和溶菌酶(分子量
14.4kDa)在不銹鋼柱中的保留時(shí)間相同，由此可以說明本發(fā)明合成的親水性分子印跡磁性硅膠微球具有良好的蛋白大分子排阻能力。
[0033]實(shí)施例5
測定實(shí)施例1合成材料結(jié)構(gòu)的反向特性。具體實(shí)施方法如下:
配制0.1 mg/ml苯萘蒽的混合溶液,其填充的不銹鋼柱的制備同實(shí)施例4,進(jìn)行在線高效液相色譜分析。液相色譜條件:流動相:水/乙腈25:75 (v/v);進(jìn)樣體積:10 μ L ;紫外檢測波長:254 nm ;流速:0.5 ml/min。
[0034]測試結(jié)果如圖5所示，由圖5可知以苯、萘、蒽為測試溶劑，在所選洗脫條件下，苯、萘、蒽的洗脫順序證實(shí)了本發(fā)明制備的材料具有內(nèi)表面疏水、外表面親水的反相色譜行為，其具有明顯的反相結(jié)構(gòu)特性。
[0035]實(shí)施例6
測定實(shí)施例1合成材料的高選擇性能。具體實(shí)施方法如下:
選擇四溴雙酚A和對苯二酚為雙酚A的類似物，進(jìn)行選擇性考察。分別取30 mg實(shí)施例I制備的親水性分子印跡磁性硅膠微球和對比例I制備的非印跡磁性硅膠微球，加入到10 ml 100 mg/L雙酚A (BPA)，四溴雙酚A (TBBPA)和對苯二酚(HQ)的混合溶液中，在水平振蕩器中，常溫吸附12 h,最后用小磁鐵分離得到上清液，上清液的濃度用高效液相色譜檢測。液相色譜條件:流動相:水/甲醇30:70 (v/v);進(jìn)樣體積:10 μ L ;紫外檢測波長:278 nm;流速:1.00 ml/min。
[0036]如表1所示，通過溶液的初始濃度和吸附后的平衡濃度，用以下公式計(jì)算出了分配系數(shù)0rD)，選擇性系數(shù)(幻，相對選擇性系數(shù)iy )。
[0037]分配系數(shù)={(初始濃度-平衡濃度)/平衡濃度} * (溶液的體積/微球的質(zhì)量) 選擇性系數(shù)=分配系數(shù)(雙酚A) /分配系數(shù)(類似物)
相對選擇性系數(shù)=選擇性系數(shù)(印跡微球)/選擇性系數(shù)(非印跡微球)
檢測結(jié)果如表1。
[0038]表1合成材料的選擇性
【權(quán)利要求】
1.一種外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，其特征是，包括以下步驟: A、將Fe3O4磁性納米粒子溶于由乙醇和蒸餾水組成的混合溶劑中，用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值，超聲分散，加入四乙氧基硅烷，攪拌，洗滌，干燥，得磁性硅膠微球；所述Fe3O4磁性納米粒子、混合溶劑及四乙氧基硅烷的質(zhì)量體積比為I g: 200 ml: 4 ml;所述乙醇和蒸餾水的體積比為1-9:1 ； B、將所述磁性硅膠微球溶于無水甲苯中，加入氨丙基三乙氧基硅烷，回流，洗滌，干燥，得氨基化磁性硅膠微球；所述磁性硅膠微球與氨丙基三乙氧基硅烷的質(zhì)量體積比為1:4 ； C、將雙酚A模板分子溶于甲醇中，加入所述氨基化磁性硅膠微球，攪拌回流，加入交聯(lián)劑和催化劑，室溫反應(yīng)后，用洗脫液洗脫模板分子，得雙酚A印跡磁性硅膠微球；其中交聯(lián)劑是由體積比為1:1的四乙氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷組成的混合物；催化劑是摩爾濃度為1.0 mol/L的HCl溶液，所述雙酚A、氨基化磁性硅膠微球、交聯(lián)劑及催化劑的質(zhì)量體積比為 I g:1 g: 8 ml: 2 ml ; D、將雙酚A印跡磁性硅膠微球分散到無水甲苯中，加入Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，攪拌回流，洗滌，干燥，得到的產(chǎn)物用H2SO4水解，將水解產(chǎn)物水洗至中性，干燥，即得外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球；所述雙酚A印跡磁性硅膠微球、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的質(zhì)量體積比為1: 4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，其特征是，步驟A中乙醇和蒸餾水的體積比為4:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，其特征是，步驟B中所述磁性硅膠微球與無水甲苯的質(zhì)量體積比為1:100。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，其特征是，步驟B中所述回流時(shí)間為8 ho
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，其特征是，步驟C中雙酚A與甲醇的質(zhì)量體積比為1: 100。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，其特征是，步驟C中所述洗脫液為甲醇和鹽酸按體積比為1:1組成的混合液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，其特征是，步驟D中所述雙酚A印跡磁性硅膠微球與無水甲苯的質(zhì)量體積比為1: 100。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，其特征是，步驟D中所述H2SO4的摩爾濃度為0.lmol/L。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述外表面親水的分子印跡磁性硅膠微球的制備方法，其特征是，步驟D中所述雙酚A印跡磁性硅膠微球與H2SO4的質(zhì)量體積比為1:100。
【文檔編號】B01D15/08GK103949228SQ201410195033
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】呂運(yùn)開, 何艷冬, 熊雪, 秦新英, 孫漢文 申請人:河北大學(xué)