Screening of functional monomers and preparation of molecularly imprinted polymers (MIPs) in molecularly imprinted polymers of steranes
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摘要: 为了制备对甾烷类化合物具有特异性选择能力的分子印迹聚合物(MIPs),利用紫外光谱法对预聚合体系进行筛选,确定功能单体的种类、配比及其作用方式。将3种模板分子(胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸)分别与4种功能单体,即丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酰胺(AM))的相互作用强度进行对比。研究结果发现,功能单体AA均可与3种模板分子发生较强的相互作用并形成稳定的预聚合体系,从而优选出AA为MIPs的功能单体。另外,通过不同比例AA紫外光谱吸光度变化和差示紫外光谱分析,显示3种模板分子与功能单体AA的最佳浓度比均为1∶4,且形成的稳定配合物构型分别为胆固醇-1AA、β-谷固醇-1AA及去氧胆酸-3AA。同时,以EDGMA为交联剂、AIBN为引发剂,采用沉淀聚合法成功合成了MIPs,傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析结果显示MIPs制备良好。因此,此方法可用于对甾烷类化合物具有特异性选择能力的MIPs功能单体的筛选及其制备,并为深层—超深层烃源岩油源对比研究提供技术支持。Abstract: To prepare molecularly imprinted polymers (MIPs) with specific selectivity for steranes, the prepolyme-rization system was screened by UV spectroscopy to determine the type, proportion and mode of action of functional monomers. In this study, the interaction intensities between three template molecules (cholesterol, β-sitosterol, deoxycholic acid) and four functional monomers (acrylic acid (AA), methacrylic acid (MAA), methyl methacrylate (MMA), and acrylamide (AM)) are compared respectively. The results show that the functional monomer AA can interact strongly with the three template molecules and form a stable prepolymerization system, so AA is selected as the functional monomer of MIPs. In addition, the UV spectral absorbance change and differential UV spectral analysis of different proportions of AA show that the optimal concentration ratios of the three template molecules to functional monomer AA are all 1:4, and the stable complex configurations formed are cholesterol-1AA, β-sitosterol-1AA and deoxycholic acid-3AA, respectively. The MIPs are successfully synthesized by precipitation polymerization using EDGMA as dispersant and AIBN as initiator, and the results of FTIR show that MIPs are well prepared. Therefore, this method can be used for the screening and preparation of MIPs functional monomers with specific selectivity for steranes, and provide technical support for the study of oil-source correlation between deep and ultra-deep source rocks.
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Key words:
- steranes /
- molecularly imprinted polymer /
- UV spectrum /
- template molecule /
- functional monomer
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甾族化合物广泛存在于各种动植物体中,其分子结构相对稳定,受环境影响较小,基本保存了原始生物碳骨架,被广泛应用于沉积环境识别、成熟度评价、热解程度确认和油源对比等研究[1-3],是油气形成和成藏的重要评价指标。然而深层—超深层古老地层的原油多来自于多套烃源岩,具有基质成分复杂、待测生标物质含量极低等特点[4],不经前处理而直接测定会对分析结果造成影响。因此,需要探索一种高效、快速、识别性强、干扰小的分析测试方法,分离富集痕量甾烷类化合物,为油气勘探提供可靠信息。
分子印迹技术的核心是分子印迹聚合物(MIPs),它是一种合成的高分子材料,对特定目标分析物及相关结构的化合物具有高亲和力和选择性[5],常用于痕量有机物的分析,并在色谱[6]、制药[7]、有机环境[8]、化学分析[9]等领域广泛应用,其待测物检出限可达10-10~10-12 g级。因此,为了实现甾烷的分离富集,可将分子印迹技术引入痕量及超痕量生标化合物研究领域。然而,分子印迹技术的原理在于将预聚合混合物(模板分子与功能单体)形成的结构有效转化为聚合物基质[10],使得MIPs的空穴含有与功能单体相互作用的特异性识别位点,因此,研究功能单体的种类及其与模板分子的配比,对提高分子印迹聚合物的识别性能至关重要,并会直接影响MIPs的后续应用。
对于结构简单的模板分子,可以直接根据其酸碱度来选择合适的功能单体[11]。但大多数模板分子结构比较复杂,可能含有不同性质的基团(如:酸性、中性、碱性等基团),对功能单体产生位阻,因此,不能直接采用经验式方法选择合适的功能单体,必须通过实验方法确定。传统的筛选方法是模板分子分别与不同功能单体依次形成不同的MIPs,并对其微球进行表征和性能的研究[12],但该方法费时费力,效率低。随着技术的发展,研究人员开发了一些更成熟有效的筛选方法,比如紫外—可见光谱法[13-15]、荧光光谱法[16]、核磁共振法[17]、红外光谱[18]以及计算机模拟设计法[19]等。通过对比发现,荧光光谱法需要模板分子具有荧光性,核磁共振中的氘代试剂成本较高,红外光谱很难实现对模板与单体比例的分析,计算机模拟设计法没有扣除溶剂的影响。而紫外光谱法所需仪器设备操作简单,灵敏度高,是研究生物分子和各种有机分子之间相互作用的重要手段。不仅可以对物质进行结构分析,还可以进行定性、定量分析,测试物质的理化性质[20],因此,可通过研究其光谱性质的改变,考察模板分子与功能单体之间的相互作用。
由于甾烷类化合物没有相应的印迹位点,所以本研究以甾烷的类似结构胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸为虚拟模板,选择AA、MAA、MMA、AM为功能单体(图 1),通过紫外光谱分析的方法,判断模板分子与功能单体之间相互作用强度以及复合物的稳定性,优选功能单体的种类及配比。以沉淀聚合的方法分别制备虚拟胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸模板分子印迹聚合物,利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对其聚合物进行结构表征。
1. 实验部分
1.1 试剂与仪器
表 1 制备分子印迹聚合物(MIPs)相关实验的主要试剂Table 1. Main reagents used in related experiments for preparing MIPs试剂名称 试剂级别 生产厂家 胆固醇 AR 天津市大茂化学试剂厂 β-谷固醇 AR 合肥巴斯夫生物科技有限公司 去氧胆酸 AR 麦克林生物科技有限公司 AA AR 天津市大茂化学试剂厂 MAA AR 天津市大茂化学试剂厂 MMA AR 天津市大茂化学试剂厂 AM AR 上海广诺化学科技有限公司 EDGMA AR 北京百灵威科技有限公司 AIBN AR 天津市大茂化学试剂厂 甲醇 HPLC 北京迈瑞达科技有限公司 乙腈 HPLC 北京迈瑞达科技有限公司 表 2 制备MIPs相关实验的主要仪器设备Table 2. Main instruments and equipments used in related experiments for preparing MIPs实验仪器 型号 生产厂家 紫外可见光度计 UV-2600 谱质分析检测技术(上海)有限公司 傅立叶红外光谱仪 Bruker Alpha 泰科施普(北京)技术有限公司 电子恒温不锈钢水浴锅 HHS-2S 上海虞龙仪器设备有限公司 场发射扫描电子显微镜 Merlin Compact 德国蔡司 气相色谱/质谱联用仪 6890N(GC)/5737N(MS) 美国安捷伦科技有限公司 回旋式振荡器 HY-5 江苏盛兰仪器制造有限公司 1.2 紫外光谱测定(UV)
1.2.1 模板分子与功能单体预组装体系的UV测定
分别配制不同浓度的模板分子(胆固醇—乙腈:0.5 mmol/L;β-谷固醇—甲醇:1 mmol/L;去氧胆酸—甲醇:3 mmol/L)和相应浓度的功能单体(AA、MAA、MMA、AM),并将其1∶4混合,定容至10 mL, 超声25 min后,静置12 h,以乙腈和甲醇溶液为参比溶液,在波长190~550 nm进行紫外光谱扫描。
1.2.2 不同比例的功能单体与模板分子的UV扫描
分别配制1 mmol/L的胆固醇—乙腈溶液、1 mmol/L的β-谷固醇—甲醇溶液、32 mmol/L的去氧胆酸—甲醇溶液,加入不同浓度的AA,浓度比为1∶0、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8,定容至10 mL,超声25 min后,静置12 h,以相应的AA溶液作为参比,在波长190~550 nm进行紫外光谱扫描。对于差示紫外分析扫描,分别配置0.5 mmol/L的胆固醇溶液、1 mmol/L的β-谷固醇溶液、10 mmol/L的去氧胆酸溶液,除分别以相应的模板分子溶液作为参比外,其余方法与功能单体比例的优化相同。
1.3 分子印迹聚合物的制备
制备MIPs及NIP的原料及含量如表 3所示。首先将0.5 mmol的胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸依次和2 mmol丙烯酸分别加入含60 mL乙腈的三角烧瓶中,超声25 min后,静置2 h,然后加入10 mmol EDGMA和160.5 mg AIBN,混合后继续超声25 min,氮吹15 min后脱氧密封,在60 ℃水浴下热聚合24 h,将得到的热聚合物冷却、离心、干燥。用甲醇—乙酸混合溶液(V∶V=9∶1)索氏提取28 h,再用甲醇洗脱13 h,在室温下干燥24 h。最后得到胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸印迹分子聚合物(MIPs)。除不加模板分子外,对照聚合物(NIP)的合成方法与MIPs相同。
表 3 制备MIP和NIP的组分材料及含量Table 3. Components and contents for preparing MIP and NIP聚合物 模板分子类型 模板分子/mmol 功能单体/mmol 交联剂(EDGMA)/mmol 引发剂(AIBN)/mg 致孔剂(乙腈)/mL 温度/℃ 吸附量/(mg·g-1) 印迹因子 分配常数/(g·mL-1) MIP1 胆固醇 0.5 2 10 160.5 60 60 0.670 2.778 0.183 MIP2 β-谷固醇 0.5 2 10 160.5 60 60 0.779 3.231 0.226 MIP3 去氧胆酸 0.5 2 10 160.5 60 60 0.877 3.638 0.270 MIP4 去氧胆酸 0.5 2 10 160.5 60 50 0.418 MIP5 去氧胆酸 0.5 2 10 160.5 60 70 0.695 NIP 2 10 160.5 60 60 0.241 0.053 1.4 聚合物的表征
利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)采用溴化钾压片法测量固体胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸及合成的MIPs、NIP;采用ATR法测量液体AA、EDGMA,均在4 000~500 cm-1波长范围内进行光谱扫描。用场发射扫描电镜对合成的MIPs进行形貌表征。将待测样品均匀涂敷在导电胶上,采用离子溅射仪对MIPs喷碳,然后进行扫描电镜测试。
1.5 聚合物吸附性能的研究
分别称取10 mg的MIPs、NIPs,放入带塞的10 mL玻璃离心管中,加入5 mg/L的5α-胆甾烷—甲醇溶液,封口混合均匀,恒温振荡24 h后, 上清液过膜, 通过GC-MS分析结果计算MIPs和NIP的吸附量(Q)、分配系数(KD)及印迹因子(IF)。
Q=(Co−Cf)×VM (1) KD=QCf (2) 式中:Co为目标分析物初始浓度;Cf为平衡吸附上清液中目标物浓度;V为添加的溶液体积;M为聚合物质量。
IF=QMIPsQNIPs (3) 式中:QMIPs为MIPs对5α-胆甾烷的吸附量;QNIPs为MIPs对5α-胆甾烷的吸附量。
2. 结果与讨论
2.1 功能单体的筛选
在分子印迹聚合物的制备过程中,预聚合阶段能否通过氢键及其他化学键形成稳定的复合物,是获得高特异性聚合物的关键。因此,研究模板分子与不同功能单体之间的相互作用,是MIPs识别性能研究的关键环节之一[21]。如果混合溶液中两种物质之间不存在相互作用,则理论上其溶液的紫外光谱吸光度等于相应波长范围内分别测得的两种物质单独溶液的紫外吸光度之和[22]。若存在差异则两种化合物在一定条件下有可能会发生化学反应,因此对于模板与功能单体相互作用强度和结合力的研究,可以利用两种混合溶液最大实际测量值和理论吸光度的差值大小作判断,差值越大,模板与单体的相互作用越强,形成的预聚合物越稳定[23]。
通过紫外光谱法对3种模板分子与4种功能单体相对结合能力大小进行比较(表 4,图 2—图 4)。胆固醇与AA、MAA、MMA、AM混合体系的理论值均大于实际值(图 2),说明胆固醇与各单体产生了相互作用,即胆固醇的-OH与各单体的-COOH、-COOR、-NH2或-C=O通过氢键作用形成新的复合物。当胆固醇与各单体的浓度比为1∶4时,其混合体系差值分别为:ΔAAA=1.063 08、ΔAMAA=0.847 14、ΔAMMA=0.861 46、ΔAAM=0.718 72(表 4)。表明胆固醇与AA的差值最大,两者之间的相互作用最强。因此,对制备胆固醇虚拟分子印迹聚合物而言,以AA为单体合成MIPs具有更好的稳定性。
表 4 模板分子与功能单体的最大理论吸光度与实际吸光度差值Table 4. Difference between the maximum theoretical absorbance and the actual absorbance of template molecules and functional monomers模板分子 功能单体 AA MAA MMA AM 胆固醇 1.063 08 0.847 14 0.861 46 0.718 72 β-谷固醇 0.908 60 0.668 06 0.621 24 0.368 06 去氧胆酸 0.298 62 0.133 27 0.095 51 0.060 29 同样,由图 3和表 4所示,β-谷固醇与单体AA的浓度比为1∶4时,其混合体系的实际测量值与理论吸光值差值最大(ΔAAA=0.908 60),AA与β-谷固醇之间的结合力最强,形成的MIPs最稳定,可能是由于β-谷固醇的-OH与AA、MAA的羧基氧、MMA的酯基氧、AM的氨基氮或碳基氧形成氢键作用,改变了电子能量。
一般而言,去氧胆酸属于酸性,应该与碱性AM结合力最大,但紫外显示与单体AA的预聚合体系差值最大,稳定性最好(ΔAAA=0.298 62)(图 4, 表 4),可能是羟基附近的六元环以及羧基使得位阻增大,从而使得AM上的氧原子很难与去氧胆酸中羟基氢原子形成氢键,或AM中氨基氮与去氧胆酸-OH键形成的氢键构型为O-H…N,比去氧胆酸的羟基和羧基与AA形成的O-H…O作用力弱。综上所述,对制备虚拟胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸分子印迹聚合物而言,均选择AA作为功能单体最为合适。
2.2 功能单体比例的优化
MIPs的识别性能不仅与功能单体种类有关,也受模板与功能单体配比的影响,功能单体过少时会使MIPs的特异性印迹位点较少,功能单体过多时会导致非特异性识别位点增多,或因为单体本身相互竞争而造成氢键减少,最终降低了MIPs的识别性能[24]。
由图 5—图 7可知,随着丙烯酸(AA)单体浓度地增加,预聚合溶液的最大吸光度呈现不同幅度的减少。当胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸与AA混合溶液的浓度比为1∶1时,其吸光值急速锐减,最大吸收波长产生了红移,变化程度最大,说明模板与单体AA产生了化学效应,推测两者之间可能产生了氢键作用。随着AA浓度的不断增加,预聚合混合溶液吸光值继续降低,说明两者的相互作用还要进一步加强。当浓度比为1∶4之后,其吸光值减小速度及红移程度变小且逐渐趋于平缓;当浓度比为1∶5时,混合溶液的吸光值出现回升,推测是因为AA本身结构中存在极性官能团,这种官能团之间将会产生氢键作用,即AA本身的取缔现象,导致对胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸的影响减小(图 5b,6b,7b)。同时,如果再继续增加AA的含量,也会产生过多的非特异性位点以及材料的浪费。综上所述,三种模板均与AA浓度比为1∶4时,可以形成稳定且相互作用较强的预聚合物,得到识别性能好的聚合物。
2.3 组装体系印迹位点的推断
差示紫外光谱分析方法用于研究分子印迹技术预组装体系主客体之间的化学配位数(n)和模板分子与功能单体结合的结合常数(K)[25]。该方法主要通过绘制ΔA与ΔA/bmn的曲线,通过线性关系确定n和K,来解释分子印迹的组装机制,从而指导MIPs的合成路线,其中,ΔA为测定混合物质与标椎模板物质的差示吸光度,bm为不同梯度的单体浓度。胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸与不同比例丙烯酸(AA)的差示紫外分析如图 8—图 10所示。
对胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸与AA的预组装反应体系而言。根据预聚物形成的理论分析[26],设模板分子A与功能单体B之间结合反应如下:
A+n Bk⟶ABn (4) 式中:如果[A]比[B]小得多,[ABn]可根据公式(4)计算得出:
[ABn]=[A][B]nK1+[B]nK (5) 式中:[A]、[B]、[ABn]分别为模板分子A、功能单体B和主客体配合物ABn的平衡浓度。根据Lambert-Beer定律,如模板分子A的总浓度为a,功能单体的总浓度为bm,整理公式(4)和(5)得:
ΔAbnm=−KΔA+KΔεal (6) 式中:Δε为模板和模板—单体配合物的摩尔吸光吸收的差值;l为比色皿的厚度。
如果ΔA/bmn与ΔA有良好的线性关系,则n的值就是一个模板能结合的单体数量。本实验采用尝试代入法取n=1,2,3,4,以ΔA/bmn对ΔA拟合作图。当模板为胆固醇时,发现胆固醇与AA浓度比在1∶2,1∶4,1∶6,1∶8时,ΔA/bmn-ΔA的线性趋于良好(图 8a)。当n=1时,相较而言其线性趋势较好(图 8b),回归方程为ΔA/bmn=9.445 5-5.838 2ΔA(R2=0.981 7),平衡常数为K=5.838 2×103 L/mol,说明1个胆固醇分子与1个AA分子形成胆固醇-1AA型复合物。可能是因为胆固醇的六元环上有1个-OH可与AA中的-COOH产生氢键,所以在MIPs体系中形成了具有与胆固醇特异识别的1个位点。推测胆固醇-AA的自组装作用如图 11a所示。
模板分子为β-谷固醇时,以ΔA/bmn对ΔA拟合作图,同样发现β-谷固醇与AA浓度比在1∶2,1∶4,1∶6,1∶8时ΔA/bmn-ΔA的线性趋于良好。当n=1时,曲线线性较好(图 9b),回归方程为ΔA/bmn=0.988 3-0.529 5ΔA(R2=0.996 9),平衡常数为K=0.529 5×103 L/mol,说明1个β-谷固醇与1个AA分子形成β-谷固醇-1AA型复合物。可能由于β-谷固醇六元环上的1个-OH可与AA中的-COOH产生氢键,在MIPs体系中形成了具有与β-谷固醇特异识别的1个位点。推测β-谷固醇-AA自组装作用如图 11b所示。
当模板为去氧胆酸时,以ΔA/bmn对ΔA拟合作图,结果发现去氧胆酸与AA浓度比为1∶2、1∶4,1∶6、1∶8时,ΔA/bmn-ΔA曲线线性逐渐良好。与n=1,2,4相比,当n=3的线性相关性最好,线性回归方程为ΔA/bmn=1.978 5×10-4-1.158 1×10-4ΔA(R2 =0.970 9)(图 10),平衡常数为K=0.115 8×106 L3/mol3,说明1个去氧胆酸分子能够与3个AA形成去氧胆酸-3AA型稳定复合物。即去氧胆酸上有3个O与AA的-COOH产生氢键作用,形成了具有与去氧胆酸识别的9个位点。推测去氧胆酸自组装作用如图 11c所示。
综上所述,不同模板分子与AA能够通过不同的印迹位点形成配合物。在虚拟胆固醇、β-谷固醇分子印迹聚合物中形成了胆固醇-1AA型、β-谷固醇-1AA型配合物,具有1个识别位点;在去氧胆酸虚拟分子印迹聚合物中形成了去氧胆酸-3AA型配合物,具有9个识别位点。
2.4 聚合机理推断
由图 12所示,在MIPs和NIP红外光谱图中,存在AA和EDGMA的1 730 cm-1 处C=O特征峰、EDGMA的1 157 cm-1处C-O-C振动峰、和AA的1 257 cm-1处羧基C-O吸收峰,因此AA和EDGMA发生了聚合且功能基团的振动峰并无明显变化。2 660 cm-1处AA的COOH伸缩振动,在MIPs和NIP的吸附带中并未找到,由此也证明AA参与了聚合反应。在MIPs和NIP的红外光谱中,AA的1 635 cm-1处C=C振动峰较弱,3 000 cm-1处-C=C-H吸收峰并不存在,也证明了AA和EDGMA发生了良好交联,且未交联部分极少(图 13)。同时,洗脱后MIPs和NIP红外光谱特征基本一样(图 12),3 440 cm-1处存在-OH伸缩振动峰,2 984 cm-1和2 956 cm-1左右处出现甲基和亚甲基基团C-H的对称和非对称伸缩振动,1 730 cm-1处的C=O振动峰,说明MIPs中的模板分子已经被洗脱下来。
因此,AA和EDGMA发生了良好的聚合,且在洗脱后还存在C-O-C、C-O、C=O的特征峰,说明AA和EDGMA聚合后形成了稳定的印迹骨架,使得洗脱后的MIPs中留有具有识别性能的空穴,可以重复利用。通过紫外光谱和FTIR光谱分析,以去氧胆酸虚拟分子印迹聚合物为例,推测出其聚合过程(图 14)。后续可将制备良好的3种虚拟分子印迹聚合物进行表征和性能的研究,并应用于原油中甾烷类化合物的分离富集。
2.5 聚合物的吸附性能
为了探究制备的MIPs的吸附性能,通过平衡结合实验,比较各MIP1、MIP2、MIP3、NIP的吸附量(Q)、印迹因子(IF)、分配系数(KD)(表 3),发现MIPs的Q值、IF值及KD值均大于NIP。因此,MIPs对5α-胆甾烷的吸附能力均大于NIP,说明MIPs对5α-胆甾烷具有较高的亲和性和选择性。以上结果是由于5α-胆甾烷与虚拟模板分子的结构相似,和分子印迹聚合物之间存在特定的空穴结构,使得MIPs是可以选择性的吸附,但非分子印迹聚合物是随机分布的,不能表现出特异的选择性。
2.6 温度对聚合物的影响
温度对聚合物反应的影响主要表现为它能改变引发剂分解产生自由基的速率,影响聚合物颗粒的外貌形态[13]。本实验采用的引发剂为偶氮二异丁腈,当超过80 ℃就会急剧分解,产生的热量不能及时散出,从而影响聚合物的反应进程。
为了优化温度对聚合反应的影响,选择去氧胆酸为模板分子,分别于50、60、70 ℃下水浴恒温聚合24 h。结果发现反应温度为50 ℃时,24 h产生的聚合物沉淀较少,影响了反应速率;当反应温度为60 ℃时,12 h开始产生大量聚合物沉淀,在24 h沉淀趋于稳定;70 ℃下,聚合物在6 h开始出现大量沉淀。另外,对MIP3、MIP4、MIP5进行电镜扫描测试,通过Image J计算190个微球粒径,随着温度的升高,聚合物颗粒的平均粒径从1.638 μm增长到1.956 μm(图 15),认为是由于温度升高,反应介质中的溶解度增大,使得聚合物临界成核链增大,或因为聚合速率加快,聚合物的核浓度增加。结合吸附实验发现(表 3,图 15),当聚合温度为50 ℃时,形成的MIP4吸附性能最低,可能是因为引发不完全,可溶低聚合物大量形成,粒径分布不均匀,稳定性较差;当聚合温度为60 ℃时,吸附量最大,因为平均聚合度和交联度增加,粒径分散性较好;当聚合温度为70 ℃时,出现爆聚现象,短时间内出现大量MIP5,影响了识别位点的形成。综上所述,选用60 ℃为最佳聚合温度。
3. 结论
(1) 通过紫外光谱法研究了3种模板(胆固醇、β-谷固醇、去氧胆酸)与不同功能单体(AA、MAA、MMA、AM)之间作用力大小,结果表明3种模板均可与丙烯酸(AA)形成比较明显的氢键作用,得到较稳定的预组装体系,且3种模板与AA的最佳浓度比均为1∶4。
(2) 差示紫外光谱结果表明1个胆固醇分子和1个β-谷固醇均可与1个AA形成稳定配合物,而1个去氧胆酸分子可与3个AA形成稳定配合物,它们之间的反应结合常数分别为K(胆固醇-AA)=5.838 2×103 L/mol(n=1),K(β-谷固醇-AA)=0.529 5×103 L/mol(n=1),K(去氧胆酸-AA)=0.115 8×106 L3/mol3(n=3)。
(3) 采用傅立叶变换红外光谱仪对聚合物进行表征分析,结果表明,MIPs中的模板被完全洗脱,且AA、EDGMA成功地发生了聚合反应。通过吸附实验结果表明,MIPs对甾烷类化合物5α-胆甾烷具有一定的选择性。结合扫描电镜发现60 ℃时,聚合物的球粒分布均匀,吸附性能最好,为聚合的最佳温度。
致谢: 感谢中国科学院西北生态资源环境研究院油气资源研究中心甘肃省重点实验室对本次实验仪器的提供。 -
表 1 制备分子印迹聚合物(MIPs)相关实验的主要试剂
Table 1. Main reagents used in related experiments for preparing MIPs
试剂名称 试剂级别 生产厂家 胆固醇 AR 天津市大茂化学试剂厂 β-谷固醇 AR 合肥巴斯夫生物科技有限公司 去氧胆酸 AR 麦克林生物科技有限公司 AA AR 天津市大茂化学试剂厂 MAA AR 天津市大茂化学试剂厂 MMA AR 天津市大茂化学试剂厂 AM AR 上海广诺化学科技有限公司 EDGMA AR 北京百灵威科技有限公司 AIBN AR 天津市大茂化学试剂厂 甲醇 HPLC 北京迈瑞达科技有限公司 乙腈 HPLC 北京迈瑞达科技有限公司 表 2 制备MIPs相关实验的主要仪器设备
Table 2. Main instruments and equipments used in related experiments for preparing MIPs
实验仪器 型号 生产厂家 紫外可见光度计 UV-2600 谱质分析检测技术(上海)有限公司 傅立叶红外光谱仪 Bruker Alpha 泰科施普(北京)技术有限公司 电子恒温不锈钢水浴锅 HHS-2S 上海虞龙仪器设备有限公司 场发射扫描电子显微镜 Merlin Compact 德国蔡司 气相色谱/质谱联用仪 6890N(GC)/5737N(MS) 美国安捷伦科技有限公司 回旋式振荡器 HY-5 江苏盛兰仪器制造有限公司 表 3 制备MIP和NIP的组分材料及含量
Table 3. Components and contents for preparing MIP and NIP
聚合物 模板分子类型 模板分子/mmol 功能单体/mmol 交联剂(EDGMA)/mmol 引发剂(AIBN)/mg 致孔剂(乙腈)/mL 温度/℃ 吸附量/(mg·g-1) 印迹因子 分配常数/(g·mL-1) MIP1 胆固醇 0.5 2 10 160.5 60 60 0.670 2.778 0.183 MIP2 β-谷固醇 0.5 2 10 160.5 60 60 0.779 3.231 0.226 MIP3 去氧胆酸 0.5 2 10 160.5 60 60 0.877 3.638 0.270 MIP4 去氧胆酸 0.5 2 10 160.5 60 50 0.418 MIP5 去氧胆酸 0.5 2 10 160.5 60 70 0.695 NIP 2 10 160.5 60 60 0.241 0.053 表 4 模板分子与功能单体的最大理论吸光度与实际吸光度差值
Table 4. Difference between the maximum theoretical absorbance and the actual absorbance of template molecules and functional monomers
模板分子 功能单体 AA MAA MMA AM 胆固醇 1.063 08 0.847 14 0.861 46 0.718 72 β-谷固醇 0.908 60 0.668 06 0.621 24 0.368 06 去氧胆酸 0.298 62 0.133 27 0.095 51 0.060 29 -
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