莱克多巴胺分子印迹聚合物的制备及吸附性能研究

毛永强，李娜，裴钰，王恒峰，张玉，李东坡，刘思阳

(辽宁工程技术大学 理学院，辽宁 阜新 123000)

分子印迹聚合物(MIP)因具有高度的识别性和亲和性，在固相萃取、手性分离、色谱分离和传感器等领域得到广泛应用［1-6］。目前分子印迹聚合物的制备方法有很多种，其中沉淀聚合法能够在溶剂中制备粒径均一的聚合物，避免繁杂的后处理，具有方法简单、产率高、吸附性能好等特点，得到人们的关注［7］。

莱克多巴胺(RAC)是人工合成β-受体激动剂之一，能够显著提高猪瘦肉率。但RAC 残留易通过食物链在人体内畜积，对人体造成肌肉疼痛、心动过速、心率失常、晕眩等危害。尽管我国明令禁止其作为动物促生长剂使用，但在经济利益驱使下，违法滥用现象时有发生。因此，发展RAC 检测方法对控制农产品质量安全具有重要意义。目前对食品和饲料内RAC 残留的检测，常采用液相色谱法、气相色谱法、液相色谱-质谱法、气相色谱-质谱法等，但这些方法需要复杂的前处理，且富集方法大都是非特异性的，往往会同时富集干扰成分，存在吸附容量小和印迹因子不高等缺点［8-11］。

本文采用沉淀聚合法制备莱克多巴胺分子印迹聚合物，并通过平衡吸附实验和Scatchard 分析，研究其对模板分子莱克多巴胺的吸附性能和识别能力，从而为建立基于分子印迹技术检测RAC 的方法奠定基础。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

莱克多巴胺(RAC)、盐酸克仑特罗(CLE)、沙丁胺醇(SAL)、甲基丙烯酸(MAA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、偶氮二异丁腈(AIBN)、甲醇、乙腈、冰醋酸均为分析纯试剂。

U-3100 紫外可见分光光度计;KQ-500DA 型台式数控超声波清洗器;DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器;DZF-6050 真空干燥箱;Sigma 3-30K 高速台式冷冻离心机。

1.2 分子印迹聚合物的制备

在100 mL 烧瓶中，加入2 mmol 功能单体MAA、0.5 mmol 模板分子RAC 和30 mL 体积比为1 ∶1 的甲醇-乙腈混合溶液，充分振荡后，4 ℃预聚合12 h，然 后 加 入0. 25 mmol 引 发 剂AIBN 和10 mmol 交联剂EGDMA，通氮气10 min 除去溶液中溶解氧后，在60 ℃恒温水浴条件下聚合24 h。用体积比9 ∶1甲醇和乙酸的混合溶液洗脱聚合物，直至紫外可见分光光度计检测不到模板分子RAC 为止。聚合物在60 ℃真空干燥箱中烘干至恒重，得到分子印迹聚合物(MIP)。

非印迹聚合物(NIP)制备，步骤同上，但不加入模板分子RAC。

1.3 平衡吸附性能

称取20 mg 的MIP 或NIP 置于试管中，分别加入不同浓度(0.05 ～0.50 mg/mL)的RAC 甲醇标准溶液，室温下振荡反应24 h 后，离心后取上清液测定其吸光度。根据结合前后溶液中RAC 的浓度变化，并依据下式计算MIP 或NIP 对RAC 的吸附量［12］。

式中 Q——MIP 或NIP 对RAC 吸附量，mg/g;

C0——结合前溶液中RAC 浓度，mg/mL;

C——结合后溶液中RAC 浓度，mg/mL;

V——RAC 溶液体积，mL;

W——MIP 或NIP 质量，g。

1.4 选择性吸附

选用与莱克多巴胺(RAC)结构相似的盐酸克仑特罗(CLE)、沙丁胺醇(SAL)作为底物，分别测定MIP 和NIP 对RAC、CLE 和SAL 这3 种底物的吸附量。

2 结果与讨论

2.1 印迹聚合物的吸附等温线

采用静态平衡吸附法，测定不同浓度RAC 在MIP 和NIP 上的吸附等温线，结果见图1。

图1 RAC 在MIP 和NIP 上的吸附等温线Fig.1 Adsorption isotherm of RAC on MIP and NIP

由图1 可知，随着RAC 浓度的增大，MIP 的特异性吸附量和NIP 的非特异吸附量都随之增大，且MIP 的吸附量明显大于NIP，表明制备的MIP 对模板分子RAC 表现出优越的吸附性能。这是因为在MIP 制备过程中，模板分子与功能单体通过非共价键结合，在交联剂作用下形成刚性的三维空间结构;洗脱RAC 后，MIP 上便形成与RAC 结合位点互补、大小和形状一致的三维立体孔穴，因此MIP 对模板分子RAC 具有特异性识别和吸附作用。虽然NIP制备过程与MIP 相同，但由于未加入模板分子RAC，因此未能形成这类三维立体孔穴，仅以非特异方式吸附RAC，因而其吸附量较低。

2.2 印迹聚合物的Scatchard 分析

为考察MIP 对RAC 的结合特性，对RAC 在MIP 上的吸附等温数据进行Scatchard 分析。方程如下所示:

式中 Q——RAC 在MIP 上平衡结合量，mg/g;

C0——溶液中RAC 平衡浓度，mg/g;

Qmax——结合位点最大表观结合量，mg/mL;

Kd——结合位点平衡离解常数，mg/mL。

以Q/C0对Q 作图，曲线见图2。

图2 MIP 的Scatchard 曲线Fig.2 Scatchard curve of MIP

由图2 可知，Q/C0对Q 曲线呈非线性关系，但曲线中两个部分呈线性关系，表明MIP 对RAC 分子存在两类不同作用性质的结合位点。对图2 中这两段线性部分进行拟合，由直线的截距和斜率可近似求得高结合位点的最大表观结合量Qmax1=8.64 mg/g，平衡离解常数Kd1=8.75 g/mL;低结合位点的最大表观结合量Qmax2=14.93 mg/g，平衡离解常数Kd2=2.38 g/mL。这是因为RAC 中存在羟基、仲胺基两类不同的功能基团，在预组装时分别通过非共价键与功能单体MAA 中羧基结合，形成两类不同组成的配合物，洗脱RAC 分子后在MIP 中形成两类不同性质的结合位点。

2.3 印迹聚合物的选择性吸附

采用静态平衡吸附法，测定MIP 和NIP 对RAC结构类似的CLE 和SAL 这3 种底物的吸附量，考察MIP 的选择性吸附性能，结果见图3。

图3 MIP 和NIP 对莱克多巴胺、克仑特罗和沙丁胺醇的选择性吸附Fig.3 Selective adsorption of MIP and NIP for ractopamine(RAC)，clenbuterol (CLE)and salbutamol (SAL)

由图3 可知，MIP 对RAC 的吸附量明显大于对CLE 和SAL 的吸附量以及RAC、CLE 和SAL 在NIP上的吸附量，这说明MIP 对模板分子RAC 产生明显的印迹效应。这是因为MIP 中存在与RAC 立体结构互补的三维立体孔穴，这些孔穴在形状、大小、空间结构和作用位点等与RAC 分子高度匹配，但与CLE 和SAL 分子匹配度低，因此MIP 对RAC 的吸附量要明显强于CLE 和SAL。同时，NIP 中功能基团分布是任意的，也没有与RAC 互补的印迹孔穴，对3 种底物的吸附能力基本相当。这表明所制备的MIP 对RAC 具有很好的吸附选择性和分子识别能力。

3 结论

采用沉淀聚合法，以莱克多巴胺为模板分子，制备莱克多巴胺分子印迹聚合物。平衡吸附实验和Scatchard 分析的结果表明，所制备聚合物对莱克多巴胺分子存在两类作用性质不同的结合位点，对莱克多巴胺具有良好的亲和性和选择性，从而为建立基于分子印迹聚合物检测莱克多巴胺残留的方法奠定基础。

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