对乙酰氨基酚分子印迹聚合物的制备及其吸附性能的测定

刘祺凤，李俊杰，王琳琳，孔志慧，张迎宾

（河北农业大学理工学院，河北 沧州 061100）

对乙酰氨基酚分子印迹聚合物的制备及其吸附性能的测定

刘祺凤，李俊杰，王琳琳，孔志慧，张迎宾

（河北农业大学理工学院，河北 沧州 061100）

本文以对乙酰氨基酚为模版分子，乙腈为溶剂，丙烯酰胺为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，制备了对乙酰氨基酚分子印迹聚合物（APAP-MIP）。详细探讨了影响聚合物吸附性能的因素。合成优化条件为：印迹分子、功能单体、交联剂的比例为1∶4∶20（mol），粒径为0.068～0.075mm，合成温度为60℃。在最佳条件下，制备得到的APAP-MIP对模板分子对乙酰氨基酚显示出很强的识别能力，6h内每g聚合物对APAP的吸附量达227.6mg，而对参比分子乙酰苯胺的吸附量只有64.3mg，结果显示APAP-MIP具有较强的选择性吸附性能。

对乙酰氨基酚；分子印迹聚合物；制备；吸附

分子印迹（又称为分子烙印或模板聚合，Molecular Imprinting）技术是一种可获得在空间结构和结合位点上与某一分子（模板分子）完全匹配的聚合物的实验制备技术，具有专一性高、制备简单、稳定性好、可重复使用等优点，广泛应用于对映体及异构体的分离[1]、固相提取与分离技术[2-4]、分子印迹模拟生物传感器[5-6]、临床药物分析[7]、模拟催化[8-9]等领域，是近年来仿生化学的研究热点。

对乙酰氨基酚(Acetaminophen，APAP)是全世界知名的用来摆脱轻中度疼痛与头痛、背痛、关节炎、术后疼痛的药物，以及减少细菌、发烧病毒的起源，还是一种常见的解热镇痛药[10]。它效果优良，吸收快，对胃肠道的刺激小，因此，在临床上的应用十分广泛，在许多非处方药中都有APAP成分，种类超过100种[11]，APAP还是2008年欧洲和美国市场销售最好的非专利药品[12]。APAP在一般治疗剂量下较少引发不良反应，但是一旦摄入量过大，就会对肝脏产生极强的毒性作用，造成急性肝损伤、肝坏死，甚至威胁生命安全。美国医院进行的一项调查发现，662例的急性肝损伤案件，有42%都与APAP有关，其中近一半是因为用药过量造成的。

分子印迹聚合物就是以某种化合物分子为模板分子合成的一种聚合物。在适当的溶剂中，将模板分子与某种功能单体通过共价键或者非共价键的作用，加入引发剂及交联剂，形成聚合物。在一定的引发条件下反应一段时间以后，通过一定的方法除去模板分子，聚合物中就存在了很多和模板分子空间结构互补的“空穴”[13]，这样的“空穴”还具有多重作用点和记忆功能。形成的聚合物对模板分子具有较高的识别能力，就像“钥匙-锁”一样，专一性高，能识别复杂样品中的印迹分子。印迹聚合物的制备方法简单，稳定性好，利用此种聚合物来检测APAP的含量，可以提高分析的精确度和准确性，还可以使药物的检测变得快速、方便，为有效减少APAP的毒副作用，更加安全有效地使用药物提供了重要手段。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

TU-1810型紫外可见分光光度计，HZQ-Q型全温振荡器，KQ5200E型超声波清洗器，DZKW-4型电子恒温水浴锅，78-1型磁力加热搅拌器。

丙烯酰胺（AM，AR），乙腈（HPLC），对乙酰氨基酚（APAP，AR），乙酰苯胺（AR），偶氮二异丁腈（AIBN，AR），乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA，AR）。

1.2 APAP-MIP的制备方法

称取0.1512g的APAP、0.4843g的丙烯酰胺于玻璃试管中，再加入8mL乙腈，在25℃的恒温振荡器中震荡6h。再向上述溶液中加入3.76mL的EGDMA和0.04g的AIBN，超声脱气15min，用橡胶皮塞封住玻璃管。之后抽真空通氮除氧交替进行30min，放在60℃的恒温水浴锅中48h，得到乳白色棒状聚合物。取出聚合物干燥6h，在研钵中磨碎聚合物，分别过0.068mm、0.075mm、0.083mm筛，除去过细颗粒。将聚合物与一定量的甲醇/乙酸（9∶1，v%）溶液放在锥形瓶中，在恒温磁力搅拌器上洗脱聚合物中的APAP。乙酸极性很强，可以破坏印迹分子和功能单体之间的氢键结合力，同时可以与功能单体形成氢键，加速洗脱。洗脱一段时间后取上清液离心，在紫外分光光度计上进行测定，直到检测到的APAP分子吸光度不再增加。洗脱后用蒸馏水对聚合物反复、多次洗涤，直到没有剩余的甲醇乙酸，并将得到的聚合物（APAP-MIPs）干燥，备用。空白聚合物(NMIP)的合成及处理方法除不加入APAP之外，其他同上。

2 结果与讨论

2.1 聚合条件的优化

分别改变模板分子、功能单体和交联剂的比例、温度、聚合物粒径大小，考察印迹聚合物的吸附性能，最终筛选出最优的聚合条件。试验聚合条件见表1，制备出8组不同条件下的印迹聚合物。

表1 试验聚合条件Tab.1 Experimental conditions of polymerization

2.2 聚合物洗脱动态分析

印迹聚合物中模板分子的洗脱效果影响着其吸附能力，图1为以上8组聚合物洗脱过程曲线。由图1可以看出，随着洗脱时间的增加，印迹聚合物中溶出了APAP，且吸光度随时间增长，曲线最终趋于平稳。说明该洗脱方法可以洗出一定量的印迹分子。

图1 洗脱曲线Fig.1 Elution curve

2.3 聚合物对底物的吸附特性

2.3.1 APAP标准曲线的绘制

按表2所示配制APAP标准水溶液，根据其吸光度测定其标准曲线如图2所示。

表2 APAP标准曲线数据Tab.2 APAP standard curve data

2.3.2 动态吸附曲线的绘制

图2 APAP标准曲线Fig.2 APAP standard curve

由动态吸附性能试验绘制动态吸附曲线如图3所示。其中，单位质量的印迹聚合物对底物APAP的吸附量Q可由下式计算：Q=(ρ0-ρ)V/m。其中ρ0为底物APAP的初始浓度；ρ为吸附一段时间后，底物APAP的浓度；V为溶液体积；m为加入的APAP-MIP的质量。

图3 聚合物吸附曲线Fig.3 Polymer adsorption curve

从图3可以看出，随着时间的增加，APAP-MIP对APAP的吸附量也逐渐增加，在100min内吸附较为迅速，约2h后吸附速度较缓慢，吸附时间达6h后，底物APAP的浓度基本不再发生变化，说明APAPMIP已经达到了饱和。另外，由图3还可以看到，第6组MIP的吸附能力最强，该MIP制备条件为：印迹分子、功能单体、交联剂的比例为1∶4∶20，粒径为0.068～0.075mm，合成温度为60℃。

2.3.3 聚合物选择性吸附性能测定

选取与APAP分子结构非常相似的乙酰苯胺为参比来考察APAP-MIP的选择性吸附性能，其中，乙酰苯胺在紫外光下的最大吸收波长为254nm。称取50mg的APAP-MIP分别投入相同浓度的APAP和乙酰苯胺溶液中，在30℃的条件下恒温搅拌6h，离心取上清液，紫外光度法测其浓度，计算印迹聚合物对底物的吸附量，结果见表3。

表3 印迹聚合物对不同底物的吸附量Tab.3 Adsorption of the substrate on the MIP

结果显示，APAP-MIP对APAP表现出较高的吸附性能，而对乙酰苯胺的吸附量很小。这表明在印迹聚合物中存在APAP特定形状的“空穴”，模板分子的印迹效应在聚合物合成过程中发挥了重要作用，从而使印迹聚合物具有了良好的选择性。

3 结论

本试验以对乙酰氨基酚为模板分子，乙腈为溶剂，丙烯酰胺（AM）为单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）为交联剂，偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，制备了对乙酰氨基酚分子印迹聚合物（APAPMIP），并优化了制备条件：印迹分子、功能单体、交联剂的比例为1∶4∶20，粒径为0.068～0.075mm，合成温度为60℃。制备得到的聚合物通过较为彻底的洗脱过程，可用于选择性地吸附特定分子APAP。同时本试验也进一步为印迹聚合物筛选药物的研究提供了基础。

[1] 荣毅，张亮，俞文英，叶金翠.基于分子印迹技术的手性药物拆分及对映体选择性释药系统研究进展[J].中国医药工业杂志，2014，45(4)：381-386.

[2] Bakas I, Oujji N B, Moczko E, et al. Molecular imprintingsolid phase extraction for selective detection of methida-thion in olive oil[J]. Analytica chimica acta, 2012, 734: 99-105.

[3] He J, Song L, Chen S, et al. Novel restricted access mate-rials combined to molecularly imprinted polymers for selective solid-phase extraction of organophosphorus pesti-cides from honey[J]. Food chemistry, 2015, 187: 331-337.

[4] 韦寿莲，刘玲，黎京华，汪洪武，刘永.双分子印迹聚合物微球选择固相萃取环境和食品样品中壬基酚和双酚A[J].分析化学，2015，43(1)：105-109.

[5] Xue X, Wei Q, Wu D, et al. Determination of methyl para-thion by a molecularly imprinted sensor based on nitrogendoped graphene sheets[J]. Electrochimica Acta, 2014, 116: 366-371.

[6] 马雄辉，李建平，王超，徐国宝.生物大分子印迹传感器研究进展[J].分析化学，2016，44(1)：152-159.

[7] PANDEY I, JHA S S. Molecularly imprinted polyanilineferrocene-sulfonicacid-Carbon dots modified pencil graphite electrodes for chiral selective sensing of D-Ascorbic acid and L-Ascorbic acid: A clinical biomarker for preeclampsia[J]. Electrochimica acta, 2015, 182(10): 917-928.

[8] SHEN Xian-tao, ZHU Li-hua, WANG Nan, et al. Selective photocatalytic degradation of nitrobenzene facilitated by molecular imprinting with a transition state analog [J]. Catalysis today, 2014, 225(15): 164-170.

[9] WANG Zhi-qiang, LIU Xiang, LI Wen-qiang, et al. Enhancing the photocatalytic degradation of salicylic acid by using molecular imprinted S-doped TiO2under simulated solar light[J]. Ceramics international, 2014, 40(6): 8863-8867.

[10] Praveen Kumara, Giribabua, Manigandana. Simultaneous determination of paracetamol and 4-aminophenol based on poly(chromium Schiff base complex) modified electrode at nanomolar levels[J]. Electrochimica Acta., 2016, 194: 116-126.

[11] 张军丽.对乙酰氨基酚药物中毒的急救及预防[J].河南职工医学院学报，2013，25(5)：583-584.

[12] 王生俊.扑热息痛的毒副作用与酒精[J].北方药学，2010(3)：45-46.

[13] 刘佳.分子印迹整体柱的制备及其性能的研究[D].石家庄：河北科技大学，2010.

Synthesis and Research of Adsorption Capability of Acetaminophen Molecularly Imprinted Polymer

LIU Qifeng, LI Junjie, WANG Linlin, KONG Zhihui, ZHANG Yingbin
(College of Science and Technology, Agricultural University of Hebei, Cangzhou 061100, China)

The acetaminophen molecularly imprinted polymer was synthesized using paracetamol as template molecule, acetonitrile as solvent, acrylamide as functional monomer and EGDMA (ethylene glycol dimethacrylate) as crosslinking agent, AIBN (AIBN) as initiator agent. The influence factors for polymer adsorption performance were discussed. The appropriate conditions for synthesis of polymers were: the ratio of imprinting molecule, the functional monomer, crosslinking agent was 1:4:20 (mol), particle size was 0.068～0.075mm, the temperature was 60℃. Under the best conditions, the APAP-MIP showed very strong identification capability, which adsorption capacity was 227.6 mg/g of APAP after 6h, for reference the adsorption quantity of molecular acetanilide was only 64.3 mg/g. The results showed that APAP-MIP had strong selective adsorption performance.

acetaminophen; molecularly imprinted polymer; synthesis; adsorption

TQ 314

A

1671-9905(2017)01-0013-04

河北农业大学渤海校区师生协同创新重点资助项目（bhxt0503）；河北农业大学大学生创新创业训练计划资助项目（20162301）

刘祺凤（1984-），男，河北沧州人，硕士，讲师，主要从事化学的教学和科研工作。电话：0317-5605250，E-mail: liuqifeng424@163.com

2016-11-16