硫辛酸分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能研究

何 军，张力沣，张 进，黄元秀，牛延慧，任 伟

(1.贵州中烟工业有限责任公司技术中心, 贵州 贵阳 550009；2.贵州师范学院，贵州 贵阳 550018)

科研与开发

硫辛酸分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能研究

何 军1，张力沣2*，张 进2，黄元秀2，牛延慧2，任 伟2

(1.贵州中烟工业有限责任公司技术中心, 贵州 贵阳 550009；2.贵州师范学院，贵州 贵阳 550018)

α-硫辛酸(ALA)是一种新型的抗氧化剂，具有极高的医用价值，在抗衰老方面应用广泛。本文以ALA为模板分子，壳聚糖为功能单体，制备ALA印迹聚合物(MIP)。通过紫外分光光度法分析ALA印迹聚合物分子识别特性，并考察了温度对MIP的刺激响应性能影响。实验结果表明，所制备的MIP对目标分子具有较好的特定识别选择性。

α-硫辛酸；印迹聚合物；分子识别；结合特性

α-硫辛酸(ALA)是一种具有高效性能的抗氧化剂物质，在许多疾病的预防和治疗都起到非常重要不可忽视的作用。其还具有直接清除活性氧的能力，螯合金属的能力，再生其它抗氧化剂的能力[1]。分子印迹技术作为一种具有选择性较高的分子识别技术，其中利用化学方法合成具有高选择性以及优越分子识别能力的聚合物分子材料一分子印迹聚合物(MIP)[2]，利用分子印迹聚合物的特性达到探测有害成分，发展成天然抗氧化剂等物质的释放而提高食品质量的活性包装[3]。ALA印迹聚合物分子是由具有强氧化剂的ALA为模板分子和具有碱性、生物可降解性的壳聚糖为功能单体聚合而得，依附ALA的特殊氧化性制备出的ALA印迹聚合物分子也具有独特的功能，印迹聚合物表面存在一定的孔穴，与印迹分子的结构在某些方面如在形状、大小、以及功能基团的空间位置上相适合而被识别[4]，ALA印迹聚合物分子通过对ALA进行识别，体现了它的特异性优点。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：α-硫辛酸(ALA)，N-N亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，壳聚糖，乙酸、乙醇，过硫酸钾，聚乙二醇、丙酮，甲醇，乙腈(纯度大于99.5%)，硝酸，甲苯，冰醋酸，乙醚,石油醚其余均为分析纯。

仪器:SHB-III 型循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)，DF-II 集热式恒温磁力搅拌器(金坛市恒丰仪器厂)，SHZ-82A型水浴恒温振荡器(金坛市开发区吉特实验仪器厂)，UV-2450 型紫外分光光度计(日本岛津仪器(苏州)有限公司)，VECTOR22型红外光谱测定仪(德国布鲁克公司)，KQ-500V 型超声波清洗器(中国昆山市超声波仪器有限公司)，FA1004 型电子天平(郑州南北仪器设备有限公司)，SZF-06A型索氏提取器(上海新嘉电子有限公司)。

1.2 ALA印迹聚合物的合成

准确称取0.2052 g ALA(1mmoL)及1.0432 g壳聚糖(6mmoL)置于磨口锥形瓶中，加入15%乙醇和1%乙酸混合液100 mL中溶解，用保鲜膜封口，放置于恒温磁力搅拌器搅拌至完全溶解。待其完全溶解后转至磨口锥形瓶中在集热式恒温磁力搅拌器50 ℃下反应24 h，依次加入交联剂(N-N-亚甲基双丙烯酰胺)3.0721 g、引发剂(过硫酸钾)0.6530 g、致孔剂(聚乙二醇)0.0611 g，使之充分摇匀，通氮除氧10min，再转至锥形瓶中，密封好在50 ℃恒温中聚合24 h ，最后将聚合好的混合物移入表面皿置于真空干燥箱中干燥36 h，制得ALA印迹聚合物(SMIP)。将其研磨成粉，用5%(体积分数)乙酸的甲醇溶液置索氏提取器中提取24 h，除去模板分子和未反应化合物，直到回流的溶液中用紫外光谱检测不出ALA，然后用乙腈洗涤聚合物中残留的乙酸和甲醇，再用丙酮反复沉降聚合物颗粒，真空干燥至恒重待用。非表面印迹聚合物(SNIP)的制备除了不加ALA模板分子外，其它均与印迹聚合物的制备过程相同。

1.3 ALA印迹聚合物分子结合特性检测

1.3.1 ALA的标准曲线

称取0.2058 g ALA置于磨口锥形瓶中，加入100 mL15%乙醇和1%乙酸混合液进行溶解，配制成0.01 moL/LALA溶液，待完全溶解后取1 mL于10 mL比色皿管中，再从此管取1 mL于第二支比色皿管，以此类推，将其稀释至第6只比色皿管中，测其紫外吸光度，构成浓度梯度绘制标准曲线，见图1，得到ALA标准曲线为y=11.534x+0.0037，R2=0.999。

图1 ALA标准曲线

1.3.2 ALA的吸附性能研究

称取0.05 gALA聚合物于6个夹套烧瓶中，加入ALA溶液10、9、8、7、6、5 mL，标记好，用保鲜膜封口后，在25 ℃下恒温振荡12 h后，离心分离，取上清液1 mL稀释至50 mL，测其紫外吸光度[5]。根据标准曲线计算出吸附后溶液中ALA浓度。由吸附前后溶液中ALA浓度差按公式(1)算出聚合物的饱和吸附量Q(mg/g )。饱和吸附量计算公式为

Q =(C0- C)V/W

(1)

其中 Q 为吸附量(mg/g)、C0(mg/mL)为吸附前浓度、C(mg/mL)为吸附后浓度、V(mL)为ALA溶液的体积、W(g)为ALA聚合物的质量。

经紫外扫描得出ALA最大吸收波长为266 nm，故而在此波长下测其紫外吸光度，加入ALA溶液的体积中选出吸附效果较好时的浓度0.04944 mg/mL，再在此条件下用同样的方法再做以上的实验，测出最高吸附量，再用吸附量较好的一组来进行对其在不同温度下进行缓释性能研究。

2 实验结果及分析

表1 不同浓度和时间及温度时聚合物的吸附量变化

2.1 印迹聚合物的静态吸附

图2 MIP和NIP的等温吸附曲线

由表1和图2可得出MIP最大吸附量Qmax约为9.33 mg/g，MIP与NIP的对模板分子吸附趋势相似，但最大吸附容量(5.43 mg/g)较小，这是由于NIP的表面不像MIP的表面那样有一定的孔穴，能够与模板分子相互作用。之所以能够吸附，其过程主要是由范德华力等其它的物理吸附作用引起的非特异性的吸附。MIP的吸附量较空白物大，是因为印迹聚合物表面有一定的孔穴，能与模板分子发生相互作用而被识别，聚合物表面的孔穴具有一定的识别能力，印迹因子α=QMIP/QNIP=9.33/5.43=1.718，当α≥1.5时[6]，表示聚合物分子对吸附质即模板分子具有良好的选择识别特性，具有较高的选择特性。

2.2 印迹聚合物的动态吸附

通过对印迹聚合物的吸附动力学考察，由图3可知，MIP的吸附量在刚开始时随着时间的增加而增加，当吸附时间在180min时，吸附能力较大，此时的吸附容量达到最大吸附量的93%左右，210min后吸附基本达到饱和，处于一个平缓状态。反应时间过长吸附量不再增加，这是因为印迹聚合物被模板分子所吸附，模板分子先吸附聚合物表面的孔穴，即结合位点，当这些聚合物表面结构上的孔穴都被模板分子几乎全部占据的时候，模板分子找不到能够相互作用的孔穴，吸附逐渐缓慢，最终达到一个平衡状态。而在180min之前，由于反应时间不够，聚合物与模板分子间没有充分接触，形成的结合位点较少，不利于吸附。

图3 MIP的吸附量随时间的变化曲线

2.3 印迹聚合物在不同温度(T/℃)下吸附性能

经实验结果分析，从图4可以看出，在温度为40 ℃时，印迹聚合物的吸附量达到最大，当温度超过了40 ℃时，聚合物的吸附量下降速率增大，下降比较快。这是由于刚开始温度升高，促进模板分子与聚合物相互作用，但当温度过高破坏了聚合物分子的空间结构，导致聚合物表面的孔穴受到一定的影响，不利于模板分子吸附聚合物。在不同的温度时聚合物的结合特性不同，所以最佳温度应为40 ℃，此时的温度能够让模板分子大量的吸附聚合物，缓释效果好。

图4 MIP的吸附量随温度的变化曲线

3 结论

通过采用紫外检测法对聚合物分子的吸光度测定从而分析聚合物分子的特异性能及其选择特性。结果表明：通过检测其动态吸附和静态吸附印迹聚合物的吸附量，印迹聚合物与模板分子的结合能力在ALA浓度为0.04870 mg/mL时吸附量最大，分别为9.33 mg/g、5.43 mg/g，当温度为40 ℃、反应时间为180min时聚合物吸附量达到最大值，分别是5.7408 mg/g、8.734 mg/g，在此条件下聚合物与模板分子的结合能力较强，聚合物与模板分子才能更好的接触进而相互作用，达到最好的识别效果。

[1] 黄 涛,黄开勋.α-硫辛酸的生物医学功能[J].生命的化学,2004,24(1):58-60.

[2] Yang Qiang,Luo Guitao,Xiao Rong.Study on the adsorption behavior of molecular imprinted polymers[J].New Chemical Materials,2013,41(4):87-89.

[3] 朱秋劲,张 进,张孝刚,等.抗氧化温敏型硫辛酸分子印迹聚合物的研究动态[J].食品安全质量检测学报,2013,4(6):1785-1789.

[4] Wang Ning,Dong Xiangchao,Zhang Xuwei,et al.Synthesis and the recodnition properties of the monosulfuron imprinted polymer[J].Joumal of Instrumental Analysis,2004,23(4):13-17.

[5] 张志良,王 兵.分子识别材料D-萘普生印迹聚合物的制备与结构性能[J].高分子材料科学与工程,2010,26(9):112-116.

[6] 彭 宁,阎凤超,陈 磊,等.呋喃分子印迹聚合物的制备及其吸附特性[J].分析化学研究简报,2010,38(4):559-563.

(本文文献格式：何 军，张力沣，张 进，等.硫辛酸分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能研究[J].山东化工,2017,46(15):1-2,6.)

Synthesis and Research of Molecule Recognition Capability of Alpha-lipoic Molecularly Imprinted Polymer

HeJun1,ZhangLifeng2*,ZhangJin2,HuangYuanxiu2,NiuYanhui2,RenWei2

(1.Technology Center of China Tobacco Guizhou Industrial Co.,Ltd., Guiyang 550009,China;2.Guizhou Normal College,Guiyang 550018,China)

Alpha-lipoic acid(ALA),a new type of antioxidants with high medicinal value,is widely used in the treatment of diabetic neuropathy. In the thesis, ALA molecule imprinted polymer(MIP) was prepared by taking ALA as template molecule, and chitosan as the functional monomer. The recognition characteristics between MIP and ALA was analyzed, And the stimulus response performance of the temperature's impact on MIP was investigated by ultraviolet spectrophotometry.Experimental results showed that the preparation of MIP has a good specific recognition for the target molecule ALA.

alpha-lipoic acid; molecule imprinted polymer; molecular recognition; binding characteristics

2017-05-05

贵州省科技厅资助项目(黔科合J字[2015]2125号)；贵州省教育厅资助项目(黔教高发[2014]321号)

何 军(1979—)，男，贵州贵阳人，技术中心助工，研究方向：烟草化学成分分析；*通讯作者：张力沣(1982—)，女，土家族，贵州铜仁人，讲师，研究方向：分子印迹识别与电化学传感技术研究。

TQ314.2

A

1008-021X(2017)15-0001-02