一种典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法和应用

摘要

本发明涉及典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法和应用。本发明所采用的模板分子为氯贝酸、双氯芬酸钠、布洛芬、萘普生、酮洛芬，此分子印迹聚合物的制备方法及应用，属于环境样品中五种典型酸性药物的分析测定及去除技术领域。本发明的制备方法简单可靠，得到的多模板分子印迹聚合物尺寸均匀，比表面积大，对酸性药物具有较强的特异选择性，可以快速、高效分离、富集环境样品中的五种酸性药物。本发明直接用于地表水中五种酸性药物的选择性去除，效果优于其他吸附材料，该方法为一系列同属性物质的特异性分离提供了一种有效的方法，具有广泛的应用前景。

权利要求

1.一种典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）在没有模板分子存在的条件下，向反应容器中加入1~100 mmol交联剂、0.01~2 mmol引发剂和20~200mL致孔剂，摇匀，冰浴条件下，通入氮气5~10min，氮气状态下密封；将反应容器置于水浴锅中，按照0.25~0.45℃/min升温速率，升温至45~70℃，并在该温度下反应5~30小时；生成单分散聚合体，形成分子印迹聚合物的核芯；

（2）将步骤(1)得到的单分散聚合体与0.05~3.50mmol模板分子、0.50~4.50mmol功能性单体、0.05~20 mmol交联剂、0.01~0.90mmol引发剂和10~200 mL致孔剂混合均匀，冰浴状态下，在反应液中通入氮气10~30分钟除去其中的氧气；将反应容器置于水浴锅中，按照

0.2~0.5℃/min升温速率，升温至45~83℃，并在该温度下反应8~45小时；制备出核壳式分子印迹的壳层，从而形成核壳分子印迹聚合物；其中：模板分子为氯贝酸、双氯芬酸钠、布洛芬、萘普生和酮洛芬，氯贝酸、双氯芬酸钠、布洛芬、萘普生和酮洛芬的摩尔比为1：1：1：

1：1；

（3）聚合反应结束后，过滤得到分子印迹聚合物，采用索氏萃取法利用有机溶剂萃取洗脱，去除模板分子，经真空干燥制得酸性药物多模板分子印迹聚合物。

2.根据权利要求1所述的典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述功能性单体选自：丙烯酸类、吡啶类或酰胺类中任一种。

3.根据权利要求1所述的典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于步骤(1)和步骤(2)中所述交联剂选自三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯中任一种。

4.根据权利要求1所述的典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于步骤(1)和步骤(2)中所述致孔剂选自乙腈、甲醇、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷或四氯化碳中任一种。

5.根据权利要求1所述的典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于步骤(1)和步骤(2)中所述引发剂选自过氧化物基引发剂或自由氧化还原基引发剂中任一种。

6.根据权利要求1所述的典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于步骤（1）中，交联剂与引发剂的摩尔比为(5~10):1；致孔剂总体积用量与交联剂摩尔数比例ml/mmol为：5.0~15:1。

7.根据权利要求1所述的典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于步骤（2）中，模板分子与功能性单体的摩尔比为(0.1~1.5):1；交联剂与功能性单体的摩尔比为(1.0~10):1；致孔剂总体积用量与交联剂摩尔数比例ml/mmol为(10.0~25):1。

8.根据权利要求1所述的典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于步骤（3）中所用有机溶剂为甲醇和乙酸混合液，其中甲醇与乙酸的体积比为15:1~7:3，提取时间为15~100h。

9.根据权利要求1所述的典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于所得的多模板分子印迹聚合物颗粒的直径为：100~900nm。

10.一种如权利要求1所述制备方法得到的典型酸性药物多模板分子印迹聚合物在去除环境水体中五种典型酸性药物和五种典型酸性药物测定中的应用。

说明书

一种典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法和应

用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法和应用。

背景技术

[0002] 具有生物活性的药物和个人护理品（PPCPs）及其代谢产物对环境存在潜在的生态风险，关于环境介质中PPCPs的行为、风险研究及去除机制，日益成为环境科研人员和公众关注的焦点。PPCPs被大量使用的现状以及特殊的物化特性，给生态环境和人类健康带来了一定的潜在风险。目前，在污水厂进出水、地表水、地下水和饮用水中已发现50多种PPCPs-1物质，浓度高达μg•L 水平。PPCPs种类繁多、浓度低、理化性质各异，而环境介质又十分复杂，建立高灵敏、高特异性的分析测定方法及开发有效的去除技术成为PPCPs研究领域中的一个关键。酸性药物主要指含有羧基和一个或两个酚羟基的药类化合物。具有代表性的酸性药物及其物化性质见表格1。

[0003] 表1 五种酸性药物的物理化学性质

[0004]名称 CAS号 化学结构 摩尔质量(g/mol) pKa logKow
布洛芬 15687–27–1 206.29 4.5 3.97
酮洛芬 22071–15–4 254.28 4.453.12
萘普生 22204–53–1 230.26 4.153.2
双氯芬酸 15307–86–5 296.16 4.144.51
氯贝酸 882-09-7 214.5 3.422.58

[0005] 氯贝酸是脂肪调节剂降固醇酸、依托贝特的代谢产物，是PPCPs中最具典型的一种。氯贝酸也是目前水系统残留物中活性最强、报道最为广泛的药物之一，该物质具有很强的极性且很难生物降解，据报道该物质在环境中可以滞留21年而不被降解。Buser等人对北海和瑞士一些湖泊中的氯贝酸进行了研究，结果表明氯贝酸在地表水环境中的浓度达到了1-2 ng/L。Stan 和 Heberer在柏林的饮用水中检测到了氯贝酸的浓度高达165 ng/L。Heberer对地下水的研究表明，该物质在地下水中的赋存浓度达到了7300 ng/L。对密西西比河和庞恰特雷恩湖中氯贝酸的研究结果表明浓度范围为6-10 ng/L。布洛芬、酮洛芬、萘普生和双氯芬酸是非甾体抗炎药，具有抗炎、镇痛及解热作用，使用范围广，销量大，也已在不同地区的污水处理厂进出水、地表水中检测出来。Celine等对瑞士三个污水处理出水的调查表明，双氯芬酸浓度达0.99µg/L，布洛芬达1.3µg/L，酮洛芬达0.18µg/L，萘普生达
2.6µg/L。 因此分析酸性药物在环境介质中的归趋、风险研究及去除机制显得意义重大，如何有效的去除水体中的酸性药物引起了科研工作者的高度关注。

[0006] 分子印迹技术是指以某种化合物分子为模板，合成对模板分子具有特异识别能力的分子印迹聚合物（Molecularly imprinted polymer，MIP）。常被形象地描绘为制造识别“分子钥匙”的“人工锁”的技术。近20年来，随着分子印迹聚合物制备技术方面的创新性工作，分子印迹技术得到了广泛研究和迅猛发展，已被应用于多种分析技术中，包括固相萃取、膜分离、生物传感器、液相色谱等。

[0007] 分子印迹技术之所以发展如此迅速，是由于它具有三大特点：（1）构效预定性；（2）特异识别性；（3）广泛应用性。分子印迹聚合物能够抵抗很强的机械作用力，在高温、高压、酸、碱、高浓度离子及有机溶剂等各种条件下也能保持其原有的特性。分子印迹聚合物制备成本低是分子印迹技术的另一优点。与蛋白质分子识别系统和合成手性识别系统相比，制备分子印迹聚合物的成本相对较低，而且印迹分子聚合物可以再生回用。所有这些优点表明，分子印迹聚合物具有广泛的应用前景。传统污水处理厂不能有效去除酸性药物，分子印迹技术由于其独特的选择吸附性，为解决此问题提供了有效的途径，已有研究表明MIPs更适合于去除水体中大体积低浓度的污染物。Lin Yi等用沉降聚合的方法合成了双酚A分子印迹聚合物，成功用于选择性吸附不同水源水中酚类雌性激素。Chaomeng Dai等采用沉降聚合法分别合成了卡马西平和双氯芬酸的分子印迹聚合物，并成功用于实际水体中卡马西平和双氯芬酸的去除。

[0008] 基于分子印迹技术的环境样品中药物的分离去除技术具有选择性好、操作简单等优点，可用于痕量去除。本发明以五种典型酸性药物为模板分子通过沉淀聚合的方法合成了有高度选择性的纳米级分子印迹聚合物颗粒。通过研究该MIPs对五种酸性药物的特异性吸附，为实际水体中酸性药物的选择性去除提供了有力的技术支撑。

发明内容

[0009] 本发明的目的在于提供一种典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法和应用。

[0010] 本发明提出的一种典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的制备方法，具体步骤如下：

[0011] （1）在没有模板分子存在的条件下，向反应容器中加入1~100 mmol交联剂、0.01~2 mmol引发剂和20~200mL致孔剂，摇匀，冰浴条件下，通入氮气5~10min，氮气状态下密封。将反应容器置于水浴锅中，按照0.25~0.45℃/min升温速率，升温至45~70℃，并在该温度下反应5~30小时；生成单分散聚合体，形成分子印迹聚合物的核芯。

[0012] （2）将步骤(1)得到的单分散聚合体与0.05~3.50mmol模板分子、0.50~4.50mmol功能性单体、0.05~20 mmol交联剂、0.01~0.90mmol引发剂和10~200 mL致孔剂混合均匀，冰浴状态下，在反应液中通入氮气10~30分钟除去其中的氧气；将反应容器置于水浴锅中，按照0.2~0.5℃/min升温速率，升温至45~83℃，并在该温度下反应8~45小时；制备出核壳式分子印迹的壳层，从而形成核壳分子印迹聚合物。其中：模板分子为氯贝酸（CA）、双氯芬酸钠（DFC）、布洛芬（IBP）、萘普生（NPX）和酮洛芬（KEP），氯贝酸（CA）、双氯芬酸钠（DFC）、布洛芬（IBP）、萘普生（NPX）和酮洛芬（KEP）的摩尔比为1：1：1：1：1；

[0013] （3）聚合反应结束后，过滤得到分子印迹聚合物，采用索氏萃取法利用有机溶剂萃取洗脱，去除模板分子，经真空干燥制得酸性药物多模板分子印迹聚合物、

[0014] 本发明中，步骤(2)中所述功能性单体选自：丙烯酸类，如丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸（MAA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）；吡啶类，如2-乙烯吡啶（2-VP）、4-乙烯吡啶（4-VP）；酰胺类，如丙烯酰胺（AM）。最优选自甲基丙烯酸（MAA）、2-乙烯吡啶（2-VP）或丙烯酰胺（AM）。

[0015] 本发明中，步骤(1)和步骤(2)中所述交联剂选自三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TRIM）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、二乙烯基苯-80（DVB-80）、N,0-二丙烯酰-L-苯丙氨醇或季戊四醇三丙烯酸酯（PETRA）中任一种。最优选自乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）或二乙烯基苯-80（DVB-80）。

[0016] 本发明中，步骤(1)和步骤(2)中所述致孔剂选自乙腈、甲醇、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷或四氯化碳中任一种。最优选自乙腈或甲苯。

[0017] 本发明中，步骤(1)和步骤(2)中所述引发剂选自过氧化物基引发剂或自由氧化还原基引发剂中任一种。最优选为偶氮二异丁腈（AIBN）。

[0018] 本发明中，步骤（1）中，交联剂与引发剂的摩尔比为(5~10):1；致孔剂总体积用量与交联剂摩尔数比例ml/mmol为：（5.0~15）:1。

[0019] 本发明中，步骤（2）中，模板分子与功能性单体的摩尔比为(0.1~1.5):1；交联剂与功能性单体的摩尔比为(1.0~10):1；致孔剂总体积用量与交联剂摩尔数比例ml/mmol为(10.0~25):1。

[0020] 本发明中，步骤（3）中所用有机溶剂为甲醇和乙酸混合液，其中甲醇与乙酸的体积比为15:1~7:3，优选为9:1~7:2。提取时间为15~100h，优选为15~46h。提取至洗脱液经高效液相色谱检测无任何模板分子的吸收峰为止，取出分子印迹聚合物用甲醇超声萃取1~3次，去除聚合物中残留的氢离子，在真空条件下干燥。

[0021] 利用本发明方法制备得到的多模板分子印迹聚合物颗粒的直径为：100~900nm。

[0022] 本发明提出的典型酸性药物多模板分子印迹聚合物在去除环境水体中五种典型酸性药物和五种典型酸性药物测定中的应用。该方法可用于环境水体中痕量药物的选择性分离、富集，且该方法简便、快速、具有较高的选择性和灵敏性，抗干扰能力强，用有机溶剂洗脱即可得到分离纯化的含有五种典型酸性药物的洗脱液。

[0023] 本发明的有益效果：

[0024] 本发明所采用的多模板分子印迹聚合物的制备方法以五种典型酸性药物为模板分子，所得分子印迹材料对五种模板分子均具有专一识别性，为多模板分子印迹聚合物的合成提供了一种可行的制备方案。该技术合成的MIPs，可应用于不同环境水体中酸性药物的去除，具有较高的灵敏性及再生回用性能，不仅拓展了分子印迹技术的应用范围，而且为其商业化应用提供了可行性。

附图说明

[0025] 图1多模板分子印迹聚合物的扫描电镜（SEM）图。

具体实施方式

[0026] 下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0027] 实施例1

[0028] 本发明典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的合成方法如下：

[0029] （1）称取20mg（0.12 mmol）AIBN、1.5mLEGDMA、60mL甲苯于300mL硬质具塞螺口玻璃瓶中，混合均匀。冰浴状态下，向反应液中通入氮气10min除去溶解的氧气和玻璃瓶上方空气中微量的氧气，氮气状态下密封。将反应容器置于水浴锅中，两小时内温度缓慢从室温升至50℃，恒温聚合15h。合成得到单分散聚合体。

[0030] （2）分 别称 取 140mgDFC、100mgCA、99mgIBP、110mgNPX、122mgKTP、0.30mL2-VP、1.22mLEGDMA、20mgAIBN溶于100mL甲苯中，混合均匀后，将混合反应液转移到步骤（1）中的反应瓶中。冰浴状态下，向反应瓶中通入氮气15min，除去溶解的氧气和反应瓶上方空气中微量的氧气，氮气状态下密封。将反应器置于水浴锅中，两小时内温度缓慢由室温升至
60℃，恒温聚合30h，过滤得到多模板核壳式分子印迹聚合物。将生成的MIPs颗粒置于甲醇/乙酸=4/1混合溶液中索氏提取48h，以除去模板分子；然后再用少量甲醇淋洗，以去除颗粒物中残留的乙酸，最后将得到的MIPs颗粒在50~75℃条件下真空干燥备用。

[0031] 非印迹聚合物（NIPs）的制备除不加五种模板分子外，均按上述方法制备和处理。

[0032] 对合成的多模板分子印迹聚合物进行吸附性能指标表征：

[0033] （1）多模板分子印迹聚合物的表面形态表征如图1所示，MIPs呈乳白色，粒径为100~900nm，表面光滑。

[0034] （2）分别称取1mgMIPs和NIP若干份，置入30mL具塞玻璃瓶中，分别加入0~2000mg/L五种典型酸性药物混合溶液15mL，于恒温振荡器中30℃静态吸附4h。通过吸附等温线拟合，计算可得到CA、DFC、IBP、NPX、KEP特异性结合位点的最大表观结合量Qmax分别为269mg/g、288mg/g、196mg/g、227mg/g、231mg/g，解离常数分别为31、22、26、31、20。

[0035] （3）分别称取1mg MIPs和NIP若干份，装入30mL具塞玻璃瓶中，然后分别加入50~500mg/L的五种典型酸性药物混合溶液15mL，研究聚合物的结合动力学性质。实验证明
10~15 min后，吸附基本上达到平衡。

[0036] （4）称取50 mg MIPs，每次重复使用之前在甲醇/乙酸=（7-9）/（3-1）混合液中超声萃取数次，直到滤液中检测不到模板分子为止，然后再用甲醇淋洗，真空干燥，进行MIPs的回用研究。结果证明该分子印迹聚合物反复使用 10~35 次之后印迹能力也未发生衰减。

[0037] 实施例2

[0038] 本发明典型酸性药物多模板分子印迹聚合物的合成方法如下：

[0039] （1）称取10mg（0.06 mmol）AIBN、0.69mLDVB-80、60mL甲苯与乙腈混合溶液（V/V为1:3）于300mL硬质具塞螺口玻璃瓶中，混合均匀。冰浴状态下，在反应液中通入氮气10min除去溶解的氧气和玻璃瓶上方空气中微量的氧气，氮气状态下密封。将反应容器置于水浴锅中，两小时内温度缓慢从室温升至50℃，恒温聚合15h。合成得到单分散聚合体。

[0040] （2）分 别 称 取 70mgDFC、50mgCA、49.5mgIBP、55mgNPX、61mgKTP、0.15mL2-VP、0.56mLDVB-80、10mgAIBN溶于100mL甲苯与乙腈混合溶液（V/V为1:1）中，混合均匀后，将混合反应液转移到步骤（1）中的反应瓶中。冰浴状态下，向反应瓶中通入氮气15min，除去溶解的氧气和反应瓶上方空气中微量的氧气，氮气状态下密封。将反应器置于水浴锅中，两小时内温度缓慢由室温升至60℃，恒温聚合30h，过滤得到多模板核壳式分子印迹聚合物。
将生成的MIPs颗粒置于甲醇/乙酸=4/1混合溶液中索氏提取48h，以除去模板分子；然后再用少量甲醇淋洗，以去除颗粒物中残留的乙酸，最后将得到的MIPs颗粒在50~75℃条件下真空干燥备用。

[0041] 非印迹聚合物（NIPs）的制备除不加五种模板分子外，均按上述方法制备和处理。

[0042] 对合成的多模板分子印迹聚合物进行吸附性能指标表征：

[0043] （1）分别称取1mgMIPs和NIP若干份，置入30mL具塞玻璃瓶中，分别加入0~2000mg/L五种典型酸性药物混合溶液15mL，于恒温振荡器中30℃静态吸附4h。通过吸附等温线拟合，计算可得到CA、DFC、IBP、NPX、KEP特异性结合位点的最大表观结合量Qmax分别为120mg/g、130mg/g、78mg/g、105mg/g、112mg/g，解离常数分别为28、25、27、29、23。

[0044] （2）分别称取1mgMIPs和NIP若干份，装入30mL具塞玻璃瓶中，然后分别加入50~500mg/L的五种典型酸性药物混合溶液15mL，研究聚合物的结合动力学性质。实验证明
10~15min后，吸附基本上达到平衡。

[0045] （3）称取50 mg MIPs，每次重复使用之前在甲醇/乙酸=（7-9）/（3-1）混合液中超声萃取数次，直到滤液中检测不到模板分子为止，然后再用甲醇淋洗，真空干燥，进行MIPs的回用研究。结果证明该分子印迹聚合物反复使用 10~35 次之后印迹能力也未发生衰减。