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分子印迹技术(Molecular imprinting technology,MIT)是制备对目标分子具有专属亲和性和选择性的分子印迹聚合物(Molecularlyimprinted polymers,MIPs)的技术。MIPs中因含有与模板分子空间结构匹配、官能团电子特征高度互补的孔穴而对模板分子产生独特的“记忆”功能,其在异构体及手性分离、色谱分离、仿生传感器、模拟酶催化、临床药物分析等领域展现出广阔的应用前景。
本研究以D-对羟基苯甘氨酸(D-hydroxyphenylglycine,D-HPG)为模板分子,采用表面印迹法在硅胶表面制备了D-HPG分子印迹聚合物(DSMIP)。运用紫外可见光谱仪(UV-vis)、傅立叶-红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)等对其进行了结构表征。通过紫外光谱法考察了模板分子和功能单体之间的非共价作用并优化了DSMIP的制备条件。采用静态和动态结合实验及选择性实验考察了DSMIP的吸附动力学、吸附热力学以及分子识别能力。同时,利用本体聚合法制备了D-HPG分子印迹聚合物(DMIP),比较了表面印迹聚合法与本体聚合法制备的印迹聚合物在吸附能力、印迹效率及分子识别特性上的差异。
主要研究结果如下:
(1) DSMIP的制备:以甲醇-水(v/v=7∶3)为溶剂,D-对羟基苯甘氨酸(D-HPG)为模板分子,丙烯酰胺(AM)为功能单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)为交联剂,n(D-HPG)∶n(AM)∶n(EDMA)=1∶8∶40,硅烷偶联剂用量为功能单体和交联剂质量的150%,在45℃反应3h后继续在60℃下聚合24 h,然后升温至80℃固化2h。DMIP制备:采用本体聚合法,以与DSMIP相同模板分子、单体和交联剂的物料配比,在60℃下聚合24h制备了DMIP。
(2)采用紫外(UV-vis)、红外(FT-IR)、热重(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)、比表面分析仪等对印迹聚合物进行谱学表征和表面分析。结果表明:模板分子(D-HPG)与功能单体(AM)之间存在着较强的非共价作用;DSMIP单分散性较好,印迹层表面粗糙不平,具有良好的热稳定性。
(3) DSMIP具有良好的亲和性和选择性吸附能力,其吸附等温线符合Langmuir等温模型;Scatchard分析表明DSMIP中存在两类不同亲和力的结合位点,表观印迹效率达到53.23%;吸附动力学研究表明DSMIP吸附速率较快,80 min内基本平衡;吸附热力学研究表明DSMIP吸附是一个自发、吸热的过程;选择性实验表明DSMIP对竞争底物的分离因子达到1.86,具有较好的选择性识别能力,能用于DL-HPG的拆分。
(4) DMIP具有较好的亲和性及选择性,其等温曲线符合Freundlich等温模型,Scatchard分析表明DMIP中存在两类不同亲和力的结合位点,表观印迹效率为19.98%。吸附动力学研究表明DMIP能够在120 min内达到平衡;选择性实验表明DSMIP对竞争底物的分离因子为1.55,具有较好的选择性识别能力。
(5)通过对DSMIP和DMIP的吸附容量、印迹效率和分子识别能力比较表明,本研究采用的表面分子印迹技术制备的印迹聚合物具有吸附容量大,印迹效率高,选择性识别能力强和拆分对映体效果好等优点。