亲水分子印迹聚合物的研制及残留抗生素评估

摘要

当前我国重大环境问题频繁发生，开展环境污染对人体健康风险评估与控制技术研究，具有重要的科学和现实意义。基于分子印迹聚合物(Molecularly irnprinted polymers， MIPs)的分子印迹固相萃取（Molecularly imprinted solid phase extractioN, MISPE）技术已逐渐取代基于C18小柱、免疫亲和层析柱等常规样品前处理技术，在国内外食品安全检测中广泛应用。由于大多数生物样本中的目标分子均残存于水相体系中，而亲水性MIPs相对于有机相中制备的MIPs对目标分子具有更高的特异性和选择性，使得样品前处理效率更高。
　　 本文针对四环素、土霉素及恩诺沙星等食品中重要禁用抗生素，制备识别这些抗生素分子的特异亲水性MIPs，建立新型MISPE样品前处理技术，与现有常规方法相结合，应用于实际检测，取得的主要结果如下：
　　 1.通过水相悬浮聚合法以恩诺沙星为模板制备了分子印迹聚合物微球(Molecularly imprinted polymer microspheres，MIPMs)，避免了传统本体聚合法制备MIPs后处理过程中的缺陷，如研磨、筛分带来的MIPs的识别位点被破坏和选择性下降、颗粒形状不规则和分散性差等。结果表明，当以甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，模板分子对功能单体的摩尔比为1：8时，制备的MIPMs对恩诺沙星有较好的特异性识别能力。扫描电镜分析表明其直径约60 μm，表面有很多个孔，以此为填料的MISPE对环丙沙星和诺氟沙星等模板类似物也有相似的选择吸附能力。在实际样品分析时，对牛奶中的恩诺沙星有较高的富集纯化效果，与高效液相色谱法相结合，检测限达到10 μg L-1,超过欧盟检测限量要求(100μg L-1)，不同加标样品的检测回收率为73.6-101.6％，其相对标准偏差在3.8％到6.3％2间。
　　 2.在甲醇和水的混合含水体系中，以四环素为模板，以金属离子（Mg2+、Fe2+和Cu2+）介导印迹的方法制备了分子印迹聚合物。平衡结合试验表明，单体和模板比例为8:1时，镁离子、亚铁离子和铜离子参与的印迹聚合物对四环素的最大吸附能力分别为11.13 μmol g-1、9.16 μmol g-1和7.68μmol g-1,不加离子的印迹对照组吸附四环素的能力为2.95 μmol g-1,表明随着金属离子的半径增大和结合力减弱，印迹聚合物的吸附能力也减弱。以紫外光谱实验进一步研究了单体、金属离子和模板之间的相互作用，并通过质谱试验确定了模板、亚铁离子和功能单体组成的超分子复合物的分子量，提出了TC-Fe-MAA4与TC-Fe2-MAA8两种结构模式。另外，分析研究了金属离子参与的特异性识别机制，优化了分子印迹固相萃取条件。在实际样品处理方面，格添加在尿液中四环素、土霉素和金霉素分离纯化，富集50倍，回收率分别为80.1-91.6％，78.4-89.3％和78.2-86.2％，其相对标准偏差在3.1％到5.9％2间，显著提高了检测的灵敏度。
　　 3.通过沉淀聚合法，以恩诺沙星和土霉素为模板，在甲醇和水的混合溶液中制备了能同时识别土霉素和恩诺沙星的分子印迹材料，研究了铜离子和亚铁离子介导的双模板印迹技术。扫描电镜分析表明，聚合物为直径约0.3至1 um的微球，MIPs比NIPs略小。吸附试验显示，金属离子参与了聚合物对目标分子的特异性识别，而亚铁离子介导的印迹聚合物对恩诺沙星和土霉素都有很高的特异性吸附能力，在MAA: OTC: ENRO: Fe2+的摩尔比为4：0.6：1：1时，聚合物对土霉素和恩诺沙星的特异性识别能力最强，印迹因子分别为2.89和2.48。
　　 本文在含水系统中以恩诺沙星、四环素和土霉素为模板制备了分子印迹聚合物；利用多价金属离子能在水环境中结合多种抗生素和其它小分子的特点，以模板－金属离子－功能单体组成聚合前复合体，将金属离子介导的分子印迹技术应用于亲水性分子印迹聚合物的研制和应用；进一步以金属离子结合恩诺沙星、土霉素和功能单体，探索金属离子介导的双模板印迹方法，使制备的分子印迹聚合物具有多残留分析能力，识别不同家族的抗生素。另外，将分子印迹聚合物用作固相萃取填料，高效地分离纯化残留在生物样品中的痕量抗生素；同时对于相关的印迹和识别机理进行了较为系统的研究，建立的样品处理方法适用于含水丰富的环境，能够快速、灵敏、准确并特异地检测违禁药物残留。这些研究结果有利于进一步研制亲水的分子印迹聚合物以识别其它残留药物，分析处理来源于生物和环境的含水样品。这为研发高选择性的分析检测手段以监测有害因素打下基础，有助于实现危害预警和防控食源性疾病，也为科学评价食品和环境中的重大风险（如遗传毒性）提供新的解决方案。同时，在利用分子印迹聚合物进行多残留检测方面取得一些初步的研究结果，为后期建立相关检测方法提供了有价值的参考。