药物氟哌酸分子印迹共混膜的制备与结构表征

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3. 结果与讨论
3.1 红外光谱分析
红外光谱是测定有机化合物的重要物理方法之一[3]。我们运用红外光谱分析法来推断 模板分子以及其形成分子的印迹聚合物的结构。红外谱图见图 1 所示。
Transmittance(%)
1 .3 5 1 .3 0 1 .2 5 1 .2 0 1 .1 5 1 .1 0 1 .0 5 1 .0 0 0 .9 5 0 .9 0 0 .8 5 0 .8 0 0 .7 5 0 .7 0 0 .6 5 0 .6 0
3.3 MIP 的识别性能
在实验中,采用平衡结合的测定方法,测定了NFXC初始浓度在1.5～5mmol/L的范围时 印迹聚合物的平衡吸附量Q随着NFXC初始浓度的变化,实验数据如表1所示。
表1 MIP以及NMIP对底物NFXC的结合数据
底物为 TMP 的初 始浓度不 同的 DMF
溶液 编号
分子印迹聚合物对诺氟沙星溶液的结 合情况
图3 分子印迹聚合物透射电镜图
对比洗脱后和未洗脱的分子印迹聚合物透射电镜图可以看出，当NFXC还没有从印迹聚 合物中洗脱下来时，它与功能单体以非共价键结合，不存在空穴结构；而从（b）图中，我 们可以清晰的看到，洗脱NFXC后的分子印迹聚合物具有很多的“空穴”，这些空穴印迹了模 板分子的构、大小和空间位置等信息，只有模板分子才能进入“空穴”，“空穴”只对模板分子 具有选择[2]。
3.2 透射电镜
透射电镜(TEM) 实现了揭示材料宏观性能与其显微特性之间的内在关联性。我们应用 透射电镜观察分子印迹聚合物的内部结构特征（如图 3），将分子印迹聚合物的高选择吸附 性能与其微观结构相结合，以此说明分子印迹聚合物具有选择吸附性。
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（a）未洗脱的NFXC分子印迹聚合物图(500nm) （b）洗脱后的NFXC分子印迹聚合物透射电镜图(500nm)
+Template 重结合模板分子
COOH
HOOC
图1 NFXC分子印迹聚合物的制备示意图
2.2.2 氟哌酸聚合物聚砜共混膜的制备
将一定量干燥的聚砜溶于 DMF 中，配制成铸膜液，再将 MIP 粉末加入到铸膜液中，在 恒温、恒速的搅拌条件下制备共混溶液。放置 24h 达到均一后真空脱泡。在一定的温度和湿 度下，将溶液浇铸在 20×20cm 的玻璃板上，用刮刀刮制成平板膜，再将该膜浸入蒸馏水中， 即得诺氟沙星聚合物聚砜共混膜。将制得的膜保存在 50%甘油中待用。
1. 前言
分子印迹技术是一种人工合成具有分子识别功能聚合物的新技术,基于该技术所制备 的分子印迹聚合物能够识别和结合在空间结构、大小和化学功能基团上与之互补的印迹分子 [4],与生物实体相比, 分子印迹聚合物具有亲和性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿 命长等优点,在许多领域,如色谱分离、固相萃取、化学和生物传感器、不对称催化和酶模拟 催化,临床药物分析和膜分离技术等领域都展现了良好的应用前景。
性能优越,相同情况下MIP对NFXC的平衡结合量大很多。在分子印迹中常用Scatchard方程评
价分子模板聚合物的识别性能。我们将获得的结合数据用于Scatchard方程中进行分析，
Scatchard方程如下式：
Q/C（NFXC）=（Qmax-Q）/Kd
（式1）
式中Kd是平衡结合位点的平衡解离常数，Qmax是结合位点的最大表观结合数。C（NFXC）
同时，分子印迹技术对于研究酶结构、认识受体—抗体作用机理等方面也具有重要的理 论意义和使用价值。本试验所选用的模板分子氟哌酸是喹诺酮类抗菌药物的优秀代表之一[5], 具有抗菌作用强、抗菌谱广、生物利用度高、组织渗透性好及与其他抗菌素无交叉耐药性和 副作用小等特点, 而且口服吸收快, 已被广泛用于临床。但是它也存在着使胎儿畸形，损害 肾功能等毒复作用，控制并检测在人体中的含量，对最佳疗效的效果和最小毒复作用有着重 要意义。因此本实验主要研究了氟哌酸分子印迹聚合物的合成方法，结构特征，吸附性能， 为了进一步的研究奠定了基础。
分子印迹膜(MIM) 因其兼具分子印迹技术与膜分离技术的优点,近年来已成为分子印迹 技术领域研究的热点[6]。其最大的特点就是对模板分子的识别具有可预见性,对于特定物质的 分离极具针对性。但在制备分子印迹聚合物时为了维持识别位点的空间结构需加入大量的交 联剂，使得得到的印迹聚合物膜柔韧性差，机械强度低，容易破碎，影响了印迹聚合物膜的 实际应用。因此，人们正在努力寻找一种新方法，使得印迹聚合物膜不但具有特异选择性， 而且有良好的柔韧性，使其容易处理和使用。目前，已有报道利用平板膜作为支撑膜，将模 板聚合物涂附于膜表面，在膜表面聚合制备模板聚合物膜[1]。但通常情况下，聚合物与支撑 膜之间紧靠弱的分子间力作用，制备的识别膜经过多次使用，聚合物会从支撑膜上脱落，膜 就不再具有结合选择性。而本实验选用柔韧性非常好的聚砜与模板聚合物按一定比例进行共 混制备了共混分子识别膜，不仅具有良好的分子识别特性，而且保持着聚砜膜本身的良好柔 韧性和强度，也克服了涂附方法易脱落的问题，为分子识别膜实际应用提供了新的实验结果。
1.11
4
3.5
2.71
6.63
3.5
3.37
1.04
5
3.0
2.17
6.31
3.0
2.89
0.88
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6
2.5
1.72
6.23
2.5
2.47
0.72
7
2.0
1.45
4.39
2.0
1.92
0.64
8
1.5
1.05
3.59
1.5
1.42
0.64
对比MIP以及NMIP对NFXC的结合情况可以看出,MIP相对于NMIP而言,对NFXC的识别
另外，由图 5 可以看出，非印迹聚合物（NMIP）在 1.5～5mmol/L 的浓度范围内吸附量 随着浓度的增加而增大,而印迹聚合物(MIP)在该浓度范围内先增大而后逐渐趋于饱和.由于 在许多底物的结合实验中,因为 NMIP 的非选择性的线性增加,结合量对初始浓度的关系曲线 往往难以达到饱和,因而可以从图中得出 NMIP 对 NFXC 的吸附是非选择性吸附。而 MIP 的
C M0
C Mt
(mmol/L) (mmol/L)
QM (µmol)
空白对诺氟沙星溶液的结合情况
C NM 0
C NM t
(mmol/L) (mmol/L)
Q NM (µmol)
1
5.0
3.76
9.89
5.0
4.71
2.31
2
4.5
3.69
7.10
4.5
4.23
2.16
3
4.0
3.11
6.47
4.0
3.86
2.2 实验步骤
2.2.1 氟哌酸分子印迹聚合物(MIP)的制备 称取 0.04785g(0.15 mmol) 诺氟沙星(NFXC) 溶于 0.5 mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,
然后加入 0.05mL(0.625 mmol)功能单体 α-甲基丙稀酸(MAA)于调速振荡器振荡 6 小时左右, 使 NFXC 与 MAA 充分混合并发生作用,再依次加入 0.5 mL 交联剂三甲氧基丙烷三甲基丙稀 酸酯(TRIM)和 7.5mg 引发剂偶氮二异丁腈(AIBN),经充分混合后,通氮气 5min,再抽真空 10min,然后将该反应混合液置于玻璃片上,在真空下泥封并在 365nm 紫外灯光照下聚合 5-6 小时得到白色块状聚合物固体,用体积比为 9：1 的甲醇／乙酸溶液洗掉模板分子和未聚合的 单体和交联剂，然后烘干研磨成粉末，再过 100 目筛，将此聚合物粉末真空干燥 24 小时后 待用。
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药物氟哌酸分子印迹共混膜的制备及结构表征
刘伟，张志良
天津工业大学材料科学与化学工程学院，天津 （300160）
E-mail：liuwei_111_222@163.com
摘 要：以氟哌酸为模板分子，α-甲基丙稀酸为功能单体，三甲氧基丙烷三甲基丙稀酸酯为 交联剂，利用本体聚合方法制备了具有特异选择性的氟哌酸分子印迹聚合物并利用聚砜与氟 哌酸分子印迹聚合物共混的方法制备了分子印迹聚合物膜。运用红外光谱分析和透射电子显 微镜研究了氟哌酸分子印迹聚合物的结构。运用扫描电子显微镜研究了分子识别膜的机理和 吸附性能，运用平衡结合实验法证明了分子识别膜对氟哌酸表现出了较高的选择性。 关键词：分子印迹技术；氟哌酸；模板聚合物膜；特异选择性
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二异丁腈( AIBN，化学纯，上海试四赫维化工有限公司)；N,N-二甲基甲酰胺（DMF,分析纯， 天津化学试剂三厂）；聚砜（PSF，天津工业大学膜天膜公司提供）。
UV－240 型双波长紫外可见分光光度计(日本岛津)； HY-4 型调速振荡器（天津市华 北 实 验 仪 器 有 限 公 司 ）； 长 波 （ 365nm ） 紫 外 照 射 灯 （ 天 津 紫 晶 特 种 光 源 有 限 公 司 ）； QUANTA-200 扫描电镜（SEM）（FEI 公司）；TENSOR37 傅立叶变换红外光谱仪(德国 BRUKER 公司) ；H7650 透射电镜(日立公司)。
0
A B
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
W avenum ber(cm -1)
图2 未洗脱及洗脱后的分子印迹聚合物的红外谱图
图1中两谱图分别为诺氟沙星未洗脱（B）以及洗脱后（A）的分子印迹聚合物的FTIR 光 谱图。从红色谱图中可以观察到，在2550.76 cm-1,2287.21cm-1,1486.52 cm-1,1338.08 cm-1 1274.48 cm-1和1033.79 cm-1处出现了尖锐的峰,它们分别代表了分子中存在C=N,C-NH,C=C、 芳环C=C伸缩振动，芳香胺C-N, C-F和-NH弯曲振动等特征官能团,由此可以推断结合有模板 分子诺氟沙星的未洗脱的分子印迹聚合物的结构.将黑色谱图即洗脱后的分子印迹聚合物与 红色谱图相比较还可看出,洗脱后的分子印迹聚合物1725.60 cm-1,1637.56 cm-1,1015.18 cm-1,943.48 cm-1处有明显的羰基、C=C,-OH面外弯曲和-COOH的吸收峰,这与反应式中所示 的洗脱后的聚合物分子所应具有的特征官能团相一致。洗脱后的理论聚合物中不存在模板分 子，而完全是由功能单体α-甲基丙稀酸结合而成。而且诺氟沙星所具有C-NH, 芳香胺C-N和 C-F等特征吸收峰消失。与图2中的经洗脱的分子印迹聚合物最后产物的分子结构相吻合.说 明印迹聚合物中模板分子已基本洗脱干净,经过洗脱MIPs形成了空穴。
的 结 合 位 点 ， 对 NFXC 呈 现 均 匀 的 识 别 能 力 。 从 图 4 直 线 的 斜 率 和 截 距 可 以 求 得
Kd=0.029mmol/L,Qmax=6395.8µmol/g,于理论最大吸附量还有一段距离,这主要是因为在聚
合过程中,一部分 NFXC 分子被包埋无法洗去,另一方面在聚合过程中,使用的是 NFXC 的
2. 实验部分
2.1 药品与仪器
氟 哌 酸 又 称 诺 氟 沙 星 （ Norfloxacin NFXC) ， 三 甲 氧 基 丙 烷 三 甲 基 丙 稀 酸 酯 （Trimethylolpropane Trimethacrylate TRIM）, (北京百灵威化学技术有限公司)；甲基丙烯酸 (methacrylic acid MAA，分析纯，天津化学试剂研究所)，使用前减压蒸馏除去阻聚剂；偶氮
代表诺氟沙星在吸附液中的平衡浓度。根据Scatchard方程Q/C（NFXC）随Q变化的曲线，由
图3-5可见Q/C（NFXC）对Q几乎成一条直线，其线性方程为[7]：
Y=216.817-33.9x
（式2）
其斜率和截距分别是-1/ Kd 和 Qmax/Kd。这表明在所研究的浓度范围内 MIP 存在一类等价
DMF 溶液,DMF 极性较强不利于形成稳定的氢键,故对聚合物的吸附性有一定的影响。但从
上面的数据可以看出，这种影响并不显著，印迹聚合物相对于非印迹聚合物对 NFXC 有显
著的吸附性能。
2.40
2.35
Q/C(ml)
2.30
2.25
2.20百度文库
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
Q(μ mol)
图4 评价MIP识别性能的Scatchard图
合成非印迹聚合物（NMIP）除不加模板分子 NFXC 外，其余操作步骤同上。
F
+
COOH N
HN
O
COOH
F
N C2H5
N
HN COOH
O
COOH
COOH
N C2H5
F
乙二醇二甲基丙烯酸酯
(1) ECDMA
(2) AIBN 偶氮二异丁腈
N
HN COOH
O HOOC COOH
-Template
N C2H5