溶胶—凝胶法制备碳纳米管表面牛血清白蛋白分子印迹聚合物及性能评价

【摘要】分子印迹技术(MIT)概念产生于20世纪40年代,是分子印迹聚合物制备的支撑技术。分子印迹技术在历经了无人问津的几十年直到90年代初在抗体、分离等领域成功应用后才真正得到普遍关注。表面分子印迹技术是继包埋法后的一种新型分子印迹技术。相比于传统的包埋法,表面法具有以下几个明显优势：空间位阻小,使用过程无需研磨,从而保证了印迹孔穴的完整,同时利用基质较强的机械性能可提高分子印迹聚合物整体机械强度。有大量研究表明表面分子印迹技术较适合蛋白质等生物大分子印迹聚合物制备。碳纳米管(CNTs)是一种具有特殊结构的纳米级材料,已有一些报道成功将碳纳米管用于液相色谱萃取等分离领域,因此,碳纳米管作为分离材料的潜力不容忽视。此外,碳纳米管具有较大的比表面积、较强的刚性、易于改性的特点使其具有作为。分子印迹聚合物基质的潜能。分子印迹聚合物中功能单体的选择一定程度上决定了分子印迹聚合物的性能。室温离子液体(RTILs)是在室温或接近室温下完全由阴离子和阳离子组成的液体,由于其几乎可忽略的蒸气压、环境友好、较广的液体温度范围、高稳定性、可“设计性”等特点而备受化学工作者的亲睐。已有许多研究表明离子液体具有作为功能单体制备蛋白质分子印迹聚合物的潜能。本研究以牛血清白蛋白(BSA)为模板分子、四乙氧基硅烷(TEOS)为交联剂、分别以1-三乙氧基硅丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体([TESPmim]BF4)和1-三乙氧基硅丙基-3-甲基咪唑离子液体([TESPmim]C1)以及氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)作为功能单体,采用溶胶-凝胶技术以及表面分子印迹技术在KH-550功能化碳纳米管(CNTs-KH550)表面嫁接BSA分子印迹聚合物。对三种不同功能单体的牛血清白蛋白分子印迹聚合物的热稳定性、表面形貌、印迹效果、选择性以及重复利用性能等进行了表征和评价,得到如下结果：1、以[TESPmim]BF4离子液体为功能单体,对体系反应时间、pH、交联剂含量(磷酸缓冲溶液PBS与TEOS体积比,R)、模板分子与功能单体比(M)、基质含量(m)等合成条件进行优化。得到的优化合成条件为：体系pH为7,R值为5,M值为60/120,m值为20mg。在优化条件下分别以[TESPmim]C1及KH-550作为功能单体在CNTs-KH550表面合成了BSA-MIPs和BSA-NIPs。2、对得到的优化产物进行BSA洗脱情况探究,定量傅里叶红外光谱(FT-IR)扫描表明经过PBS(pH=7,M=0.2)洗脱5次,双蒸水洗脱3次后,印迹在碳纳米管表面的BSA基本上全部洗脱干净。3、热稳定性：[TESPmim]BF4、[TESPmim]C1、KH-550三个体系合成的BSA-MIPs及NIPs的失重率分别为20%和18%、22%和19%、24%和17%,失重部分多为材料所含水分以及小部分未参与反应的反应物。总体说明,材料具有较好的热稳定性。4、表面形貌：从合成的BSA-MIPs和NIPs扫描电镜(SEM)图可知,随着反应时间的增加,嫁接于CNTs-KH550表面的聚合物逐渐增厚,且聚合物包裹的厚度较为均匀。说明聚合反应发生在基质的表面,而非单纯在溶液中发生自聚。5、印迹效果：对等温吸附实验进行Langmuir拟合得出：以[TESPmim]BF4、[TESPmim]C1和KH-550为功能单体合成的MIPs-BSA对BSA的最大吸附容量分别为90.98mg/g、62.55mg/g.110.50mg/g。前两者吸附容量不及后者,但印迹效果[TESPmim]BF4较好,印迹因子α分别为1.43、1.29、1.34。6、选择性：结果表明合成的三种分子印迹聚合物对BSA具有一定的选择性吸附能力,选择性因子均大于1。三种分子印迹聚合物对其它非印迹蛋白的吸附容量均随着蛋白质分子量的增加而逐渐降低,这些结果表明分子印迹聚合物合成过程中确实形成了与BSA匹配的印迹孔穴。7、重复利用性：对合成的产物进行多次吸附-解吸-再吸附实验,结果发现,MIPs和NIPs的吸附容量均有所下降。使用四次以后,以[TESPmim]BF4、[TESPmim]C1、KH-550为功能单体合成的BSA-MIPs的吸附容量分别下降为第一次使用的68%,64%,55%。总体上说明材料的重复利用性能不佳。总体而言,与以KH-550为功能单体合成的BSA分子印迹聚合物相比,以[TESPmim]BF4和[TESPmim]C1离子液体为功能单体合成的分子印迹聚合物具有与其相当或者更好的印迹效果和选择性吸附能力,表明离子液体具有作为功能单体的潜能,但总体印迹效果和选择性吸附能力还有待通过进一步实验探究予以提高。
【作者】林丹妮；
【导师】刘名茗；
【作者基本信息】华中农业大学，环境科学，2014，硕士
【关键词】分子印迹技术；离子液体；溶胶凝胶法；1-三乙氧基硅丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体；氯化1-三乙氧基硅丙基-3-甲基咪唑离子液体；氨丙基三乙氧基硅烷；

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