全 文 ：第 38卷 第 1期
2011年
北京化工大学学报(自然科学版)
JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience)
Vol.38, No.1
2011
安石榴甙分子印迹聚合物微球的制备及识别性能
张　笑　付志峰＊　石　艳　董志佼
(北京化工大学 材料科学与工程学院 , 北京　100029)
摘　要:以安石榴甙为模板分子 ,丙烯酰胺为功能单体 ,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂 , 偶氮二异丁腈(AIBN)为
引发剂 , 乙腈为溶剂 ,使用沉淀聚合方法 , 制备分子印迹聚合物 , 得到纳米级微球。等温吸附实验研究表明 , 印迹聚
合物与空白聚合物相比 , 对目标分子具有更好的吸附性能 , 在研究浓度范围内 ,印迹聚合物对目标分子的最大吸附
量为 32.6μmol/g;Scatchard分析表明 , 印迹聚合物具有两种不同性能的结合位点 , 空白聚合物有一种结合位点 ,印
迹聚合物的最大表观结合量为 243μmol/g,空白聚合物的最大表观结合量为 25.3μmol/g;底物选择实验表明分子
印迹聚合物对安石榴甙具有更高的选择性能。
关键词:安石榴甙;微球;分子印迹;沉淀聚合
中图分类号:O631
收稿日期:2010-05-11
第一作者:男 , 1984年生 , 硕士生
＊通讯联系人
E-mail:fuzf@mail.buct.edu.cn
引　言
安石榴甙(punicalagin)为石榴皮的提取物 ,具
有优良的生物活性 ,其抗氧化性和抗癌作用的研究
也越来越多 ,在医疗保健 、化妆品 、功能性食品等行
业有很好的应用前途 。目前它的分离提纯方法主要
还是依赖于制备色谱 ,该方法最大的缺点是成本高 ,
产量低 。因此 ,研制一种对安石榴甙具有高选择性
的提纯新方法具有重要意义。
分子印迹聚合物(MIP)是指一种对目标分子有
特定选择性吸附的聚合物 ,它具有高选择性 、成本
低 、寿命长 、热力学和化学性能稳定 、抗恶劣环境能
力强等优点 ,已经在色谱分离 、仿生传感器 、生物酶
模拟和临床药物分析等领域展现了很好的应用前
景 [ 1-4] 。分子印迹技术分为共价键法和非共价键
法 。 1993年 Vlatakis等[ 5]首次发表了非共价键法制
备茶碱分子印迹的报道 ,印迹分子与功能单体预先
自组装 ,以非共价键作用力形成多重位点 ,这种非共
价键作用包括氢键 、静电引力 、疏水作用 、范德华力
等 ,其中以氢键应用最多 。该分子印迹技术在分子
量几百的有机小分子 [ 6]和分子量为几万的生物大
分子[ 7]方面的应用都已有大量报道 , 而分子量为
1084.72的安石榴甙的分子印迹技术未见报道 。因
而对安石榴甙分子印迹聚合物的研究既为安石榴甙
的提取提供一种新方法 ,又丰富了分子印迹技术的
广泛适用性。
目前制备分子印迹聚合物的聚合方法有本体聚
合[ 5-6] 、悬浮聚合 [ 8] 、分散聚合 [ 9] 、种子聚合 [ 10] 、沉
淀聚合[ 11]等 。由于本体聚合需经研磨粉碎过筛处
理 ,最终得到的聚合物颗粒均匀性差且研磨过筛过
程中有大量损失;悬浮聚合和分散聚合都要使用一
定量的表面活性剂进而增加了产物的后处理 ,并且
表面的残留表面活性剂也影响了聚合物的识别位
点;种子聚合和表面印迹聚合又需要多步操作 ,因此
本文使用沉淀聚合 [ 12 -13]制备了安石榴甙的分子印
迹聚合物 ,该聚合方法既操作简便又能得到粒径单
分散性良好的聚合物微球 。通过平衡吸附实验和
Scatchard分析对该分子印迹聚合物的结合作用和
选择性能进行了研究。
1　实验部分
1.1　原材料
安石榴甙 ,纯度 30%,陕西天一生物技术有限
公司 ,通过柱层析洗脱法制备得到 80%的纯度后备
用;丙烯酰胺(AM),化学纯 ,天津博迪化工有限公
司;乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA),分析纯 ,苏州
安利化工有限公司;偶氮二异丁腈(AIBN),分析纯 ,
北京化工厂 ,用甲醇重结晶精制;乙腈 、甲醇 、乙醇均
为化学纯 ,北京化学试剂厂。
1.2　安石榴甙分子印迹聚合物的制备
称取安石榴甙 0.1084g(0.1mmol),丙烯酰胺
DOI :10.13543/j.cnki.bhxbzr.2011.01.014
0.0711g(1mmol),乙腈 50mL加入反应烧瓶中 ,常
温 25℃超声分散 1h,然后依次加入 0.99 g(5
mmol)EGDMA,引发剂 AIBN0.0212g,充分溶解混
合 ,通入 N2 20min,密封 ,磁力搅拌下 60℃油浴中反
应 24h,得到单一 、均匀分散的混合物。将混合物高
速离心 20min,去除离心液 ,将所得聚合物放入索氏
抽提器中 ,加入甲醇 /乙酸(体积比为 8∶2)的混合溶
液进行抽提 48h,去除模板分子 ,直至用紫外分光光
度计检测不到模板分子 ,然后用甲醇洗至中性 ,将抽
提后的产品在 50℃下烘干 24h至恒重 ,得到 MIPs。
空白聚合物(BP)制备方法除了不加入安石榴甙模
板分子外 ,其余步骤同上。
1.3　平衡吸附量的测定
称取 20.0mg印迹或空白聚合物 ,置于 10mL磨
口锥形瓶中 ,加入 5mL已知浓度的含有安石榴甙或
者其他参考物质的乙腈溶液 ,密封 ,常温下放入振荡
器中振荡 24h,然后将该混合液转移至密封离心试
管中 ,高速离心 20min,取适量离心液分别稀释到一
定体积 ,充分摇匀 ,用紫外分光光度计(CITRA-200,
澳大利亚 GBC公司)在 254nm波长下测定吸附液
中底物的平衡浓度 ,结合吸附前后溶液中底物浓度
的变化计算出 MIP与 BP对底物的结合量 Q。
1.4　聚合物形貌表征
扫描电子显微镜 (JSM-6701F,日本电子公司)
分析聚合物微球的粒径大小和微球的表面形态 。
2　结果与讨论
2.1　聚合物的形貌
图 1为印迹聚合物(模板分子与功能单体物质
的量比为 1∶10)和空白聚合物的扫描电镜图。从图
1可以清楚看到 ,印迹聚合物微球的粒径分布窄且
粒径较小 ,平均粒径为 200nm,而空白聚合物的微球
粒径分布也很窄 ,但粒径较大 ,平均粒径为 2μm。
印迹聚合物的粒径小于空白聚合物 ,推测是由于模
板分子拥有大量的酚羟基 ,可能对聚合反应产生抑
制作用 。从表 1中聚合物的产率可知 ,随着模板分
子加入量的增加 ,印迹聚合物 (MIP)的产率逐渐减
小 ,而空白聚合物(BP)的产率则基本没有变化 ,且
均高于印迹聚合物的产率 ,表明模板分子对聚合反
应确实有抑制作用。此外模板分子的加入使反应体
系极性增大 ,印迹聚合物在反应体系中的溶解度降
低 ,过早的从反应体系中沉淀出来 ,这是印迹聚合物
微球粒径小于空白聚合物粒径的另一原因 [ 14] 。这
两种作用中 ,模板剂对溶剂极性的影响比阻聚影响
应该更大一些 ,因为 n安石榴甙 /n丙烯酰胺 =1∶20和 2∶20
得到的粒径结果几乎一致。
图 1　印迹聚合物和空白聚合物的扫描电镜图
Fig.1　SEMmicrographsofimprintedpolymers
andblankpolymers
表 1　安石榴甙与丙烯酰胺不同物质的量比下制备
聚合物的各组分用量与产率
Table1　Theresultsofmolecularlyimprintedandblankpoly-
mersusingdiferentmolarratiosofpunicalaginand
acrylamide
n安石榴甙 /n丙烯酰胺 聚合物 产率%
1∶20 MIP 76.1
— BP 82.6
2∶20 MIP 71.2
— BP 82.2
4∶20 MIP 41.4
— BP 82.0
·73·第 1期　　　　　　　　　　　张　笑等:安石榴甙分子印迹聚合物微球的制备及识别性能
2.2　模板分子与功能单体的配比对吸附量的影响
制备分子印迹聚合物时 ,模板分子与功能单体
的用料比会对聚合物的性能产生影响 。增加功能单
体的用量 ,会使模板分子和单体的预组装更加充分 ,
但不是比例越大越好 ,如果单体用量过大 ,会使得单
体自身发生缔合 ,影响印迹聚合物的合成 ,导致特异
性结合位点减少 ,还有可能因单体自缔合而产生非
特异性的结合位点。模板分子与功能单体的物质的
量配比对吸附量的影响见图 2。可以看到当 n安石榴甙∶
n丙烯酰胺 =1∶10时 ,吸附量最大 ,表明该条件下合成
的 MIP性能较好。
图 2　安石榴甙 /丙烯酰胺的物质的量配比对吸附量的影响
Fig.2　Efectofmolarratioofpunicalagin/
acrylamideonadsorption
2.3　聚合物的等温吸附
聚合物对安石榴甙分子的等温吸附如图 3所
示 。可以看到 ,在相同的初始浓度下 , MIP和 BP相
比 ,具有更高的吸附量 ,而且随着浓度增大 , MIP吸
附量也显著增大 ,而 BP吸附量则随浓度的变化不
大 。推测 MIP对安石榴甙具有特异性吸附 ,而 BP
对安石榴甙的吸附只是一种非特异性吸附 。
2.4　Scatchard分析
在分子印迹技术中常采用 Scatchard模型来评
价 MIP的结合特性 [ 15] :Q/c=(Qmax-Q)/Kd,式中
Kd为结合位点的平衡离解常数 , Qmax为结合位点的
最大表观结合量(μmol/g), c为吸附达到平衡后安
石榴甙的游离浓度(mmol/L), Q为聚合物对安石榴
甙的吸附量(μmol/g)。以 Q/c对 Q作图(图 4)可
见 ,对于 MIP来说 , Q/c对 Q明显是非线性关系 ,说
明 MIP对安石榴甙的结合位点是不等价的 ,但 MIP
的 Scatchard曲线的两部分却呈现很好的线性关系 ,
推测 MIP存在有两类不同的吸附。而 BP的 Scat-
图 3　聚合物的吸附等温曲线
Fig.3　Plotoftheadsorptionofpunicalaginfordifferent
initialconcentrationsofpunicalagin
chard曲线是线性关系 ,说明只存在一种类型的吸
附。由图 4中 MIP的两段直线的截距和斜率可以
得到:Kd1 =0.414mmol/L和 Kd2 =5.10mmol/L,结
合位点的最大表观结合量分别为 Qmax1 =35.1μmol/
g和 Qmax2 =243μmol/g;而由图 4中 BP的直线的截
距和斜率可以得到:Kd3 =0.358mmol/L,结合位点
图 4　聚合物的 Scatchard曲线
Fig.4　Scatchardplotanalysisofthebinding
affinityofthepolymers
的最大表观结合量为 Qmax3 =25.3μmol/g。很明显 ,
Qmax2 >Qmax1 >Qmax3。空白聚合物的的 Qmax3是由非
特异性吸附造成的 ,印迹聚合物的 Qmax1和 Qmax2由非
特性吸附和特异性吸附共同造成的结果 ,其中 Qmax1
是以非特异性吸附为主 , Qmax2是以特异性吸附为主 ,
随着印迹聚合物吸附量的增大 ,特异性吸附在吸附
过程中逐渐起主导作用 。由此可知印迹聚合物具有
很大的特异性吸附 ,而空白聚合物则没有特异性吸
附 ,同时也证明 ,印迹聚合物对模板分子的吸附量大
于空白聚合物的吸附量 ,是由印迹聚合物的特异性
·74· 北京化工大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　2011年
吸附而非聚合物微球的比表面积决定 。
2.5　聚合物的选择性吸附
为了考察印迹聚合物的选择性吸附 ,采用双酚-
A作为参照物与安石榴甙进行比较 。因为酚羟基是
安石榴甙的主要功能基团 ,而双酚-A具有的酚羟基
同安石榴甙类似 ,以此作为对印迹聚合物的选择性
吸附的初步探索 。双酚-A如若与该分子印迹聚合
物的识别位点发生作用 ,应该同安石榴甙类似 。印
迹聚合物对两者的吸附实验测定结果如图 5所示 ,
印迹聚合物对安石榴甙的吸附量高于对双酚 -A的
吸附量 。由于印迹聚合物的选择性吸附是由识别位
点和空穴两者决定 ,而双酚 -A的功能基团同安石榴
甙类似 ,但分子体积小于安石榴甙的分子体积 ,其立
体构象与印迹聚合物中的空穴无法吻合 ,印迹聚合
物对双酚-A不具有特异性吸附 ,从而导致了两者的
吸附量差异 ,以此证明了印迹聚合物对模板分子的
选择性吸附 。
图 5　印迹聚合物对不同底物的吸附图
Fig.5　Adsorptionofthediferentsubstrates
ontheimprintedpolymer
3　结论
以安石榴甙为模板分子 ,以丙烯酰胺为功能单
体 , EGDMA为交联剂 , AIBN为引发剂 , 乙腈为溶
剂 ,采用沉淀聚合制备出安石榴甙分子印迹聚合物
微球。在模板分子与功能单体摩尔比为 1∶10的情
况下合成出的 MIPs对模板分子具有更好的吸附效
果 ,在研究浓度范围内 , MIPs具有良好的特异性选
择吸附能力 ,其最大吸附量为 32.6μmol/g。
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Preparationofmolecularlyimprintedmicrospheresand
theirrecognitionpropertiesforpunicalagin
ZHANGXiao　FUZhiFeng　SHIYan　DONGZhiJiao
(ColegeofMaterialsScienceandEngineering, BeijingUniversityofChemicalTechnology, Beijing100029, China)
Abstract:Molecularlyimprintedpolymers(MIPs)forrecognitionofpunicalaginwerepreparedbyprecipitation
polymerizationusingpunicalaginastemplate, acrylamide(AM)asthefunctionalmonomer, ethylenedimethacry-
late(EDMA)asthecross-linker, azoisobutyronitrile(AIBN)astheinitiatorandacetonitrileasthesolvent.The
MIPspreparedformedsphericalbeadswithnanometersizes.Theresultsofequilibriumadsorptionexperiments
showedthattheMIPshadahighafinitytothetemplateincomparisonwiththeblankpolymers(BPs), andthemax
adsorptionofMIPswas32.6μmol/gunderthestudiedconcentration;Scatchardanalysisshowedthattwokindsof
bindingsiteswereformedintheMIPsandonekindofbindingsiteintheBps, theapparentmaximumbindingca-
pacitywas243μmol/g, whilstfortheBps, theapparentmaximumbindingcapacitywere25.3μmol/g;theselec-
tivebindingexperimentshowedthattheMIPshadhigherselectivityandafinity.
Keywords:punicalagin;microsphere;molecularimprinting;precipitationpolymerization
·76· 北京化工大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　2011年