一種可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑及其製備方法和應用的製作方法

2023-08-14 02:02:06

專利名稱：一種可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於材料製備及環境汙染治理的技術領域，涉及磁性酵母菌表面印跡聚合物及其製備方法領域，尤其涉及一種可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑及其製備方法和應用。
背景技術：
頭孢菌素，包括頭孢氨苄，是一種P -內醯胺類抗菌素，被廣泛用於治療呼吸道感染、前列腺炎、尿道感染、皮膚和軟組織感染。自從70年前，3 -內醯胺類抗菌藥物為最廣泛使用的抗菌藥物之一，並且廣泛應用的抗生素的環境暴露提高了人們的關注。長期暴露·於￠-內醯胺類抗菌藥物下已被證實可引起敏感的個體的過敏和有毒反應，並促進細菌傳播，這對公眾健康造成潛在的威脅。所以，分離去除環境中的抗生素類藥物已是擺在我們面前刻不容緩的問題。分子印跡技術是指印跡分子先與功能單體反應形成複合物，然後在交聯劑的存在下，聚合生成高度交聯的剛性高分子聚合物，之後除去印跡分子，在聚合物的網絡結構中留下具有特定結合能力的官能基團，可作為分子受體在眾多印跡分子結構類似物中選擇性地識別印跡分子。傳統的印跡技術製備方法有一些缺點，如低的結合能和動力學速率，分別是由印跡聚合物的破碎和模板分子從厚的矩陣中擴散的障礙引起的。表面分子印跡技術可有效地克服這些缺點，並在材料的表面或接近表面處產生特定的結合位點。原子轉移自由基聚合是一種可控/活性自由基聚合，是以低價態過渡金屬配合物作為催化劑的活性可控聚合，它通過增長鏈自由基活性種與休眠種之間發生快速的可逆反應來控制體系的自由基濃度，從而實現分子量及其分布的控制，是製備具有精確末端官能團、預期分子量和預期鏈結構聚合物的新技術。表面引發原子轉移自由基聚合可以確保共價鍵交聯聚合物的製備，確保自由基聚合引發劑嫁接到支架材料上。作為一種典型的活性可控自由基聚合，原子轉移自由基聚合已被應用到表面分子印跡技術，使聚合物接枝到不同的印跡支架材料表面上，例如矽膠、金、納米膜和石墨等。酵母菌是一種很重要的很受關注的群體微生物之一。與上述印跡支架材料相比，酵母菌可降低合成材料的成本以及提高材料的相容性，具有成本低、容易獲得和細胞壁含有豐富的活性官能團等優點。為了便於吸附劑的分離，將一些磁性元素加入到分子印跡聚合物中，所得的磁性分子印跡聚合物(MMIPs)，可以用磁性分離這種方便、經濟的方法來代替離心和過濾步驟。目前，將金屬氧化物固定在酵母菌或用高分子材料包覆在酵母菌外圍製備磁性複合材料，再利用原子轉移自由基聚合方法，在磁性複合材料表面印跡獲得的磁性印跡聚合吸附劑的研究尚未有報導。近期，發明人將磁性Y-Fe2O3固載在酵母菌表面，隨後在其磁性複合材料表面實施印跡聚合過程
發明內容
本發明利用交聯的殼聚糖將納米Y-Fe2O3粒子包覆在酵母菌表面上，獲得磁性酵母菌複合材料；在磁性酵母菌複合材料表面改性，獲得磁性酵母菌複合材料引發劑；隨後通過原子轉移自由基聚合過程，以頭孢氨苄為模板分子，甲基丙烯酸(MAA)為功能單體，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯(EGDMA)為交聯單體，氯化亞銅(CuCl)為催化劑，製備酵母菌磁性複合材料表面印跡吸附劑，並將吸附劑用於水溶液中頭孢氨苄的選擇性識別和分離。本發明採用的技術方案是( I)磁性酵母菌複合材料的製備其製備步驟包括步驟A.常溫下將酵母菌分散在飽和氯化鈉水溶液中，酵母菌與飽和氯化鈉水溶液的質量與體積比為Ig (5-25)mL，攪拌30min形成酵母菌溶液；
·
步驟B.以18:(35飛0)1^的比例稱取殼聚糖分散於0.111101/1醋酸溶液中，攪拌30min形成殼聚糖膠狀液；步驟C.將所述的酵母菌溶液加入到所述的殼聚糖膠狀液中，酵母菌與殼聚糖的質量比為I :0. 5 2，隨後加入與酵母菌質量比為0. f 0.5:1的Y-Fe2O3，攪拌1.5h後，加入體積比為20:0. 5^2的石蠟油和司班-80，其中石蠟油與酵母菌的體積與質量比為(10(Tl80mL) : Ig,乳化2(T40min後，滴加與石蠟油體積比為(0. I I. 5) :25的25%(v/v)戊二醛交聯劑，在35飛(TC下發生交聯反應，r2. 5h ；步驟D.用 I. Omol L—1 的 NH3 H2O 調反應液 pH 值至 9. (TlO，在 60-75 °C 反應0. 5^1. 5h，產生的棕色沉澱用永磁鐵收集，並用正己烷、甲醇和雙重蒸餾水洗4飛次後，在5(T70°C條件下烘乾，製得磁性酵母菌複合材料。(2)磁性酵母菌複合材料引發劑的製備其製備步驟包括步驟A.將上述步驟製得的磁性酵母菌複合材料分散在體積比為(2(T40) : I的四氫呋喃和無水三乙胺混合溶液中，其中磁性酵母菌複合材料與無水三乙胺的質量與體積比為(0. 5-2)g:l mL，在冰浴中通氮氣排空氧氣處理；步驟B.在上述步驟A所述的溶液中逐滴加入與無水三乙胺體積比為0.6 2. 5:1的異丁醯溴，室溫反應l(Tl5h，得到的磁性酵母菌引發劑用乙醇和蒸餾水洗3飛次，25 45 °C真空烘乾。(3)酵母菌磁性複合材料表面印跡吸附劑(MMIPs)的製備其製備步驟包括步驟A.將頭孢氨苄和甲基丙烯酸按質量與體積比為(0. 5^2. 5)g :4mL加入到體積比為1(T15:2的甲醇和去離子水的混合液中，其中甲基丙烯酸與去離子水的體積比為1:5 15，混合溶液通氮氣存儲I. 5h，形成預組裝溶液；步驟B.將質量與體積比為I. Og: (3飛)mL的上述步驟製得的磁性酵母菌複合材料引發劑和乙二醇二(甲基丙烯酸)酯加入到所述預組裝溶液中，其中乙二醇二(甲基丙烯酸)酯與甲基丙烯酸的體積比為5 16:1，在氮氣氣氛下攪拌30min，加入與乙二醇二(甲基丙烯酸)酯體積比為1:11(T150的五甲基二乙烯三胺，隨後快速加入氯化亞銅，氯化亞銅與五甲基二乙烯三胺的物質的量的比為0. 5 2:1，在氮氣保護下攪拌6 10h，獲得的產物用永磁鐵收集，乙醇和蒸餾水清洗三次；
步驟C.將上述步驟B中獲得的產物用索式提取5(T60h，以體積比為75 95 20的甲醇和醋酸混合液做提取液，脫除模板分子頭孢氨苄，在5(T60°C下真空乾燥。本發明中所述的酵母菌為釀酒酵母菌，其拉丁文名稱為SaccharomycesCerevisiae,購自安琪酵母股份有限公司。對應的磁性非印跡吸附劑(MNIPs)製備方法與上述相同，但不加模板分子頭孢氨節。按照上述方法製備而成的可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑，對頭孢氨苄具有吸附性、選擇性識別和富集性能，且對外加磁場具有超順磁性。這種可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑的應用，可將製得的吸附劑應用於水溶液中頭孢氨苄的選擇性識別和分離。·利用本發明採用表面原子轉移分子印跡技術製備出的具有選擇性識別作用的磁性印跡聚合物，對頭孢氨苄具有很好的吸附性能、選擇性識別和富集性能，而且對外加磁場表現出良好的超順磁性。有益效果由於印跡發生在磁性酵母菌複合材料表面，避免了部分模板分子因包埋過深而無法洗脫的問題，獲得的印跡吸附劑機械強度高，識別點不易破壞，大大地降低了非特異性吸附，此外，表面官能團比較豐富的酵母菌價格便宜，無毒，易獲得，以及具有很好的生物相容性；利用原子轉移自由基聚合反應合成的磁性表面分子印跡聚合物，自由基反應具有活性高，反應迅速、反應中副產物較少、所預測反應方向重現性好、產率高；通過一系列的吸附實驗可證明磁性分子印跡對模板分子即頭孢氨苄有很好的選擇識別性能。


圖I為實施例I中的磁性酵母菌(a)，磁性酵母菌-Br (b)和麗IPs (c)的紅外譜圖；圖2為實施例I中的酵母菌(a)、磁性酵母菌(b)和麗IPs (C)的掃描電鏡圖；圖3為實施例I中的磁性酵母菌(a)，MMIPs (b)和MNIPs (c)的熱重分析(TGA)；圖4為實施例I中磁性酵母菌和MMIPs的磁滯回線(a)，磁性分離前後的圖片(b)和不同pH值條件的磁穩定性圖示(c)。
具體實施例方式下面結合具體實施實例對本發明做進一步說明。實施例I :( I)磁性酵母菌複合材料的製備步驟A.常溫下將酵母菌分散在飽和氯化鈉水溶液中，酵母菌與飽和氯化鈉水溶液的質量與體積比為lg:5mL,機械攪拌30min後形成酵母菌溶液；步驟B.按lg:35mL的比例稱取殼聚糖分散於0. lmol/L醋酸溶液中，機械攪拌0. 5h，形成殼聚糖膠狀液；步驟C.將所述的酵母菌溶液加入到所述的殼聚糖膠狀液中，酵母菌與殼聚糖的質量比為1:0. 5(g)，隨後加入與酵母菌質量比為0. l:l(g)的Y-Fe2O3，攪拌I. 5h後，加入體積比為20:0. 5 (mL)的石蠟油和司班-80，其中石蠟油與酵母菌的體積與質量比為100mL:lg，乳化20min後，滴加與石蠟油體積比為0. 1:25 (mL)的25%(v/v)戊二醛交聯劑，在35°C下發生交聯反應Ih;步驟D.用I. Omol L—1的NH3 *H20調反應液pH值至9. (TlO，繼續在60°C反應0. 5h，產生的棕色沉澱用永磁鐵收集，並用正己烷、甲醇和雙重蒸餾水洗4飛次後，在50°C條件下烘乾。(2)磁性酵母菌複合材料引發劑的製備其製備步驟包括步驟A.將上述步驟製得的磁性酵母菌複合材料分散在體積比為20:1 (mL)的四氫呋喃和無水三乙胺混合溶液中，其中磁性酵母菌複合材料與無水三乙胺的質量與體積比為
0.5g: lmL，在冰浴中通氮氣排空氧氣；
·
步驟B.在上述步驟A所述的溶液中逐滴加入與無水三乙胺體積比為0. 6:1 (mL)的異丁醯溴，室溫反應I0h，得到的磁性酵母菌複合材料引發劑用乙醇和蒸餾水洗:T5次，25 °C真空烘乾。(3)酵母菌磁性複合材料表面印跡吸附劑(MMIPs)的製備其製備步驟包括步驟A.將頭孢氨苄和甲基丙烯酸按質量與體積比為0.5g:4mL加入到體積比為10:2(mL)的甲醇和去離子水的混合液中，其中甲基丙烯酸與去離子水的體積比為
I 5 (mL)，混合溶液通氮氣存儲I. 5h，形成預組裝溶液；步驟B.將質量與體積比為I. 0g:3mL的帶有引發劑的磁性酵母菌複合材料和乙二醇二(甲基丙烯酸)酯加入到上述預組裝溶液中，其中乙二醇二(甲基丙烯酸)酯與甲基丙烯酸的體積比為5:l(mL)，在氮氣氣氛下攪拌30min，加入與乙二醇二(甲基丙烯酸)酯體積比為l:110(mL)的五甲基二乙烯三胺，隨後快速加入氯化亞銅，氯化亞銅與五甲基二乙烯三胺的物質的量的比為0. 5:1 (mmol)，在氮氣保護下攪拌6h，獲得的產物用永磁鐵收集，乙醇和蒸餾水清洗三次；步驟C.將上述步驟B中獲得的產物用甲醇和醋酸的混合液為提取液索式提取50h,甲醇和醋酸體積比為75:20 (mL)，脫除模板分子頭孢氨苄，在50°C下真空乾燥。對應的磁性非印跡吸附劑(MNIPs)製備方法與上述相同，但不加模板分子頭孢氨節。實施例2 (I)磁性酵母菌複合材料的製備步驟A.常溫下將酵母菌分散在飽和氯化鈉水溶液中，酵母菌與飽和氯化鈉水溶液的質量與體積比為lg:25mL，機械攪拌30min後形成酵母菌溶液；步驟B.按lg: 60mL的比例稱取殼聚糖分散於0. lmol/L醋酸中，機械攪拌0. 5h,形成殼聚糖膠狀液；步驟C.將所述的酵母菌溶液加入到所述的殼聚糖的膠狀液中，酵母菌與殼聚糖的質量比為l:2(g)，隨後加入與酵母菌質量比為0. 5:l(g)的Y-Fe2O3，攪拌I. 5h後，加入體積比為20:2(mL)的石蠟油和司班-80，其中石蠟油與酵母菌的體積與質量比為180mL: Ig,乳化40min後，滴加與石臘油體積比為I. 5:25(mL)的25%(v/v)戍二醒交聯劑，在50°C下發生交聯反應2. 5h；
步驟D.用I. Omol L—1的NH3 H2O調反應液的pH值至9. (TlO，繼續在75°C反應
I.5h，產生的棕色沉澱用永磁體收集，並用正己烷、甲醇和雙重蒸餾水洗4飛次後，在70°C條件下烘乾。(2)磁性酵母菌複合材料引發劑的製備其製備步驟包括步驟A.將上述步驟製得的磁性酵母菌複合材料分散在體積比為40:1 (mL)的四氫呋喃和無水三乙胺混合溶液中，其中磁性酵母菌複合材料與無水三乙胺的質量與體積比為2g:lmL，在冰浴中通氮氣排空氧氣；步驟B.在上述步驟A所述的溶液中逐滴加入與無水三乙胺體積比為2. 5:1 (mL)的異丁醯溴，室溫反應15h，得到的磁性酵母菌引發劑用乙醇和蒸餾水洗3飛次，45°C真空·烘乾。(3)酵母菌磁性複合材料表面印跡吸附劑(MMIPs)的製備其製備步驟包括步驟A.將頭孢氨苄和甲基丙烯酸按質量與體積比為2.5g:4mL加入到體積比為15:2(mL)的甲醇和去離子水的混合液中，其中甲基丙烯酸與去離子水的體積比為1:15 (mL)，混合溶液通氮氣存儲I. 5h，形成預組裝溶液；步驟B.將質量與體積比為I. 0g:5mL的磁性酵母菌引發劑和乙二醇二(甲基丙烯酸)酯加入到上述預組裝溶液中，其中乙二醇二(甲基丙烯酸)酯與甲基丙烯酸的體積比為16:l(mL)，在氮氣氣氛下攪拌30min，加入與乙二醇二(甲基丙烯酸)酯體積比為l150(mL)的五甲基二乙烯三胺，隨後快速加入氯化亞銅，氯化亞銅與五甲基二乙烯三胺的物質的量的比為2:1，在氮氣保護下攪拌10h，獲得的產物用永磁鐵收集，乙醇和蒸餾水清洗三次；步驟C.將上述步驟B中獲得的產物用甲醇和醋酸的混合液為提取液索式提取60h，甲醇和醋酸體積比為95:20 (mL)，脫除模板分子頭孢氨苄，在60°C下真空乾燥。對應的磁性非印跡吸附劑(MNIPs)製備方法與上述相同,但不加模板分子頭孢氨節。試驗例I :取IOml 初始濃度為 5mg/l、10mg/l、20mg/l、30mg/l、50mg/l、80mg/l、100mg/l、150mg/l和200mg/l的頭孢氨節溶液分別加入九個比色管中，加入IOmg實施例2製備的磁性印跡吸附劑，另取IOml上述九個濃度的頭孢氨苄溶液分別加入九個比色管中，分別加入IOmg實施例2製備的磁性非印跡吸附劑，把所有測試液放在25°C的水浴中靜置12h後，用永久磁鐵分離，未吸附的頭孢氨苄分子濃度用紫外可見光譜測定，並根據結果計算出吸附容量，磁性印跡吸附劑和磁性非印跡吸附劑的飽和吸附容量分別為34. 67mg/g和15. 02mg/g，結果表明，磁性印跡吸附劑的飽和吸附容量遠高於磁性非印跡吸附劑，磁性印跡吸附劑對頭孢氨苄的吸附效果明顯，主要是因為磁性印跡吸附劑對印跡分子有良好的特異性。試驗例2 取IOml初始濃度為100mg/l頭孢氨苄溶液加入到比色管中，分別加入實施例2製備的IOmg印跡和非印跡吸附劑，把測試液放在25°C的水浴中分別靜置5、10、20、30、45、60、120和180min，靜置時間完成後用永久磁鐵分離，用紫外可見光譜測定上層清液中未吸附的頭孢氨苄分子濃度，並根據結果計算出吸附容量進而分別根據準一級動力學方程(I)和準二級動力學方程(2)計算理論平衡吸附容量。
權利要求
1.一種可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑的製備方法，包括先利用交聯的殼聚糖將納米Y -Fe2O3粒子包覆在酵母菌表面製成磁性酵母菌複合材料，然後將其改性為磁性酵母菌複合材料引發劑，最後以頭孢氨苄為模板分子，甲基丙烯酸為功能單體，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯為交聯單體，氯化亞銅為催化劑以原子轉移自由基聚合完成製備，其特徵在於 所述的磁性酵母菌複合材料的製備步驟包括 步驟A.將酵母菌分散在飽和氯化鈉水溶液中，酵母菌與飽和氯化鈉水溶液的質量與體積比為I g (5-25 )mL,攪拌30 min形成酵母菌溶液； 步驟B.以I g:(35飛0) mL的比例稱取殼聚糖分散於0. lmol/L醋酸溶液中，攪拌30min形成殼聚糖膠狀液； 步驟C.將所述的酵母菌溶液加入到所述的殼聚糖膠狀液中，酵母菌與殼聚糖的質量比為I :0. 5 2，加入與酵母菌質量比為0. ro. 5 :1的Y-Fe2O3，攪拌I. 5 h後，加入體積比為20 :0. 5^2的石蠟油和司班-80，其中石蠟油與酵母菌的體積與質量比為(10(Tl80 )mL Ig，乳化20 40 min後，滴加與石蠟油體積比為0. I I. 5 :25的25%(v/v)戊二醛交聯劑，在溫度35 50°C下反應I 2. 5 h ； 步驟D.用I. Omol L—1的NH3 *H20調反應液pH值至9. (T10，在6(T75°C下反應0. 5 I. 5h，產生的棕色沉澱用永磁鐵收集，並用正己烷、甲醇和雙重蒸餾水洗4飛次後，在5(T70°C下烘乾製得磁性酵母菌複合材料； 所述的磁性酵母菌複合材料引發劑製備步驟包括 步驟A.將上述步驟製得的磁性酵母菌複合材料分散在體積比為2(T40 1的四氫呋喃和無水三乙胺混合溶液中，所述的磁性酵母菌複合材料與無水三乙胺的質量與體積比為(0. 5-2 ) g 1 mL,冰浴中通氮排氧處理； 步驟B.在上述步驟A所述的溶液中逐滴加入與無水三乙胺體積比為0. 6^2. 5 1的異丁醯溴，室溫反應1(T15 h，得到的磁性酵母菌複合材料引發劑用乙醇和蒸餾水洗3飛次，25 45 °C真空烘乾。
2.一種如權利要求I所述的可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑的製備方法，其特徵在於包括如下步驟 步驟A.將頭孢氨苄和甲基丙烯酸按質量與體積比為(0.5 2. 5) g:4mL加入到體積比為1(T15 2的甲醇和去離子水的混合液中，其中甲基丙烯酸與去離子水的體積比為I:5 15，混合溶液通氮氣存儲I. 5 h，形成預組裝溶液； 步驟B.將質量與體積比為1.0 g: (3飛)mL的上述步驟製得的磁性酵母菌複合材料引發劑和乙二醇二(甲基丙烯酸)酯加入到所述預組裝溶液中，其中乙二醇二(甲基丙烯酸)酯與甲基丙烯酸的體積比為5 16: 1，在氮氣氣氛下攪拌30min，加入與乙二醇二(甲基丙烯酸)酯體積比為I: 110^150的五甲基二乙烯三胺，隨後快速加入氯化亞銅，氯化亞銅與五甲基二乙烯三胺的物質的量的比為0.5 2: 1，在氮氣保護下攪拌6 10 h，獲得的產物用永磁鐵收集，乙醇和蒸餾水清洗三次； 步驟C.將上述步驟B中獲得的產物用索式提取5(T60 h，以體積比為75、5 :20的甲醇和醋酸混合液做提取液，脫除模板分子頭孢氨苄，在5(T60°C下真空乾燥。
3.根據權利要求I所述的可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑的製備方法，其特徵在於所述的酵母菌為釀酒酵母菌(Saccharomyces Cerevisiae)。
4.一種根據權利要求I所述的可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑的製備方法製備而成的可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑，其特徵在於所述的吸附劑對頭孢氨苄具有吸附性、選擇性識別和富集性能，且對外加磁場具有超順磁性。
5.一種根據權利要求4所述的可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑的應用，其特徵在於可將製得的吸附劑應用於水溶液中頭孢氨苄的選擇性識別和分離。
全文摘要
本發明涉及一種可選擇性分離頭孢氨苄的磁性酵母菌表面印跡吸附劑及其製備方法和應用，屬於材料製備及環境汙染治理的技術領域。本發明先利用交聯的殼聚糖將納米γ-Fe2O3粒子包覆在酵母菌表面製成磁性酵母菌複合材料，然後將其表面改性為帶有引發劑的磁性酵母菌複合材料，最後以頭孢氨苄為模板分子，甲基丙稀酸為功能單體，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯為交聯單體，氯化亞銅為催化劑以原子轉移自由基聚合完成製備，製得的吸附劑對頭孢氨苄具有吸附性、選擇性識別和富集性能，且對外加磁場具有超順磁性，可將其應用於水溶液中頭孢氨苄的選擇性識別和分離。
文檔編號C08F292/00GK102784627SQ20121028178
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月8日 優先權日2012年8月8日
發明者衛瀟, 戴江棟, 李秀秀, 潘建明, 閆永勝 申請人:江蘇大學