桿菌-酵母菌表面分子印跡聚合物的制備及其選擇性吸附-分離環(huán)丙沙星的研究.pdf

1、以環(huán)丙沙星為代表的喹諾酮類(Fluoroquinolone)抗生素具有廣譜抗菌活性，在臨床上被廣泛用于治療腸道、呼吸道、皮膚軟組織等感染。但常因不合理使用及濫用，導(dǎo)致大量的抗生素殘留通過人類和動物的排泄進(jìn)入到水體和土壤中，人體攝入后可能會產(chǎn)生腹瀉、惡心、過敏、關(guān)節(jié)病變等不良反應(yīng)。由于喹諾酮類抗生素殘留以痕量形式存在于復(fù)雜基體中，一般的處理方法難以將其靶向分離及定量檢測，因此亟需研究并建立一種高效快速的方法來分離富集環(huán)境中的諾酮類抗生素殘

2、留。
　　利用分子印跡技術(shù)(MIT)制備的分子印跡聚合物(MIPs)是一種對目標(biāo)分子具有特異親和性的高分子材料，因其選擇性能好、吸附容量高，已被廣泛用于傳感器、固相萃取、分子識別、藥物傳輸?shù)阮I(lǐng)域。表面分子印跡技術(shù)(SMIT)將活性位點(diǎn)附著在基質(zhì)材料的表面，克服了傳統(tǒng)分子印跡技術(shù)中模板分子去除不完全、傳質(zhì)速率慢和吸附容量低等缺陷。菌類微生物材料具有傳統(tǒng)基質(zhì)材料無可比擬的優(yōu)勢，如:來源易得、價(jià)格低廉、與有機(jī)高分子兼容性好等，已成為理想

3、的表面印跡基質(zhì)材料。
　　本工作選取環(huán)丙沙星(CIP)為研究對象，酵母菌和桿菌為微生物類基質(zhì)載體，結(jié)合沉淀聚合和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)技術(shù)，制備了基于酵母菌/桿菌表面分子印跡聚合物，研究了其對CIP的吸附和選擇性分離行為。詳細(xì)工作如下:
　　(1)在乙腈/水的混合溶液中，以丙烯酰胺(AM)為功能單體，與模板分子CIP發(fā)生作用形成預(yù)聚體系，加入交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)，在偶氮二異丁腈(AIBN)的引發(fā)下

4、，利用沉淀聚合法制備了酵母菌表面分子印跡聚合物(MIPs)。通過調(diào)節(jié)酵母菌添加量和乙腈和水的體積比，對反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明當(dāng)酵母菌用量為0.15 g，乙腈∶水=4∶1(v/v)時(shí)，MIPs對CIP有特異性識別能力，吸附性能良好且能多次循環(huán)使用。
　　(2)培養(yǎng)并制備了芽孢桿菌(bacillus)，利用桿菌表面豐富的活性基團(tuán)的優(yōu)點(diǎn)，制備了ATRP引發(fā)劑桿菌接溴材料(bacillus@Br)，以CIP為模板分子、4-乙烯基

5、吡啶（4-VP）為功能單體、EGDMA為交聯(lián)劑、溴化亞銅(CuBr)為催化劑、N，N，N'，N"，N"-五甲基二乙烯三胺(PMDETA)為配位劑，在50℃下氮?dú)獗Ｗo(hù)中利用ATRP技術(shù)在甲醇/水混合溶液(9∶1，v/v)中制備桿菌表面分子印跡聚合物(BMIPs)。在298 K下，BMIPs和BNIPs對的最大平衡吸附容量分別為29.81 mg/g和18.90 mg/g。BMIPs吸附CIP的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更適應(yīng)于Langmuir模型及準(zhǔn)二級動力

6、學(xué)方程。此外，BMIPs用于實(shí)際樣品檢測和吸附-解析實(shí)驗(yàn)，表現(xiàn)出較好的回收率和良好的再生性。
　　(3)首先通過在酵母菌表面引入Br元素，制備ATRP引發(fā)劑酵母菌接溴材料(yeast@Br)，然后分別以CIP為模板分子、甲基丙烯酸(MAA)為功能單體、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)為輔助功能單體、EGDMA為交聯(lián)劑，CuBr為催化劑、PMDETA為配位劑，在常溫25℃下氮?dú)獗Ｗo(hù)中采用原子轉(zhuǎn)移自由基乳液聚合法（ATREP），在吐溫-2

7、0和水的混合溶液(1∶50，v/v)中制備酵母菌表面分子印跡聚合物(YMIPs)。YMIPs對CIP的吸附可在60 min內(nèi)達(dá)到吸附平衡，最大平衡吸附量為18.71 mg/g。YMIPs對CIP相對于恩諾沙星(ENR)、四環(huán)素(TC)、磺胺二甲嘧啶(SMZ)的選擇性系數(shù)分別為1.212、2.002和10.65，顯示出較高的特異性識別能力。經(jīng)過4次循環(huán)吸附-解析實(shí)驗(yàn)后，YMIPs對CIP的吸附量的損失率約為8.52％。另外，利用YMIPs