专利名称：一种可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂及其制备方法和应用的利记博彩app
技术领域：
本发明属于材料制备及环境污染治理的技术领域，涉及磁性酵母菌表面印迹聚合物及其制备方法领域，尤其涉及一种可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术：
头孢菌素，包括头孢氨苄，是一种P -内酰胺类抗菌素，被广泛用于治疗呼吸道感染、前列腺炎、尿道感染、皮肤和软组织感染。自从70年前，3 -内酰胺类抗菌药物为最广泛使用的抗菌药物之一，并且广泛应用的抗生素的环境暴露提高了人们的关注。长期暴露·于￠-内酰胺类抗菌药物下已被证实可引起敏感的个体的过敏和有毒反应，并促进细菌传播，这对公众健康造成潜在的威胁。所以，分离去除环境中的抗生素类药物已是摆在我们面前刻不容缓的问题。分子印迹技术是指印迹分子先与功能单体反应形成复合物，然后在交联剂的存在下，聚合生成高度交联的刚性高分子聚合物，之后除去印迹分子，在聚合物的网络结构中留下具有特定结合能力的官能基团，可作为分子受体在众多印迹分子结构类似物中选择性地识别印迹分子。传统的印迹技术制备方法有一些缺点，如低的结合能和动力学速率，分别是由印迹聚合物的破碎和模板分子从厚的矩阵中扩散的障碍引起的。表面分子印迹技术可有效地克服这些缺点，并在材料的表面或接近表面处产生特定的结合位点。原子转移自由基聚合是一种可控/活性自由基聚合，是以低价态过渡金属配合物作为催化剂的活性可控聚合，它通过增长链自由基活性种与休眠种之间发生快速的可逆反应来控制体系的自由基浓度，从而实现分子量及其分布的控制，是制备具有精确末端官能团、预期分子量和预期链结构聚合物的新技术。表面引发原子转移自由基聚合可以确保共价键交联聚合物的制备，确保自由基聚合引发剂嫁接到支架材料上。作为一种典型的活性可控自由基聚合，原子转移自由基聚合已被应用到表面分子印迹技术，使聚合物接枝到不同的印迹支架材料表面上，例如硅胶、金、纳米膜和石墨等。酵母菌是一种很重要的很受关注的群体微生物之一。与上述印迹支架材料相比，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、容易获得和细胞壁含有丰富的活性官能团等优点。为了便于吸附剂的分离，将一些磁性元素加入到分子印迹聚合物中，所得的磁性分子印迹聚合物(MMIPs)，可以用磁性分离这种方便、经济的方法来代替离心和过滤步骤。目前，将金属氧化物固定在酵母菌或用高分子材料包覆在酵母菌外围制备磁性复合材料，再利用原子转移自由基聚合方法，在磁性复合材料表面印迹获得的磁性印迹聚合吸附剂的研究尚未有报道。近期，发明人将磁性Y-Fe2O3固载在酵母菌表面，随后在其磁性复合材料表面实施印迹聚合过程
发明内容
本发明利用交联的壳聚糖将纳米Y-Fe2O3粒子包覆在酵母菌表面上，获得磁性酵母菌复合材料；在磁性酵母菌复合材料表面改性，获得磁性酵母菌复合材料引发剂；随后通过原子转移自由基聚合过程，以头孢氨苄为模板分子，甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯(EGDMA)为交联单体，氯化亚铜(CuCl)为催化剂，制备酵母菌磁性复合材料表面印迹吸附剂，并将吸附剂用于水溶液中头孢氨苄的选择性识别和分离。本发明采用的技术方案是( I)磁性酵母菌复合材料的制备其制备步骤包括步骤A.常温下将酵母菌分散在饱和氯化钠水溶液中，酵母菌与饱和氯化钠水溶液的质量与体积比为Ig (5-25)mL，搅拌30min形成酵母菌溶液；
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步骤B.以18:(35飞0)1^的比例称取壳聚糖分散于0.111101/1醋酸溶液中，搅拌30min形成壳聚糖胶状液；步骤C.将所述的酵母菌溶液加入到所述的壳聚糖胶状液中，酵母菌与壳聚糖的质量比为I :0. 5 2，随后加入与酵母菌质量比为0. f 0.5:1的Y-Fe2O3，搅拌1.5h后，加入体积比为20:0. 5^2的石蜡油和司班-80，其中石蜡油与酵母菌的体积与质量比为(10(Tl80mL) : Ig,乳化2(T40min后，滴加与石蜡油体积比为(0. I I. 5) :25的25%(v/v)戊二醛交联剂，在35飞(TC下发生交联反应，r2. 5h ；步骤D.用 I. Omol L—1 的 NH3 H2O 调反应液 pH 值至 9. (TlO，在 60-75 °C 反应0. 5^1. 5h，产生的棕色沉淀用永磁铁收集，并用正己烷、甲醇和双重蒸馏水洗4飞次后，在5(T70°C条件下烘干，制得磁性酵母菌复合材料。(2)磁性酵母菌复合材料引发剂的制备其制备步骤包括步骤A.将上述步骤制得的磁性酵母菌复合材料分散在体积比为(2(T40) : I的四氢呋喃和无水三乙胺混合溶液中，其中磁性酵母菌复合材料与无水三乙胺的质量与体积比为(0. 5-2)g:l mL，在冰浴中通氮气排空氧气处理；步骤B.在上述步骤A所述的溶液中逐滴加入与无水三乙胺体积比为0.6 2. 5:1的异丁酰溴，室温反应l(Tl5h，得到的磁性酵母菌引发剂用乙醇和蒸馏水洗3飞次，25 45 °C真空烘干。(3)酵母菌磁性复合材料表面印迹吸附剂(MMIPs)的制备其制备步骤包括步骤A.将头孢氨苄和甲基丙烯酸按质量与体积比为(0. 5^2. 5)g :4mL加入到体积比为1(T15:2的甲醇和去离子水的混合液中，其中甲基丙烯酸与去离子水的体积比为1:5 15，混合溶液通氮气存储I. 5h，形成预组装溶液；步骤B.将质量与体积比为I. Og: (3飞)mL的上述步骤制得的磁性酵母菌复合材料引发剂和乙二醇二(甲基丙烯酸)酯加入到所述预组装溶液中，其中乙二醇二(甲基丙烯酸)酯与甲基丙烯酸的体积比为5 16:1，在氮气气氛下搅拌30min，加入与乙二醇二(甲基丙烯酸)酯体积比为1:11(T150的五甲基二乙烯三胺，随后快速加入氯化亚铜，氯化亚铜与五甲基二乙烯三胺的物质的量的比为0. 5 2:1，在氮气保护下搅拌6 10h，获得的产物用永磁铁收集，乙醇和蒸馏水清洗三次；
步骤C.将上述步骤B中获得的产物用索式提取5(T60h，以体积比为75 95 20的甲醇和醋酸混合液做提取液，脱除模板分子头孢氨苄，在5(T60°C下真空干燥。本发明中所述的酵母菌为酿酒酵母菌，其拉丁文名称为SaccharomycesCerevisiae,购自安琪酵母股份有限公司。对应的磁性非印迹吸附剂(MNIPs)制备方法与上述相同，但不加模板分子头孢氨节。按照上述方法制备而成的可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂，对头孢氨苄具有吸附性、选择性识别和富集性能，且对外加磁场具有超顺磁性。这种可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂的应用，可将制得的吸附剂应用于水溶液中头孢氨苄的选择性识别和分离。·利用本发明采用表面原子转移分子印迹技术制备出的具有选择性识别作用的磁性印迹聚合物，对头孢氨苄具有很好的吸附性能、选择性识别和富集性能，而且对外加磁场表现出良好的超顺磁性。有益效果由于印迹发生在磁性酵母菌复合材料表面，避免了部分模板分子因包埋过深而无法洗脱的问题，获得的印迹吸附剂机械强度高，识别点不易破坏，大大地降低了非特异性吸附，此外，表面官能团比较丰富的酵母菌价格便宜，无毒，易获得，以及具有很好的生物相容性；利用原子转移自由基聚合反应合成的磁性表面分子印迹聚合物，自由基反应具有活性高，反应迅速、反应中副产物较少、所预测反应方向重现性好、产率高；通过一系列的吸附实验可证明磁性分子印迹对模板分子即头孢氨苄有很好的选择识别性能。
图I为实施例I中的磁性酵母菌(a)，磁性酵母菌-Br (b)和丽IPs (c)的红外谱图；图2为实施例I中的酵母菌(a)、磁性酵母菌(b)和丽IPs (C)的扫描电镜图；图3为实施例I中的磁性酵母菌(a)，MMIPs (b)和MNIPs (c)的热重分析(TGA)；图4为实施例I中磁性酵母菌和MMIPs的磁滞回线(a)，磁性分离前后的图片(b)和不同pH值条件的磁稳定性图示(c)。
具体实施例方式下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。实施例I :( I)磁性酵母菌复合材料的制备步骤A.常温下将酵母菌分散在饱和氯化钠水溶液中，酵母菌与饱和氯化钠水溶液的质量与体积比为lg:5mL,机械搅拌30min后形成酵母菌溶液；步骤B.按lg:35mL的比例称取壳聚糖分散于0. lmol/L醋酸溶液中，机械搅拌0. 5h，形成壳聚糖胶状液；步骤C.将所述的酵母菌溶液加入到所述的壳聚糖胶状液中，酵母菌与壳聚糖的质量比为1:0. 5(g)，随后加入与酵母菌质量比为0. l:l(g)的Y-Fe2O3，搅拌I. 5h后，加入体积比为20:0. 5 (mL)的石蜡油和司班-80，其中石蜡油与酵母菌的体积与质量比为100mL:lg，乳化20min后，滴加与石蜡油体积比为0. 1:25 (mL)的25%(v/v)戊二醛交联剂，在35°C下发生交联反应Ih;步骤D.用I. Omol L—1的NH3 *H20调反应液pH值至9. (TlO，继续在60°C反应0. 5h，产生的棕色沉淀用永磁铁收集，并用正己烷、甲醇和双重蒸馏水洗4飞次后，在50°C条件下烘干。(2)磁性酵母菌复合材料引发剂的制备其制备步骤包括步骤A.将上述步骤制得的磁性酵母菌复合材料分散在体积比为20:1 (mL)的四氢呋喃和无水三乙胺混合溶液中，其中磁性酵母菌复合材料与无水三乙胺的质量与体积比为
0.5g: lmL，在冰浴中通氮气排空氧气；
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步骤B.在上述步骤A所述的溶液中逐滴加入与无水三乙胺体积比为0. 6:1 (mL)的异丁酰溴，室温反应I0h，得到的磁性酵母菌复合材料引发剂用乙醇和蒸馏水洗:T5次，25 °C真空烘干。(3)酵母菌磁性复合材料表面印迹吸附剂(MMIPs)的制备其制备步骤包括步骤A.将头孢氨苄和甲基丙烯酸按质量与体积比为0.5g:4mL加入到体积比为10:2(mL)的甲醇和去离子水的混合液中，其中甲基丙烯酸与去离子水的体积比为
I 5 (mL)，混合溶液通氮气存储I. 5h，形成预组装溶液；步骤B.将质量与体积比为I. 0g:3mL的带有引发剂的磁性酵母菌复合材料和乙二醇二(甲基丙烯酸)酯加入到上述预组装溶液中，其中乙二醇二(甲基丙烯酸)酯与甲基丙烯酸的体积比为5:l(mL)，在氮气气氛下搅拌30min，加入与乙二醇二(甲基丙烯酸)酯体积比为l:110(mL)的五甲基二乙烯三胺，随后快速加入氯化亚铜，氯化亚铜与五甲基二乙烯三胺的物质的量的比为0. 5:1 (mmol)，在氮气保护下搅拌6h，获得的产物用永磁铁收集，乙醇和蒸馏水清洗三次；步骤C.将上述步骤B中获得的产物用甲醇和醋酸的混合液为提取液索式提取50h,甲醇和醋酸体积比为75:20 (mL)，脱除模板分子头孢氨苄，在50°C下真空干燥。对应的磁性非印迹吸附剂(MNIPs)制备方法与上述相同，但不加模板分子头孢氨节。实施例2 (I)磁性酵母菌复合材料的制备步骤A.常温下将酵母菌分散在饱和氯化钠水溶液中，酵母菌与饱和氯化钠水溶液的质量与体积比为lg:25mL，机械搅拌30min后形成酵母菌溶液；步骤B.按lg: 60mL的比例称取壳聚糖分散于0. lmol/L醋酸中，机械搅拌0. 5h,形成壳聚糖胶状液；步骤C.将所述的酵母菌溶液加入到所述的壳聚糖的胶状液中，酵母菌与壳聚糖的质量比为l:2(g)，随后加入与酵母菌质量比为0. 5:l(g)的Y-Fe2O3，搅拌I. 5h后，加入体积比为20:2(mL)的石蜡油和司班-80，其中石蜡油与酵母菌的体积与质量比为180mL: Ig,乳化40min后，滴加与石腊油体积比为I. 5:25(mL)的25%(v/v)戍二醒交联剂，在50°C下发生交联反应2. 5h；
步骤D.用I. Omol L—1的NH3 H2O调反应液的pH值至9. (TlO，继续在75°C反应
I.5h，产生的棕色沉淀用永磁体收集，并用正己烷、甲醇和双重蒸馏水洗4飞次后，在70°C条件下烘干。(2)磁性酵母菌复合材料引发剂的制备其制备步骤包括步骤A.将上述步骤制得的磁性酵母菌复合材料分散在体积比为40:1 (mL)的四氢呋喃和无水三乙胺混合溶液中，其中磁性酵母菌复合材料与无水三乙胺的质量与体积比为2g:lmL，在冰浴中通氮气排空氧气；步骤B.在上述步骤A所述的溶液中逐滴加入与无水三乙胺体积比为2. 5:1 (mL)的异丁酰溴，室温反应15h，得到的磁性酵母菌引发剂用乙醇和蒸馏水洗3飞次，45°C真空·烘干。(3)酵母菌磁性复合材料表面印迹吸附剂(MMIPs)的制备其制备步骤包括步骤A.将头孢氨苄和甲基丙烯酸按质量与体积比为2.5g:4mL加入到体积比为15:2(mL)的甲醇和去离子水的混合液中，其中甲基丙烯酸与去离子水的体积比为1:15 (mL)，混合溶液通氮气存储I. 5h，形成预组装溶液；步骤B.将质量与体积比为I. 0g:5mL的磁性酵母菌引发剂和乙二醇二(甲基丙烯酸)酯加入到上述预组装溶液中，其中乙二醇二(甲基丙烯酸)酯与甲基丙烯酸的体积比为16:l(mL)，在氮气气氛下搅拌30min，加入与乙二醇二(甲基丙烯酸)酯体积比为l150(mL)的五甲基二乙烯三胺，随后快速加入氯化亚铜，氯化亚铜与五甲基二乙烯三胺的物质的量的比为2:1，在氮气保护下搅拌10h，获得的产物用永磁铁收集，乙醇和蒸馏水清洗三次；步骤C.将上述步骤B中获得的产物用甲醇和醋酸的混合液为提取液索式提取60h，甲醇和醋酸体积比为95:20 (mL)，脱除模板分子头孢氨苄，在60°C下真空干燥。对应的磁性非印迹吸附剂(MNIPs)制备方法与上述相同,但不加模板分子头孢氨节。试验例I :取IOml 初始浓度为 5mg/l、10mg/l、20mg/l、30mg/l、50mg/l、80mg/l、100mg/l、150mg/l和200mg/l的头孢氨节溶液分别加入九个比色管中，加入IOmg实施例2制备的磁性印迹吸附剂，另取IOml上述九个浓度的头孢氨苄溶液分别加入九个比色管中，分别加入IOmg实施例2制备的磁性非印迹吸附剂，把所有测试液放在25°C的水浴中静置12h后，用永久磁铁分离，未吸附的头孢氨苄分子浓度用紫外可见光谱测定，并根据结果计算出吸附容量，磁性印迹吸附剂和磁性非印迹吸附剂的饱和吸附容量分别为34. 67mg/g和15. 02mg/g，结果表明，磁性印迹吸附剂的饱和吸附容量远高于磁性非印迹吸附剂，磁性印迹吸附剂对头孢氨苄的吸附效果明显，主要是因为磁性印迹吸附剂对印迹分子有良好的特异性。试验例2 取IOml初始浓度为100mg/l头孢氨苄溶液加入到比色管中，分别加入实施例2制备的IOmg印迹和非印迹吸附剂，把测试液放在25°C的水浴中分别静置5、10、20、30、45、60、120和180min，静置时间完成后用永久磁铁分离，用紫外可见光谱测定上层清液中未吸附的头孢氨苄分子浓度，并根据结果计算出吸附容量进而分别根据准一级动力学方程(I)和准二级动力学方程(2)计算理论平衡吸附容量。
权利要求
1.一种可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂的制备方法，包括先利用交联的壳聚糖将纳米Y -Fe2O3粒子包覆在酵母菌表面制成磁性酵母菌复合材料，然后将其改性为磁性酵母菌复合材料引发剂，最后以头孢氨苄为模板分子，甲基丙烯酸为功能单体，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯为交联单体，氯化亚铜为催化剂以原子转移自由基聚合完成制备，其特征在于 所述的磁性酵母菌复合材料的制备步骤包括 步骤A.将酵母菌分散在饱和氯化钠水溶液中，酵母菌与饱和氯化钠水溶液的质量与体积比为I g (5-25 )mL,搅拌30 min形成酵母菌溶液； 步骤B.以I g:(35飞0) mL的比例称取壳聚糖分散于0. lmol/L醋酸溶液中，搅拌30min形成壳聚糖胶状液； 步骤C.将所述的酵母菌溶液加入到所述的壳聚糖胶状液中，酵母菌与壳聚糖的质量比为I :0. 5 2，加入与酵母菌质量比为0. ro. 5 :1的Y-Fe2O3，搅拌I. 5 h后，加入体积比为20 :0. 5^2的石蜡油和司班-80，其中石蜡油与酵母菌的体积与质量比为(10(Tl80 )mL Ig，乳化20 40 min后，滴加与石蜡油体积比为0. I I. 5 :25的25%(v/v)戊二醛交联剂，在温度35 50°C下反应I 2. 5 h ； 步骤D.用I. Omol L—1的NH3 *H20调反应液pH值至9. (T10，在6(T75°C下反应0. 5 I. 5h，产生的棕色沉淀用永磁铁收集，并用正己烷、甲醇和双重蒸馏水洗4飞次后，在5(T70°C下烘干制得磁性酵母菌复合材料； 所述的磁性酵母菌复合材料引发剂制备步骤包括 步骤A.将上述步骤制得的磁性酵母菌复合材料分散在体积比为2(T40 1的四氢呋喃和无水三乙胺混合溶液中，所述的磁性酵母菌复合材料与无水三乙胺的质量与体积比为(0. 5-2 ) g 1 mL,冰浴中通氮排氧处理； 步骤B.在上述步骤A所述的溶液中逐滴加入与无水三乙胺体积比为0. 6^2. 5 1的异丁酰溴，室温反应1(T15 h，得到的磁性酵母菌复合材料引发剂用乙醇和蒸馏水洗3飞次，25 45 °C真空烘干。
2.一种如权利要求I所述的可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤 步骤A.将头孢氨苄和甲基丙烯酸按质量与体积比为(0.5 2. 5) g:4mL加入到体积比为1(T15 2的甲醇和去离子水的混合液中，其中甲基丙烯酸与去离子水的体积比为I:5 15，混合溶液通氮气存储I. 5 h，形成预组装溶液； 步骤B.将质量与体积比为1.0 g: (3飞)mL的上述步骤制得的磁性酵母菌复合材料引发剂和乙二醇二(甲基丙烯酸)酯加入到所述预组装溶液中，其中乙二醇二(甲基丙烯酸)酯与甲基丙烯酸的体积比为5 16: 1，在氮气气氛下搅拌30min，加入与乙二醇二(甲基丙烯酸)酯体积比为I: 110^150的五甲基二乙烯三胺，随后快速加入氯化亚铜，氯化亚铜与五甲基二乙烯三胺的物质的量的比为0.5 2: 1，在氮气保护下搅拌6 10 h，获得的产物用永磁铁收集，乙醇和蒸馏水清洗三次； 步骤C.将上述步骤B中获得的产物用索式提取5(T60 h，以体积比为75、5 :20的甲醇和醋酸混合液做提取液，脱除模板分子头孢氨苄，在5(T60°C下真空干燥。
3.根据权利要求I所述的可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂的制备方法，其特征在于所述的酵母菌为酿酒酵母菌(Saccharomyces Cerevisiae)。
4.一种根据权利要求I所述的可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂的制备方法制备而成的可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂，其特征在于所述的吸附剂对头孢氨苄具有吸附性、选择性识别和富集性能，且对外加磁场具有超顺磁性。
5.一种根据权利要求4所述的可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂的应用，其特征在于可将制得的吸附剂应用于水溶液中头孢氨苄的选择性识别和分离。
全文摘要
本发明涉及一种可选择性分离头孢氨苄的磁性酵母菌表面印迹吸附剂及其制备方法和应用，属于材料制备及环境污染治理的技术领域。本发明先利用交联的壳聚糖将纳米γ-Fe2O3粒子包覆在酵母菌表面制成磁性酵母菌复合材料，然后将其表面改性为带有引发剂的磁性酵母菌复合材料，最后以头孢氨苄为模板分子，甲基丙稀酸为功能单体，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯为交联单体，氯化亚铜为催化剂以原子转移自由基聚合完成制备，制得的吸附剂对头孢氨苄具有吸附性、选择性识别和富集性能，且对外加磁场具有超顺磁性，可将其应用于水溶液中头孢氨苄的选择性识别和分离。
文档编号C08F292/00GK102784627SQ20121028178
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者卫潇, 戴江栋, 李秀秀, 潘建明, 闫永胜 申请人:江苏大学