水相容性展青霉素表面分子印迹磁性纳米粒子的制备及应用研究

Patulin, a water soluble mycotoxin, is extremely harmful to human health. The present proposal is intent to develop a water compatible surface molecular imprinted magnetic nanoparticles (MNPs) based enrichment method for patulin concentration. However, two major problems need to be solved before achieving the final goal, including uneven coating of molecule imprinted polymers (MIP) on MNPs surface, and the water compatibility of the MIP. In the proposed research, RAFT reagent will be introduced evenly on the surface of MNPs through chemical reaction, and then controlled polymerization reaction will be taken place and at the mean time polymer ligands will be linked on surface of MNPs, and thus finished the even surface coating of MIP on MNPs. Water compatibility of molecule imprinted MNPs will be improved through changing to water-based polymerization reaction system, and using high water soluble monomers which can interact with patulin strongly in the presence of water. Furthermore, hydrophilic polymer brush will be modified evenly on surface of molecule imprinted MNPs by employing of RFTA technique to improve water compatibility. The proposed research will provide theory for convenient and high efficient enrichment of organic molecules using water compatible molecular imprinted MNPs in water-based foods.

展青霉素是一种危害极大的水溶性真菌毒素，本项目拟建立基于水相容性表面分子印迹磁性纳米材料的水溶液中展青霉素一步富集法。欲实现该目标需解决表面分子印迹材料的两大问题，即印迹分子聚合物在纳米磁珠表面包覆不均匀性以及分子印迹聚合物的水不相容性。本项目拟将可逆加成-断裂链转移（RAFT）试剂通过化学反应均匀引入纳米磁性载体表面，其在控制聚合反应均匀发生的同时可将大小一致的聚合物均匀枝接至载体表面，从而实现分子印迹聚合物在磁性载体表面的均匀包覆；通过筛选在水溶液中与展青霉素具有较强亲和力的功能单体分子以及实现含水相聚合反应，部分提高磁性分子印迹聚合物的水相容性；进一步通过在分子印迹表层接枝极性聚合物分子刷，实现展青霉素表面分子印迹磁性纳米粒子的水相容性。通过本项目研究，可为水相容性磁性分子印迹纳米材料的合成及其在水基食品中应用提供一定的实践数据以及理论支撑。

展青霉素是一种危害极大的水溶性真菌毒素。其富集净化方法主要是有机溶剂萃取联用吸附特异性较差的固相萃取柱法。免疫亲和柱法虽然吸附特异性好，但价格昂贵，且不稳定。分子印迹聚合物（MIP）可特异性吸附靶分子，且廉价、稳定。课题组成功建立了基于水相容性表面分子印迹磁性纳米材料的水溶液中展青霉素一步富集法。实现该目标需解决表面分子印迹材料的三大问题，即“模板渗漏”、印迹分子聚合物在纳米磁珠表面包覆不均匀性以及分子印迹聚合物的水不相容性。课题组通过在磁性粒子表面聚合MIP及采用虚拟模板解决了“模板渗漏”问题。通过合成两种可逆加成-断裂链转移（RAFT）试剂，使聚合反应可控，MIP在磁珠表面的均匀包覆且磁珠间无交联。通过在MIP表面枝接亲水性聚丙烯酸分子刷，极大地改善了MIP在水相中的分散性；同时降低了疏水作用引起的非特异性吸附。亲水分子刷修饰后的吸附剂可特异性吸附水溶液中展青霉素，吸附量可达501.2 ng/mg，印迹因子大于2.36，均优于修饰前的MIP，实现了本项目的目标。其中，RAFT试剂和亲水分子刷修饰在材料合成和吸附性能提升中均起到关键作用，符合项目理论设计预期。研究结果验证了RAFT试剂可作为优化表面分子印迹的通用试剂，表面亲水性修饰亦可提高MIP的水相容性。此外，课题组工作在项目原定研究内容的基础上完成3项扩展工作。利用上述两种RAFT试剂合成得到黄曲霉毒素B1磁性表面分子印迹材料。其在在乙腈/水（96:4, v/v）中吸附容量可达1.08 μg/ml，印迹因子为1.9。黄曲霉毒素B1、赭曲霉毒素A和玉米赤霉烯酮混合加标吸附实验表明，MMIP 对AFB1的吸附为后者的3倍，为特异性吸附。另外，课题组以氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体合成得到亲水性磁性展青霉素表面分子印迹材料。初步吸附实验表明，吸附量为207.9 ng/mg，印迹因子均约为1.8。此外课题组还合成了Fe3O4@SiO2@PAA，利用PAA分子刷荷载容量高的特性，制备得到高荷载赭曲霉素A适配子的磁性分子刷微球。与普通羧基化磁珠相比，适配子偶联量提高近20倍，可用于样品中OTA的高效富集。