纳米多孔微囊藻毒素分子印迹磁球的合成、特性及应用研究

Microcystins (MCs) are a kind of cyclohepta peptide hepatotoxin with stable chemical property, and they can induce primary hepatoma after regular drinking the MCs-tainted water. Conventional water treatment technics have relatively low removal efficiency of MCs and thereby the applicability is restricted. Recenly, magnetic molecularly imprinted microspheres (MMIMs) as new functional polymers have received wide concerns, owing to their excellent magnetic separation ability and high recognition specificity. In this project, we aim to prepare new porous and hydrophilic MMIMs and apply them to identify and separate MCs from water samples. Fragment imprinting, click chemical surface modification and iniferter photoinitiated precipitation polymerization are to be combined, and proper aqueous functional monomer and optimized polymerization conditions are to be employed to synthesize the MMIMs, which will be characterized by transmission electron microscope, physical properties measurement system, liquid chromatography, etc. Furthermore, we plan to design a simple hydrodynamic focusing micro reactor platform to obtain the desirable core-shell structured MMIMs, with uniform particle size, controllable cavities and high imprinting efficiency, and unique magnetic characteristics, for effective removal of trace MCs from water. Successful development of the project will be of great significance to enrich new water treatment technologies and to ensure drinking water safety.

微囊藻毒素(MCs)是一类化学性质稳定的环七肽缩氨酸肝毒素，长期饮用MCs污染的水源会导致原发性肝癌，传统水处理工艺的MCs去除率却较低。近年来，磁性分子印迹微球作为一种新型的功能高分子材料，因兼具良好的磁响应性和表面特异吸附特性而获得广泛关注。本项目以热点的MCs为研究对象，拟结合片段分子印迹技术、点击化学表面修饰、引发转移终止剂光引发沉淀聚合、适当的水性功能单体以及合理的聚合条件优化，发展一种制备亲水性多孔磁性分子印迹微球的方法，并借助透射电镜、物性磁测量系统、液相色谱等手段进行表征；通过设计一种简便的流体聚焦微反应器平台以实现核壳结构印迹磁球的合成，使MCs吸附新材料具有粒径分布均匀、磁稳定性好、印迹层孔穴结构可控和富集效率高的特点，同时不失印迹磁球的其它优点，可用于MCs污染水源的高效净化分离。本项目对发展MCs的水处理新工艺和保障饮用水安全具有重要理论意义和应用价值。

本研究针对分子印迹磁球的合成方法、分子印迹材料的特性及其应用等三个方面展开研究，主要工作情况如下：1. 核-壳结构磁性分子印迹聚合物微球的合成研究：以微囊藻毒素(MC-LR)为模板分子，2-丙烯酸酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸（AMPSA）为功能单体，制备了MC-LR磁性分子印迹聚合物。2. 片段分子印迹微球的制备及其对水中微囊藻毒素的吸附性能研究：本文以L-精氨酸模板、丙烯酰胺(AM)为单体，制备了微囊藻毒素分子印迹聚合物。3. 聚多巴胺磁印迹微球的制备及其对微囊藻毒素的吸附性能研究：采用L-精氨酸作为模板分子，多巴胺为功能单体和交联剂，以Fe3O4@SiO2为载体，利用多巴胺(DA)自聚原理得到了具有核-壳结构的Fe3O4@SiO2@PDA NPs。考查了该印迹材料对目标分子微囊藻毒素MC-LR和MC-RR的识别性能。研究表明Langmuir等温线模型更符合MIP吸附MC-LR的过程，根据Langmuir等温式对实验数据Ce/Q与Ce进行线性拟合，分别得出MIPs的线性方程为Ce/Q =2.91×10-3 + 5.98×10-3Ce（R=0.982）；NIPs的线性方程：Ce/Q =0.0281 + 0.0084Ce（R=0.696）。4.微流控印迹芯片的制备及其应用：本研究将微流控纸芯片技术与分子印迹技术相结合，先在经氨基修饰的纸芯片接枝上CdTe量子点（QDs），然后以藻蓝蛋白为模板分子，采用溶胶-凝胶法制备基于量子点的印迹纸芯片。该工作不仅提供了一种藻蓝蛋白检测新策略，而且丰富了分子印迹和微流控芯片相关研究。5. 分散液液微萃取气相色谱-质谱法测定水体中痕量的微囊藻毒素：结合2-甲基-3-甲氧基-4-苯基丁酸（MMPB）法和分散液液萃取法发展了一种快速简便的检测水体中微囊藻毒素总量的分析方法。6. 金银复合粒子共振散射光谱法测定腺苷的含量：借助局域表面等离子体共振 (LSPR)光散射强度(在600 nm处)的变化 ∆I 与腺苷浓度的关系建立了一种检测北虫草中腺苷含量的方法。为金-分子印迹-MCs的传感分析打下基础。7. 活性炭基甘露醇分子印迹复合材料的制备、性能及其应用研究：以甘露醇为模板分子，以戊二醛作为交联剂，通过反相悬浮交联方法结合微流控聚焦反应器制备甘露醇印迹复合材料。该法为印迹材料大规模快速简便的制备打下基础。