基于新型分子印跡復(fù)合材料的快速檢測(cè)技術(shù)在環(huán)境醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，環(huán)境污染對(duì)健康的影響研究逐步深入。為探討環(huán)境污染所致人群健康損害，需要從個(gè)體暴露、個(gè)體效應(yīng)和人群效應(yīng)等多個(gè)角度出發(fā)，深入分析環(huán)境與健康之間的關(guān)系。個(gè)體暴露分析主要檢測(cè)復(fù)雜的環(huán)境和食品樣品中低濃度污染物；個(gè)體效應(yīng)分析主要檢測(cè)外來污染物進(jìn)入人體后，在體內(nèi)的分布和代謝水平；而人群效應(yīng)研究依賴于大量人群樣本中相應(yīng)生物標(biāo)記物的分析。開展大量環(huán)境樣本中痕量污染物的快速檢測(cè)和生物樣本中生物標(biāo)志物的高通量分析對(duì)于開展環(huán)境污

2、染物對(duì)人體健康危害的綜合評(píng)價(jià)意義重大，在環(huán)境醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中扮演著十分重要的角色。目前，隨著現(xiàn)代分離分析技術(shù)的迅速發(fā)展，高靈敏、高特異和高穩(wěn)定的檢測(cè)儀器已經(jīng)趨于成熟，因而，樣品預(yù)處理過程成為快速高通量分析技術(shù)建立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。開展自動(dòng)化、快速簡便、高效靈敏的前處理技術(shù)有利于縮短分析時(shí)間、提高檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性、準(zhǔn)確性和靈敏度、避免二次污染、降低運(yùn)行成本。但是，由于環(huán)境和生物樣品極為復(fù)雜，傳統(tǒng)的前處理技術(shù)不能選擇性萃取目標(biāo)分子，難以有效地去除樣品雜

3、質(zhì)，不可避免地干擾目標(biāo)分子的測(cè)定。因此，開發(fā)一種高選擇性識(shí)別材料對(duì)于快速高通量分析技術(shù)的建立勢(shì)在必行。
　　 分子印跡聚合物是一種高度交聯(lián)的網(wǎng)狀材料，具有與模板分子的空間結(jié)構(gòu)相匹配的印跡孔穴和固定排列的功能基團(tuán)，能夠特異性識(shí)別模板分子及其結(jié)構(gòu)類似物，且在高溫、高壓、有機(jī)溶劑、酸、堿等苛刻環(huán)境中穩(wěn)定存在，是當(dāng)前分子識(shí)別領(lǐng)域的理想材料。近十年來，分子印跡技術(shù)以其卓越的分子識(shí)別特性在諸多領(lǐng)域獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是和納米技術(shù)廣泛結(jié)

4、合，制備多功能分子印跡復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)各種材料優(yōu)良性能的互補(bǔ)，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原材料而滿足各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求，為快速高通量分析技術(shù)的建立開辟了一條新的道路。
　　 本研究分為三個(gè)部分：
　　 第一章、基于雙模板分子印跡聚合物的自動(dòng)化在線分析系統(tǒng)
　　 快速檢測(cè)食品中痕量四環(huán)素類抗生素本研究在前期工作基礎(chǔ)上，分別以土霉素、四環(huán)素、金霉素和強(qiáng)力霉素為模板分子，制備了四種分子印跡聚合物，并結(jié)合模

5、板分子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)考察了這四種聚合物對(duì)四環(huán)素類抗生素的選擇性和吸附容量，初步探討了相關(guān)的識(shí)別機(jī)理。在此基礎(chǔ)上以土霉素和金霉素為雙模板分子，制備了一種高選擇性分子印跡聚合物，系統(tǒng)優(yōu)化合成條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)四環(huán)素一族抗生素的選擇性識(shí)別。結(jié)果表明，土霉素、四環(huán)素、金霉素和強(qiáng)力霉素在雙模板分子印跡聚合物上的印跡因子均大于6.0，且最大吸附容量依次為27 μmol g-1，35μmol g-1，35μmol g-1及39 μmol g-1。本研究進(jìn)一步將此

6、印跡聚合物作為固相萃取吸附劑和液相色譜-紫外檢測(cè)器聯(lián)用，搭建一個(gè)自動(dòng)化在線分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜食品樣品中痕量四環(huán)素類抗生素的快速檢測(cè)。在最佳條件下，10 mL的樣品溶液通過定量環(huán)注入在線分析系統(tǒng)，使得四環(huán)素類抗生素選擇性地保留在分子印跡固相萃取柱上，而樣品雜質(zhì)通過淋洗過程排入廢液瓶中。隨后轉(zhuǎn)動(dòng)六通閥，將保留在萃取柱中的四環(huán)素類抗生素洗脫下來并且全部注入色譜分析柱，實(shí)現(xiàn)四環(huán)素類抗生素的定性定量分析。由于在線分析系統(tǒng)的自動(dòng)化操作，可以實(shí)現(xiàn)在一

7、個(gè)樣品分離檢測(cè)的同時(shí)完成下一個(gè)樣品的凈化和富集。與常規(guī)的固相萃取過程相比，自動(dòng)化在線分析系統(tǒng)極大地縮短了樣品的分析時(shí)間(17 min)，提高了樣品中目標(biāo)組分的富集倍數(shù)(159-410)，降低了方法的檢測(cè)限(0.8-1.3 ng g-1)。此外，本研究采用在線分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大量食品樣本(蝦肉、蜂蜜、雞蛋和牛奶)中痕量四環(huán)素類抗生素的殘留檢測(cè)，獲得了極佳的凈化和富集效果，方法的回收率在91.6％-107.6％之間，為探討四環(huán)素類抗生素所致健

8、康損害提供了技術(shù)保證。
　　 第二章、基于親水性分子印跡聚合物/Ni纖維復(fù)合材料的電化學(xué)傳感器快速檢測(cè)
　　 地表水中痕量2,4-二硝基酚本研究以2,4-二硝基酚為模板分子，在制備分子印跡聚合物的過程中引入親水修飾單體甲基丙烯酸縮水甘油酯，通過兩步修飾過程，在聚合物表面修飾一層羥基基團(tuán)，制備出親水性分子印跡聚合物。本研究從合成條件優(yōu)化、吸附容量評(píng)價(jià)、吸附動(dòng)力學(xué)研究和選擇性評(píng)價(jià)等方面系統(tǒng)考察了親水性分子印跡聚合物在水相和有

9、機(jī)相中對(duì)酚類化合物的特異性分子識(shí)別能力，初步探討了親水性修飾對(duì)于分子印跡效果的影響。結(jié)果表明，甲基丙烯酸縮水甘油酯的使用并沒有干擾模板分子/功能單體復(fù)合物的形成乃至印跡孔穴的構(gòu)建，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)印跡聚合物的親水性修飾，有效地降低聚合物和模板分子間的非特異性疏水作用力，增大模板分子進(jìn)入印跡孔穴的概率。此外，本研究首次將親水性分子印跡聚合物引入到電化學(xué)領(lǐng)域，制備了一種親水性分子印跡聚合物/Ni纖維復(fù)合材料修飾電極，快速檢測(cè)地表水中痕量2,4-

10、二硝基酚。通過對(duì)電極的制備條件、萃取條件和電化學(xué)參數(shù)的仔細(xì)優(yōu)化，方法的線性范圍為0.7-30 μg L-1，檢測(cè)限為0.1 μg L-1，且測(cè)定結(jié)果與常規(guī)LC-MS法的檢測(cè)結(jié)果具有良好的一致性。隨后，本研究利用此方法開展了地表水(長江和漢江)中2,4-二硝基酚的檢測(cè)，添加回收率在91.3％-102.6％之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)不高于5.1％，進(jìn)一步驗(yàn)證了方法的實(shí)用性和可靠性，對(duì)于開展環(huán)境水樣中2,4-二硝基酚的監(jiān)測(cè)和危害評(píng)定提供了一

11、種新技術(shù)。
　　 第三章、基于多功能分子印跡磁性復(fù)合材料的高通量分析技術(shù)快速檢測(cè)
　　 尿樣中的溶菌酶本研究對(duì)磁性納米粒子進(jìn)行了表面改性和修飾，隨后以溶菌酶為模板分子，甲基丙烯酸和丙烯酰胺為功能單體，制備了一種多功能分子印跡磁性復(fù)合材料(磁敏感性、分子識(shí)別特性和環(huán)境響應(yīng)性)。相關(guān)表征手段表明：此復(fù)合材料是一種殼核結(jié)構(gòu)，比飽和磁化強(qiáng)度為22.1 emu g-1，具有明顯的磁敏感性。此外，分子印跡薄膜可以保證復(fù)合材料對(duì)目標(biāo)分

12、子的特異性分子識(shí)別能力，最大吸附容量為110 mg g-1，遠(yuǎn)大于相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的溶菌酶印跡聚合物的最大吸附量。隨后，本研究將此復(fù)合材料作為固相萃取吸附劑，與高靈敏的化學(xué)發(fā)光技術(shù)聯(lián)用，建立一種高通量檢測(cè)尿樣中溶菌酶的新方法。分子印跡磁性復(fù)合材料可以在外界磁場(chǎng)作用下快速回收且反復(fù)利用，因而能夠分散到生物樣品中直接萃取溶菌酶，避免了復(fù)雜樣品基質(zhì)對(duì)傳統(tǒng)固相萃取柱的填塞，縮短了樣品預(yù)處理流程，節(jié)約了分析時(shí)間和運(yùn)行成本，非常適合于大量生物樣本的高通

13、量篩選。經(jīng)過對(duì)固相萃取和化學(xué)反光條件的仔細(xì)優(yōu)化，方法的回收率在90.1％-103.7％之間，檢測(cè)限為5ng mL-1。所建方法的檢測(cè)結(jié)果與常規(guī)酶聯(lián)免疫試劑盒的檢測(cè)結(jié)果具有良好的一致性(r=0.9595，n=26)，可以應(yīng)用于尿樣中溶菌酶的檢測(cè)。最后，本研究利用所建方法開展了腎相關(guān)疾病病人和健康人群尿樣中溶菌酶的檢測(cè)，進(jìn)一步驗(yàn)證了方法的實(shí)用性和可靠性，有助于臨床輔助診斷腎小管功能障礙性疾病，為環(huán)境有害因素所致腎功能損害評(píng)價(jià)提供了技術(shù)支持。