基于新型分子印跡復合材料的快速檢測技術在環(huán)境醫(yī)學中的應用研究.pdf

1、隨著生命科學和環(huán)境科學的發(fā)展，環(huán)境污染對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，需要從個體暴露、個體效應和人群效應等多個角度出發(fā)，深入分析環(huán)境與健康之間的關系。個體暴露分析主要檢測復雜的環(huán)境和食品樣品中低濃度污染物；個體效應分析主要檢測外來污染物進入人體后，在體內(nèi)的分布和代謝水平；而人群效應研究依賴于大量人群樣本中相應生物標記物的分析。開展大量環(huán)境樣本中痕量污染物的快速檢測和生物樣本中生物標志物的高通量分析對于開展環(huán)境污

2、染物對人體健康危害的綜合評價意義重大，在環(huán)境醫(yī)學領域中扮演著十分重要的角色。目前，隨著現(xiàn)代分離分析技術的迅速發(fā)展，高靈敏、高特異和高穩(wěn)定的檢測儀器已經(jīng)趨于成熟，因而，樣品預處理過程成為快速高通量分析技術建立的關鍵環(huán)節(jié)。開展自動化、快速簡便、高效靈敏的前處理技術有利于縮短分析時間、提高檢測結果的重復性、準確性和靈敏度、避免二次污染、降低運行成本。但是，由于環(huán)境和生物樣品極為復雜，傳統(tǒng)的前處理技術不能選擇性萃取目標分子，難以有效地去除樣品雜

3、質，不可避免地干擾目標分子的測定。因此，開發(fā)一種高選擇性識別材料對于快速高通量分析技術的建立勢在必行。
　　 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構相匹配的印跡孔穴和固定排列的功能基團，能夠特異性識別模板分子及其結構類似物，且在高溫、高壓、有機溶劑、酸、堿等苛刻環(huán)境中穩(wěn)定存在，是當前分子識別領域的理想材料。近十年來，分子印跡技術以其卓越的分子識別特性在諸多領域獲得了突飛猛進的發(fā)展，特別是和納米技術廣泛結

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

5、板分子結構系統(tǒng)考察了這四種聚合物對四環(huán)素類抗生素的選擇性和吸附容量，初步探討了相關的識別機理。在此基礎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，實現(xiàn)對四環(huán)素一族抗生素的選擇性識別。結果表明，土霉素、四環(huán)素、金霉素和強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-紫外檢測器聯(lián)用，搭建一個自動化在線分析系統(tǒng)，實現(xiàn)復雜食品樣品中痕量四環(huán)素類抗生素的快速檢測。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，而樣品雜質通過淋洗過程排入廢液瓶中。隨后轉動六通閥，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)的自動化操作，可以實現(xiàn)在一

7、個樣品分離檢測的同時完成下一個樣品的凈化和富集。與常規(guī)的固相萃取過程相比，自動化在線分析系統(tǒng)極大地縮短了樣品的分析時間(17 min)，提高了樣品中目標組分的富集倍數(shù)(159-410)，降低了方法的檢測限(0.8-1.3 ng g-1)。此外，本研究采用在線分析系統(tǒng)實現(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，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、康損害提供了技術保證。
　　 第二章、基于親水性分子印跡聚合物/Ni纖維復合材料的電化學傳感器快速檢測
　　 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，制備出親水性分子印跡聚合物。本研究從合成條件優(yōu)化、吸附容量評價、吸附動力學研究和選擇性評價等方面系統(tǒng)考察了親水性分子印跡聚合物在水相和有

9、機相中對酚類化合物的特異性分子識別能力，初步探討了親水性修飾對于分子印跡效果的影響。結果表明，甲基丙烯酸縮水甘油酯的使用并沒有干擾模板分子/功能單體復合物的形成乃至印跡孔穴的構建，同時可以實現(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領域，制備了一種親水性分子印跡聚合物/Ni纖維復合材料修飾電極，快速檢測地表水中痕量2,4-

10、二硝基酚。通過對電極的制備條件、萃取條件和電化學參數(shù)的仔細優(yōu)化，方法的線性范圍為0.7-30 μg L-1，檢測限為0.1 μg L-1，且測定結果與常規(guī)LC-MS法的檢測結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，添加回收率在91.3％-102.6％之間，相對標準偏差(RSD)不高于5.1％，進一步驗證了方法的實用性和可靠性，對于開展環(huán)境水樣中2,4-二硝基酚的監(jiān)測和危害評定提供了一

11、種新技術。
　　 第三章、基于多功能分子印跡磁性復合材料的高通量分析技術快速檢測
　　 尿樣中的溶菌酶本研究對磁性納米粒子進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合材料(磁敏感性、分子識別特性和環(huán)境響應性)。相關表征手段表明：此復合材料是一種殼核結構，比飽和磁化強度為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合材料對目標分

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

13、量篩選。經(jīng)過對固相萃取和化學反光條件的仔細優(yōu)化，方法的回收率在90.1％-103.7％之間，檢測限為5ng mL-1。所建方法的檢測結果與常規(guī)酶聯(lián)免疫試劑盒的檢測結果具有良好的一致性(r=0.9595，n=26)，可以應用于尿樣中溶菌酶的檢測。最后，本研究利用所建方法開展了腎相關疾病病人和健康人群尿樣中溶菌酶的檢測，進一步驗證了方法的實用性和可靠性，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價提供了技術支持。