林 濤，王宗楠，賀利民*

(1.東莞出入境檢驗(yàn)檢疫局綜合技術(shù)中心，廣東東莞523000;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院獸醫(yī)藥理研究室，廣州510642)

碳納米管(Carbon nano-tube，CNT)是碳的同素異形體之一，由碳六元環(huán)構(gòu)成的類石墨平面卷曲成無(wú)縫筒狀的納米級(jí)中空管，其中每個(gè)碳原子通過(guò)sp2雜化與周圍3個(gè)碳原子發(fā)生完全鍵合(圖1)［1］。由單層石墨平面卷曲形成單壁碳納米管(Single-walled carbon nano-tube，SWCNT)，多層石墨平面卷曲形成多壁碳納米管(Multi-walled carbon nano-tube，MWCNT)。自1991年日本科學(xué)家Iijima［2］發(fā)現(xiàn) MWCNT 以來(lái)，因其具有尺寸小、比表面積大、電導(dǎo)率高、機(jī)械、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好、界面效應(yīng)強(qiáng)、易于共價(jià)功能化修飾一系列優(yōu)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)獨(dú)特，性能優(yōu)異的新型納米材料，作為吸附材料可用于富集復(fù)雜基質(zhì)中的藥物殘留、有機(jī)污染物、金屬離子和生物大分子等［3］，具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖1 單壁碳納米管和多壁碳納米管的結(jié)構(gòu)示意圖

分子印跡技術(shù)(Molecular imprinting technology，MIT)是合成對(duì)特定分子具有特異識(shí)別特性的功能高分子材料制備技術(shù)，起源于二十世紀(jì)30年代的“模板學(xué)說(shuō)”，到二十世紀(jì)末才引起廣泛關(guān)注和快速發(fā)展［4］。分子印跡聚合物(Molecularly imprinted polymer，MIP)是一種模擬自然界中抗原與抗體特異性識(shí)別機(jī)制，利用模板分子、具有結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的功能單體及交聯(lián)劑共聚而形成在空間結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點(diǎn)上與模板分子完全匹配的高分子聚合物［5］。因其具有特異性識(shí)別能力，能從復(fù)雜樣品中選擇性分離富集目標(biāo)物，且制備簡(jiǎn)單，能夠反復(fù)使用，機(jī)械強(qiáng)度較高，穩(wěn)定性好，非常適合作為固相萃取(Solidphase extraction，SPE)的填充材料，用于試樣的前處理，特別是復(fù)雜樣品的分離、凈化和富集獲得了廣泛應(yīng)用［6］。

通過(guò)在多壁碳納米管表面接枝分子印跡聚合物(MWCNT-MIP)，融合二者的優(yōu)勢(shì)，有望成為復(fù)雜基質(zhì)試樣中痕量物質(zhì)分析前處理凈化技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

1 MWCNT和MIP在獸藥殘留分析前處理凈化中的應(yīng)用

1.1 MWCNT在固相萃取中的應(yīng)用 MWCNT具有比表面積大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，作為SPE吸附材料已用于獸藥殘留分析的凈化和富集。Wang等［7］以 MWCNT為SPE 吸附劑，萃取、凈化豬肉樣品中地西泮、艾司唑侖、阿普唑侖和三唑侖4種苯二氮卓類藥物殘留，采用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)，地西泮的檢測(cè)限達(dá)到2 μg/kg，其它三種藥物的檢測(cè)限為5 μg/kg。Zhao 等［8］采用 MWCNT 作為SPE吸附劑，通過(guò)離子阱氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測(cè)定豬肉樣品中巴比妥、異戊巴比妥和苯巴比妥三種巴比妥類藥物殘留，三種藥物的回收率均在75%-96%之間，檢測(cè)限達(dá)到0.2 μg/kg。同時(shí)，比較了C18 SPE小柱與MWCNT-SPE小柱，結(jié)果表明，后者明顯優(yōu)于前者。Hou等［9］建立了基于 MWCNT分散固相萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定豬肉中18種磺胺類藥殘留，討論了MWCNT的類型、pH、萃取時(shí)間、MWCNT的用量及洗脫液類型等因素對(duì)萃取效果的影響，磺胺類藥的平均回收率在89.2% ～117.9%之間。Lu等［10］使用 MWCNT作為SPE填料，分離凈化、富集雞蛋、牛奶和蜂蜜中的氯霉素殘留，通過(guò)對(duì)MWCNT-SPE條件的優(yōu)化，建立了液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測(cè)定該3種食品基質(zhì)中氯霉素殘留方法，氯霉素的回收率大于95.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%，三種食品基質(zhì)中氯霉素的決定限達(dá) 0.006 μg/kg。

1.2 MIP在固相萃取中的應(yīng)用 由于MIP獨(dú)特的性能，近年在獸藥殘留分析測(cè)定的前處理分離、凈化和富集方面得到了廣泛應(yīng)用。Sellergren［11］首次將合成的MIP制備成固相萃取小柱，用于Pentanamidie藥物的選擇性凈化、富集，獲得很好的效果。Zheng等［12］采用虛擬模板技術(shù)制備了對(duì)替米考星具有高度交叉反應(yīng)的MIP，用于飼料等復(fù)雜基質(zhì)中替米考星的分離、凈化和富集，較傳統(tǒng)的C18等SPE小柱在回收率和凈化效果方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。Zhang等［13］用萊克多巴胺為模板，制備的MIP固相萃取小柱用于豬尿中萊克多巴胺等β-興奮劑殘留的凈化、富集，效果理想。此外，基于MIP-SPE技術(shù)用于動(dòng)物可食性組織［14-15］、牛奶［16-17］、血液［18-19］和水樣［20-21］等基質(zhì)中獸藥殘留的分離、凈化和富集也有大量報(bào)道。

2 MWCNT-MIP在獸藥殘留分析前處理中的應(yīng)用MWCNT和MIP分別作為SPE吸附材料已廣

泛用于可食性動(dòng)物組織、牛奶、蜂蜜等動(dòng)物性食品及血漿、尿液等生物介質(zhì)中獸藥殘留的分離、凈化和富集。但隨著分析檢測(cè)要求的越來(lái)越高和試樣介質(zhì)的越來(lái)越復(fù)雜，單一的MWCNT或MIP吸附材料都面臨各種挑戰(zhàn)，已無(wú)法完全滿足獸藥殘留分析前處理分離、凈化和富集的需要。因此，研究者開(kāi)始考慮如何充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，期望在試樣前處理技術(shù)方面達(dá)到增效作用。為此，利用MWCNT表面積大的特點(diǎn)，將MWCNT作為合成MIP的載體，在其表面接枝一層MIP高分子材料的改性思路引起研究者的重視［22］。首先對(duì)MWCNT進(jìn)行功能化處理，一方面增強(qiáng)其在聚合物溶液中的分散性，另一方面其表面功能化處理后產(chǎn)生的官能團(tuán)參與

MIP的聚合，使MIP通過(guò)化學(xué)鍵合而連接在MWC-NT表面上。目前，常用的方法有沉淀聚合法、溶膠凝膠法和電沉積法等。

MWCNT-MIP復(fù)合材料既有碳納米管超強(qiáng)的力學(xué)性能和巨大的比表面積，又有印跡聚合物專一選擇識(shí)別性能，從而克服了兩者的不足，又結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn):(1)能夠針對(duì)不同性質(zhì)的目標(biāo)分子，通過(guò)設(shè)計(jì)不同官能團(tuán)修飾MWCNT，再接枝上以目標(biāo)分析物為模板制得的MIP，達(dá)到提高萃取能力和特異性選擇的目的;(2)制備聚合物過(guò)程不需要經(jīng)過(guò)研磨、過(guò)篩等繁瑣工序，避免了材料的浪費(fèi)及識(shí)別位點(diǎn)的破壞;(3)機(jī)械強(qiáng)度高，同樣使得識(shí)別位點(diǎn)不易被破壞;(4)具有極大的比表面積，模板分子幾乎可以完全除去，最大限度地提高了有效結(jié)合位點(diǎn)的比例;(5)結(jié)合位點(diǎn)大多暴露于材料的表面，表現(xiàn)出較高的結(jié)合容量。同時(shí)，模板分子容易接近到材料的分子印跡位點(diǎn)，從而具有較快的結(jié)合動(dòng)力學(xué)特性［23］。由于該技術(shù)興起于二十世紀(jì)末，國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)較少，尤其是在獸藥殘留分析前處理領(lǐng)域還未得到廣泛的應(yīng)用。Liu等［24］利用分子印跡技術(shù)和溶膠-凝膠法成功的在MWCNT表面接枝一層萘夫西林-MIP，將該吸附材料用于實(shí)際樣品中萘夫西林殘留的凈化和富集，表明該復(fù)合材料能夠選擇性吸附雞蛋中的萘夫西林，回收率在61.3% ～84.3%之間。該方法成本低廉，操作簡(jiǎn)單，且制備的MWCNT-MIP小柱可重復(fù)利用。Zhang等［25］先將MWCNT用硝酸處理羧化，再加入氯化亞砜使其表面酰氯功能化，然后將其與無(wú)水四氫呋喃和乙烯基三乙氧基硅烷(VTEOS)混合，磁力攪拌，得到乙烯基修飾的MWCNT。然后，以紅霉素作為模板，丙烯酰-β-環(huán)糊精和甲基丙烯酸(MAA)作為雙功能單體在乙烯基修飾的MWCNT表面合成MIP，合成過(guò)程如圖2［25］所示。制備的MWCNT-MIP復(fù)合聚合物材料作為SPE小柱填料，可高選擇、高效的凈化、富集雞肉試樣中的紅霉素殘留，回收率在85.3% ～95.8%之間。

圖2 多壁碳納米管接枝分子印跡聚合物示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

與微米級(jí)分子印跡聚合物相比，多壁碳納米管接枝分子印跡聚合物將材料顆粒提高到了納米級(jí)，具有選擇性良好、結(jié)合容量高、結(jié)合動(dòng)力學(xué)快的特性，已成為分子印跡學(xué)研究的新熱點(diǎn)。但該技術(shù)尚處于起步階段，研究還不夠深入，存在許多亟待解決的科學(xué)問(wèn)題:(1)目前，該技術(shù)結(jié)合位點(diǎn)的吸附作用機(jī)理不夠明確，相關(guān)的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)研究也較少;(2)在碳納米管表面接枝不同藥物-印跡聚合物的合成方法研究較少，尚未形成完善的合成理論體系;(3)對(duì)印跡位點(diǎn)可接近性的相關(guān)表征手段較少，因而難以評(píng)價(jià)該技術(shù)制備的印跡聚合物在結(jié)合速率上的優(yōu)越性;(4)在目前的合成方法中，制備的MWCNT-MIP仍然存在形狀不規(guī)則，粒徑不均一、作用位點(diǎn)類型不統(tǒng)一、聚合時(shí)間較長(zhǎng)及由于較高的聚合溫度導(dǎo)致親和力下降等問(wèn)題。因此，加大機(jī)理研究力度、完善合成研究方法、增加表征方法是解決當(dāng)前MWCNT-MIP制備技術(shù)面臨問(wèn)題的有效手段。可以相信，隨著研究的不斷深入，MWCNTMIP技術(shù)在獸藥殘留分析前處理方面的應(yīng)用前景將更加廣闊。

［1］Valcárcel M，Cárdenas S，Simonet B M，et al.Carbon Nanostructures as Sorbent Materials in Analytical Processes［J］.Trends Anal Chem.2008，27(1):34-43.

［2］Iijima S.Helical Microtubules of Graphitic Carbon［J］.Nature，1991，354(6348):56-58.

［3］Cirillo G，Caruso T，Hampel S，et al.Novel carbon nanotube composites by grafting reaction with water-compatible redox initiator system ［J］.Colloid and Polymer Science，2013:1-10.

［4］Cormack P A，Elorza A Z.Molecularly Imprinted Polymers:Synthesis and Characterisation ［J］.J Chromatogr B，2004，804(1):173-182.

［5］Tokonami S，Shiigi H，Nagaoka T.Review:Micro-and Nanosized Molecularly Imprinted Polymers for High-throughput Analytical Applications［J］.Anal Chim Acta，2009，641(1-2):7-13.

［6］賀倩倩，張高奎，賀利民.分子印跡聚合物及其在藥物分離中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.中國(guó)獸藥雜志，2011，45(9):48-55.

［7］Wang L，Zhao H，Qiu Y，et al.Determination of Four Benzodiazepine Residues in Pork Using Multiwalled Carbon Nanotube Solid-phase Extraction and Gas chromatography-mass Spectrometry［J］.J Chromatogr A，2006，1136:99-105.

［8］Zhao H，Wang L，Qiu Y，et al.Multiwalled Carbon Nanotubes as a Solid-phase Extraction Adsorbent for the Determination of Three Barbiturates in Pork by Ion Trap Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry(GC/MS/MS)Following Microwave Assisted Derivatization［J］.Anal chim Acta，2007，586:399-406.

［9］Hou X L，Wu Y L，Yang T，et al.Multi-walled Carbon Nanotubes-dispersive Solid-phase Extraction Combined with Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry for the Analysis of 18 Sulfonamides in pork［J］.J Chromatogr B，2013，929(15):107-115.

［10］Lu Y B，Shen Q，Dai Z Y，et al..Multi-walled Carbon Nanotubes as Solid-phase Extraction Adsorbent for the Ultra-fast Determination of Chloramphenicol in Egg，Honey，and Milk by Fused-core C18-based High-performance Liquid Chromatography–Tandem Mass Spectrometry［J］.Anal Bioanal Chem，2010，398:1819-1826.

［11］Sellergren B.Direct Drug Determination by Selective Sample Enrichment on an Imprinted Polymer［J］.Anal Chem，1994，66:1578-1582.

［12］Zheng Y Q，Liu Y H，Guo H B，et al.Molecularly Imprinted Solid-phase Extraction for Determination of Tilmicosin in Feed Using High Performance Liquid Chromatography［J］.Anal Chim Acta，2011，690:269-274.

［13］Zhang Q J，Su Y J，He Q Q，et al..Molecularly Imprinted Solid-phase Extraction for the Selective HPLC Determination of Ractopamine in Pig Urine［J］.J Sep Sci，2011，34(23):3399-3409.

［14］Martínez Bueno M J，Herrera S，Uclés A，et al.Determination of Malachite Green Residues in Fish Using Molecularly Imprinted Solid-phase Extraction Followed by Liquid Chromatographylinear Ion Trap Mass Spectrometry［J］.Anal Chim Acta，2010，665(1):47-54.

［15］Noppe H，Le Bizec B，Verheyden K，et al.Novel Analytical Methods for the Determination of Steroid Hormones in Edible Matrices［J］.Anal Chim Acta，2008，611(1):1-16.

［16］Guzmán-Vázquez de Prada A，Reviejo A J，Pingarron J M.A Method for the Quantification of Low Concentration Sulfamethazine Residues in Milk Based on Molecularly Imprinted Clean-up and Surface Preconcentration at a Nafion-Modified Glassy Carbon Electrode［J］.J Pharm Biomed Anal，2006，40(2):281-286.

［17］Yan H Y，Tian M L，Row K H.Determination of Enrofloxacin and Ciprofloxacin in Milk Using Molecularly Imprinted Solidphase Extraction.J Sep Sci，2008，31，3015-3020.

［18］Mohamed R，Richoz-Payot J，Gremaud E，et al.Advantages of Molecularly Imprinted Polymers LC-ESI-MS/MS for the Selective Extraction and Quantification of Chloramphenicol in Milkbased Matrixes.Comparison with a Classical Smple Preparation［J］.Anal chem，2007，79(24):9557-9565.

［19］Martin P D，Jones G R，Stringer F，et al.Comparison of Normal and Reversed-phase Solid phase Extraction Methods for Extraction of β-Blockers from Plasma Using Molecularly Imprinted Polymers.Analyst，2003，128:345-350.

［20］Boyd B，Bj?rk H，Billing J，et al.Development of an Improved Method for Trace Analysis of Chloramphenicol Using Molecularly Imprinted Polymers［J］.J Chromatogr A，2007，1174(1):63-71.

［21］Benito-Pe?a E，Urraca J L，Sellergren B，et al.Solid-phase Extraction of Fluoroquinolones from Aqueous Samples Using a Water-compatible Stochiometrically Imprinted Polymer［J］.J Chromatogr A，2008，1208(1):62-70.

［22］Choong C L，Bendall J S，Milne W I.Carbon Nanotube Array:a New MIP Platform［J］.Biosens Bioelectron，2009，25(3):652-656.

［23］Fu G，He H，Chai Z，et al.Enhanced Lysozyme Imprinting over Nanoparticles Functionalized with Carboxyl Groups for Noncovalent Template Sorption［J］.Anal Chem，2011，83(4):1431-1436.

［24］Liu Y，Jian G，He X，et al.Preparation and Application of Core-Shell Structural Carbon Nanotubes Molecularly Imprinted Composite Material for Determination of Nafcillin in Egg Samples［J］.Chinese Journal of Analytical Chemistry，2013，41(2):161-166.

［25］Zhang Z，Yang X，Zhang H，et al.Novel Molecularly Imprinted Polymers Based on Multi-walled Carbon Nanotubes with Binary Functional Monomer for the Solid-phase Extraction of Erythromycin from Chicken Muscle［J］.J Chromatogr B，2011，879(19):1617-1624.