[发明专利]有机磷水解模拟酶分子印迹聚合物微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机磷化合物的降解技术领域，具体涉及一种有机磷水解模拟酶分子印迹聚合物微球的制备方法。

背景技术

有机磷农药因化学性质不稳定，易分解，半衰期短，不易在作物、动物和人体内蓄积，因而得到广泛使用。但由于有机磷使用范围越来越广，使用频率越来越高，施用量越来越大，已成为污染食品最为严重的问题。同时，有机磷化合物也可作为神经性毒剂用于战争和恐怖袭击。为了有效控制有机磷农药残留和有机磷化学武器，除了加强农药和神经性毒剂的管理和限制外，找到能加速催化有机磷化合物降解的物质和方法更是一个重要的挑战。目前，针对有机磷农药残留和有机磷神经性毒剂问题，科学家已研发出高产的有机磷水解酶(OPH)生产工程菌，但OPH在天然及重组菌株中含量太低，且不稳定、易失活，难以制备。

2003年，Sode K研究组以4(5)-乙烯基咪唑、甲基丙烯酸为功能单体，以(4-硝基苄基)磷酸二乙酯为模板分子，采用本体聚合法，利用分子印迹技术合成模拟OPH，研究结果表明，与自发水解相比，其催化水解对氧磷的效率提高了105倍，水解对氧磷的K_cat＝7.4×10^-2S^-1，比不加模板条件下合成的非印迹聚合物的催化效能也提高了30％。但该方法所使用的功能单体4(5)-乙烯基咪唑没有商业供应，需要由尿刊酸合成，合成条件苛刻(需高温、真空条件)，4(5)-乙烯基咪唑的产率也较低，成本很高。此外，本体聚合法制备的聚合物模拟酶颗粒大，起催化作用的活性中心包埋在聚合物内部，由于传质阻力的影响，造成模拟酶的活性较低，因此，合成后需要对制备的聚合物模拟酶进行研磨、破碎及过筛处理，不仅过程繁琐，而且在研磨的过程中会产生大量的不规则颗粒，过筛后的过细颗粒还需要除去，既费工费时，产率又大大下降(一般低于50％)。另外，由于交联剂的浓度高，所得到的聚合物高度交联，导致模板分子包埋过深，使得模板分子的除去也非常困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述本体聚合法制备有机磷水解模拟酶存在的缺点，提供一种操作简单，原料易得、成本较低，采用沉淀聚合法制备有机磷水解模拟酶分子印迹聚合物微球的方法，该方法所得聚合物微球分散性好、粒径大小均匀，用于催化水解对氧磷的活性高。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：将ZnCl₂、甲基丙烯酸、1-乙烯基咪唑、(4-硝基苄基)磷酸二乙酯按摩尔比为2～3:2～3:8～15:1溶解于乙腈与甲醇的体积比为9:1的混合溶剂中，(4-硝基苄基)磷酸二乙酯与混合溶剂的体积比为1:100～200，再加入二乙烯基苯和2,2’-偶氮二异丁腈，二乙烯基苯、2,2’-偶氮二异丁腈、(4-硝基苄基)磷酸二乙酯的摩尔比为30～50:3～5:1，然后在氮气保护、室温条件下，用波长为365nm的紫外光照射12～24小时，离心分离，所得固体用100mmol/L联吡啶的甲醇溶液振荡洗涤7小时，除去(4-硝基苄基)磷酸二乙酯，然后用甲醇洗涤，再用100mmol/L ZnCl₂的甲醇溶液孵育4小时，离心分离，所得固体真空干燥，得到有机磷水解模拟酶分子印迹聚合物微球。具体反应过程如下：

上述的ZnCl₂、甲基丙烯酸、1-乙烯基咪唑、(4-硝基苄基)磷酸二乙酯的摩尔比最佳为2.5:2.5:10:1。

本发明利用分子印迹技术，以有机磷过渡态类似物(4-硝基苄基)磷酸二乙酯为模板，1-乙烯基咪唑、甲基丙烯酸为功能单体，模拟有机磷水解酶的催化中心结构，采用沉淀聚合法，合成了具有识别性和高选择性的能水解有机磷农药的有机磷水解模拟酶分子印迹聚合物微球，并研究了其对底物对氧磷的催化水解活性，试验结果表明，与对氧磷自发水解相比，对氧磷的水解效率最大可提高188倍，比不加模板分子条件下合成的非印迹聚合物的催化效能也提高了2.3倍，测得的K_m和V_max值分别为0.064mmol/L·min和2.41mmol/L，K_cat为0.237S^-1。本发明解决了有机磷水解酶在天然及重组菌株中含量太低，不稳定、易失活的缺点，能够有效地降解有机磷化合物，可降解处理有机磷农药残留和销毁有机磷神经性毒剂。

本发明与上述本体聚合法相比具有以下优点：

(1)本发明以商品化的1-乙烯基咪唑为功能单体，成本较低，而且1-乙烯基咪唑与4(5)-乙烯基咪唑相比更具有柔性，有利于活性中心的形成。