新近发现的新污染物对环境或人体健康存在的风险引起了国内外的广泛关注。核苷类化合物是抗生素中的重要成分,常作为新污染物存在于环境水样中,造成环境污染并危害人类健康。因此,开发环境水样和复杂生物样品中核苷类化合物的高效分离富集方法,是环境科学与工程领域的重要任务之一,相关的研究对环境安全、预防控制重大疾病和提高国民健康水平具有重大的意义。表面分子印迹技术(SMIT),将印迹聚合物(MIPs)接枝在基质材料表面,有效避免传统印迹材料位点包埋过深、模板不易洗脱、结合作用力弱和传质效率慢的难题。纳米片基质材料由于其高纵横比和大比表面积优点,是理想的表面印迹基质材料。本研究针对如何精准控制印迹过程,强化核苷类化合物分离辨识性能,提出三种策略:(1)通过化学设计合成与核苷类化合物特异性匹配的功能单体,提高功能单体对模板分子的亲和性,强化印迹识别效果;(2)基于“连续组装”和“有序抓取”的策略,提出“有序组装”,提高多重组装的精确度,精准控制模板分子的取向识别;(3)探究印迹后修饰策略,在印迹识别空穴内进行位点特异性修饰,精细调节识别位点,增强位点与目标分子的亲和作用。根据三种策略本工作构建了6种纳米片表面印迹吸附剂,并用于2′-脱氧腺苷(dA)和单磷酸腺苷(AMP)的高选择性分离,并通过系统的表征测试分析了制备的6种吸附剂的形貌、晶型结构、元素组成、磁性及表面特征等;结合静、动态吸附实验研究了6种吸附剂选择性分离行为;详细探讨了精准印迹识别机制,为从复杂的生物质产物和环境水样中选择性分离核苷类化合物提供了新思路。本论文主要研究内容如下:1、各向异性纳米片表面印迹吸附剂的制备及选择性分离2′-脱氧腺苷(dA)的研究(1)针对dA的腺嘌呤基团,根据碱基互补配对特性,设计合成与dA特异性匹配的嘧啶类功能单体5-(2-甲氧基乙烯基)-2′-脱氧尿苷(Acr U),在嘧啶基团的侧链引入酯基降低碱基互补配对的空间位阻,强化Acr U对dA的组装作用。通过乳液模板法制备一面带有氯元素另一面为氨基的各向异性SiO_2纳米片(J-SNs),利用表面原子转移自由基聚合(SI-ATRP)和酰胺化反应在J-SNs两面分别修饰dA的MIPs和磁响应颗粒,合成了Janus型磁性MIPs吸附剂(J-SNs-MMIPs),实现磁响应和dA分子辨别功能区域的单独设计,有效减少磁性粒子对识别位点的掩蔽,通过特异性匹配单体的引入,增强位点亲和作用,强化分子辨识分离效果。在静态吸附实验中,25℃时,平衡时间为70 min,最大单层吸附容量为61.22μmol/g,J-SNs-MMIPs对dA具有较高的印迹因子,显著的专一辨识性。(2)传统的纳米片表面印迹吸附剂易发生堆叠造成位点掩蔽和不易收集的难题,限制吸附剂在复杂目标物体系分离中的应用。本工作利用两亲性Janus印迹纳米片为固体粒子,海藻酸盐(Alg~-)、钙离子(Ca~(2+))和磁性粒子水分散液作为水相,制备W/O Pickering乳液,Alg~-和Ca~(2+)络合获得马赛克型磁性水凝胶微球吸附剂(J-SNs-MNIPs-Pickering),实现了纳米片吸附剂的定向区域组装,提高位点利用效率,强化选择性分离dA的效果。吸附剂在25℃时对dA的平衡时间和最大吸附容量分别为60 min和73.04μmol/g,均匀分散的吸附剂在外加磁场下30 s内快速回收,具有较好的磁响应性,经过五次再生后仍保持较好的稳定性。2、有序组装策略精确构筑双受体纳米片表面印迹吸附剂及其选择性分离单磷酸腺苷(AMP)的研究(1)本工作结合双受体和有序组装策略,精准控制印迹组装过程,从取向匹配角度调节印迹识别位点。利用两亲性十八胺(ODA)和多巴胺(DA)自聚,制备具有各向异性的纳米片(J-PNs),通过滴定法预测硼酸单体和嘧啶单体分别与AMP作用的最佳比例,利用强亲和共价作用的硼酸单体作为主导功能单体优先固定AMP,嘧啶单体为第二功能单体进一步固定AMP的排列和取向,精准控制印迹组装过程,光引发构建有序组装的双受体表面印迹吸附剂(J-MIPs),并利用J-PNs两面润湿性不同,使J-MIPs在油/水界面处有序排布,简化收集和再生过程,实现吸附剂的快速回收,五次再生后吸附容量是第一次的86.08%,高亲和识别位点约占总位点的76.71%,印迹因子(IF)为2.182,在复杂生物样品中对目标分子AMP具有较好的辨识分离效果。(2)本工作利用亲水Zr-MOFs纳米片作为基质材料,通过有序组装在Zr-MOFs纳米片表面接枝MIPs,制备双受体表面印迹聚合物(D-MIPs),并用于快速选择性分离AMP。25℃条件下,D-MIPs对AMP的半平衡时间t_(1/2)为0.578 h,最大吸附容量达286.7μmol/g,且在不同的温度环境下,Langmuir等温拟合模型更适合描述吸附等温线,AMP在吸附剂表面为单层吸附。动态吸附实验结果表明在低流速条件下具有更高的吸附容量,AMP与吸附剂接触充分,具有更多的活性位点。印迹因子(IF)为2.764,且由D-MIPs吸附生物发酵液加标样品时,至少有97%的AMP被吸附,在复杂的生物样品中具有较高的辨识分离效果,在环境工程领域具有较好的应用前景。3、双受体表面印迹后修饰纳米片吸附剂的制备及其选择性分离单磷酸腺苷(AMP)的研究(1)本工作利用带有双硫键和KD025半抑制浓度NHS酯基的功能单体(DS-FM1)通过酯胺解共价作用固定AMP,再利用硼亲和作用将硼酸单体(PBA-FM2)共价组装,进一步固定AMP分子取向和排列,在介孔SiO_2纳米片表面构建双受体表面印迹聚合物,通过三(2-羧乙基)膦(TCEP)还原和酸性条件脱附构筑印迹识别位点,最后利用印迹后修饰策略,在印迹识别位点空穴内进行特异性修饰,引入碱基互补配对的嘧啶官能团,制备双受体表面印迹后修饰纳米片吸附剂(D-PMIPs),并用于selleckchem CHIR-99021选择性分离AMP。通过静态吸附,D-PMIPs对非印迹、硼酸或后修饰前的单受体印迹纳米片(S-BMIP和S-FMIP)具有较高的印迹因子(2.634、2.690和1.969),高亲和识别位点约占总位点的70.90%,且通过六次再生后,吸附容量可达到第一次的80%,具有较好的稳定性。(2)本工作利用DS-FM1与模板分子AMP的酯胺解共价作用和亲水Zr-MOFs纳米片的离子亲和作用有序组装,精准固定AMP分子取向,热引发制备印迹Wearable biomedical device聚合物,并通过TCEP还原和酸性环境洗脱模板分子,在印迹识别空穴内通过印迹后修饰策略,精细调节识别位点,制备双受体亲水印迹后修饰纳米片吸附剂(D-MOFs@PMIPs),并用于选择性分离AMP。通过静态吸附结果表明,随着温度升高,AMP分子在溶液中的扩散速度增大,吸附效果显著增加,D-MOFs@PMIPs的吸附容量从288 k条件下的120.4μmol/g增加到308 k条件下的143.6μmol/g,且在不同温度环境下,Langmuir模型都适合描述吸附等温线,AMP在吸附剂表面均为单层吸附。选择性吸附结果表明,D-MOFs@PMIPs对AMP的k_d值为219.0 L/g,明显大于dC、dG、dA、ADP和ATP的19.48、18.88、37.13、49.17和45.71 L/g,进一步证明印迹后修饰的识别位点对AMP具有较好的辨识分离效果,且在实际环境水样中具有较好的选择性分离性能。