謝春生，游 姿，馮靜怡，張曉冰，吳賢格

（1.肇慶學院環(huán)境與化學工程學院，廣東 肇慶 526061；2.廣東省環(huán)境健康與資源利用重點實驗室，廣東 肇慶 526061）

針對目標分子，通過化學反應制備得到的能夠特異性結合目標分子的印跡材料被稱為分子印跡聚合物（molecularly imprinted polymers, MIPs）[1].分子印跡聚合物通常是由功能單體和交聯(lián)劑等共聚合成；共聚反應結束后, 采用物理或化學的方法將模板分子從高度交聯(lián)的高分子基質(zhì)中洗脫，能夠獲得在形狀、尺寸、互補官能團及其排列等方面均為模板分子量身定做的特異性識別空腔，因而制備得到的分子印跡聚合物能夠選擇性識別和結合模板分子或其結構類似物[2].中國是抗生素產(chǎn)量最大的國家，同時也是抗生素使用量最大的國家.由于在醫(yī)療、畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖上大量使用抗生素，導致抗生素不斷進入環(huán)境中，給生態(tài)環(huán)境與人體健康帶來極大的風險[3].部分抗生素具有高毒性、持久性、難生物降解性等.環(huán)境中抗生素殘留和抗生素基因的分布及其健康風險評價成為近年來國內(nèi)外研究的熱點[4-5].在我國地表水體中，抗生素污染物殘留檢出頻率非常高，尤其是磺胺類抗生素和氟喹諾酮類抗生素的檢出頻率與殘留濃度最高[6-7].因此，迫切需要開發(fā)一種有效而廉價的處理方法，以選擇性地識別和去除環(huán)境污染物中的目標抗生素.近年來，基于分子印跡的固相萃取技術研究及其在抗生素殘留檢測中的應用得到了國內(nèi)外的普遍關注[8-10].本文重點介紹近5年國內(nèi)外研究獲得的各種抗生素分子聚合物的制備及性能，以及在抗生素殘留檢測與去除中的研究進展.

1 抗生素分子印跡聚合物的制備及應用

1.1 磺胺類抗生素分子印跡

磺胺類抗生素具有抗菌譜較廣、性質(zhì)穩(wěn)定、使用簡便等優(yōu)點.但人體長期接觸磺胺類抗生素會導致造血機能受到干擾，并引起慢性中毒.Zamora-Gálvez 等人[11]報道了一種基于MIPs修飾的磁鐵礦納米粒子的雜化材料，此復合材料的傳感系統(tǒng)具有較優(yōu)的檢測限（1×10-12mol/L），與液相色譜和質(zhì)譜法相近，可以在海水等復雜的基質(zhì)中檢測磺胺甲噁唑殘留.近年來，智能型的高分子聚合物被認為是極具前景的分子印跡材料.陳小娟等[12]以聚苯乙烯二維光子晶體為模板，磺胺二甲嘧啶為印跡分子，甲醇為溶劑，甲基丙烯酸和二甲基丙烯酸乙二醇酯分別為功能單體和交聯(lián)劑，2，2-二乙氧基苯乙酮為引發(fā)劑，經(jīng)紫外光引發(fā)低溫聚合反應，用甲醇/乙酸（體積比9:1）混合液洗脫除去印跡分子，制備得到能夠特異性識別磺胺二甲嘧啶的分子印跡二維光子晶體水凝膠（MIPH）；應用此方法制備得到的水凝膠可以方便直觀地用于樣品中磺胺二甲嘧啶的即時檢測.Zhang 等人[13]設計了一種巧妙構思的分子印跡光敏傳感器，該傳感器將聚甲基丙烯酸（PMAA）嵌入海膽形Bi2S3體系結構中，專門用于靈敏地分析磺胺嘧啶；計算出的檢出限為9.06×10-8g/L.

1.2 四環(huán)素類抗生素分子印跡

四環(huán)素（TC）類藥物由于具有廣譜抗菌活性，價格低廉，常被廣泛用于動物疾病的治療.Ma等人[14]以酵母為基礎，制備了一種具有熱響應性和磁性的新型分子印跡聚合物（TMMIPs），用于選擇性吸附水溶液中的四環(huán)素.Ye?ilova 等人[15]將TC印跡的聚甲基丙烯酸羥乙酯-N-甲基丙烯?；?L-谷氨酸甲酯[poly（HEMA-MAGA）]顆粒包埋在聚甲基丙烯酸羥乙酯[PHEMA]中，制備了具有對TC分子具有選擇性識別位點的聚（HEMA-MAGA）凝膠顆粒，對水溶液中四環(huán)素的吸附容量達680 mg/g.Jing 等人[16]使用4-氨基硫酚（4-ATP）修飾的金納米星（GNS）作為強拉曼報告分子，該膜上涂有抗TC單克隆抗體，作為生物識別，可在測試線上獲得視覺和拉曼信號，檢測到濃度為0.5～50 ng/mL的TC標準溶液，拉曼信號的檢出限（LOD）為0.04 ng/mL.

1.3 喹諾酮類抗生素分子印跡

喹諾酮類（FQs）通常具有1,4-二氫-4-氧代喹啉-3-羧酸結構，廣泛用于臨床診療，動物疾病預防及促生長.An等[17]以恩諾沙星為模板，3-氨基丙基三乙氧基硅烷為功能單體，通過溶膠-凝膠法制備了一種新型的磁性分子印跡介孔硅膠，結果表明，與非印跡材料相比，MIPs對恩氟沙星的吸附量明顯增加，吸附量達45.74 mg/g.Tong等人[18]利用甲基丙烯酸3-（三甲氧基硅基）丙酯（MPS）修飾Fe3O4/SiO2微球，制備了磁性分子印跡固相萃取劑耦合液相色譜，同時檢測環(huán)境水中的4種氟喹諾酮類抗生素，方法的檢出限達4.1～21.3 μg/L，方法能夠滿足環(huán)境水樣中氟喹諾酮類抗生素的殘留檢測要求.Lu等人[19]通過使用諾氟沙星（NOR）和恩諾沙星（ENR）作為雙模板，通過沉淀聚合反應制備了具有高吸附能力和對NOR和ENR的優(yōu)異選擇性的雙模板分子印跡聚合物（dt-MIP），對湖泊，海水和自來水樣品中獲得的2個FQ的回收率均在80.9%～101.0%的范圍內(nèi)，相對標準偏差為0.9%～6.9%.

1.4 環(huán)丙沙星類抗生素分子印跡

環(huán)丙沙星（CIP）是第三代氟喹諾酮類抗菌劑，有易于使用，成本低廉的特點，同時針對各種細菌感染的廣泛活性具有獨特的療效，所有這些優(yōu)點促使CIP一直成為最常用的抗生素之一.Lian等人[20]應用分子印跡固相萃?。∕ISPE）技術，開發(fā)了一種用于天然海水樣品中環(huán)丙沙星的凈化和預富集的高選擇性預處理方法，海水樣品的回收率介于75.2%～112.4%之間，相對標準偏差小于4.46%，并對來自膠州灣的海水樣品中的環(huán)丙沙星殘留進行了實際應用檢測分析.Zhu等[21]合成了一種新型的與水相容的環(huán)丙沙星印跡聚合物，由包含1-烯丙基-3-乙烯基咪唑氯和甲基丙烯酸2-羥乙酯的雙官能單體提供的親水基團，包括陰離子氯，羥基和羰基氧，被引入到印跡材料中.MIP對環(huán)丙沙星的最大吸附能力達19.96 mg/g，回收率為87.33%～102.50%，可應用于分離真實的水樣等樣品中痕量的環(huán)丙沙星.Hashemi等[22]以合成的分子印跡聚合物為吸附劑，從海水等樣品中微量提取環(huán)丙沙星并用于后續(xù)的檢測，在最佳條件下的線性范圍提取因子為5～150 μg/L，分析物的檢出限為1.50 μg/L，該方法的重現(xiàn)性（相對標準偏差）優(yōu)于7.0%.Fan等[23]為了可以快速分離和分析多種水樣中的痕量環(huán)丙沙星類藥物，使用選定的環(huán)丙沙星作為模板，介孔二氧化硅改性的磁性氧化石墨烯作為載體，通過表面分子印跡技術制備MIP，并優(yōu)化了制備條件和吸附條件.MIP對環(huán)丙沙星的吸附容量為20.01 mg/g，表現(xiàn)出對環(huán)丙沙星類的高吸附能力和出色的選擇性識別能力.

1.5 氯霉素類抗生素分子印跡

氯霉素類抗生素（CAPs）已經(jīng)廣泛應用于治療和預防家禽、家畜及水產(chǎn)品的疾病，然而長期使用可引起再生障礙性貧血和其他惡性血液病，故許多國家嚴格禁止將CAP用于食品動物（特別是蛋雞和奶牛）中.Dai等[24]報道了一種新穎的核-殼表面印跡納米球，該印跡球基于超薄的聚合物膜和磁性介孔納米二氧化硅（MMSNs@MIPs），通過簡單的原位沉淀聚合反應而形成的具有與火龍果相似的結構的納米印跡聚合物，它的吸附容量為232.6 mg/g，能夠很好地應用于氯霉素的選擇性吸附去除.Qin等人[25]應用表面印跡技術制備了Fe3O4@SiO2型磁性分子印跡納米顆粒（NPs），從海洋沉積物樣品中選擇性分離氯霉素，通過HPLC用紫外二極管陣列檢測器（DAD）對CAP 進行定量檢測，檢測極限為0.1 μg/L，在0.1～20 mg/L 的CAP 濃度之間具有良好的線性響應.Mohamed等人[26]制備了用于氯霉素吸附的氨基官能化二氧化硅接枝分子印跡聚合物，最大單層吸附能力達32.26 mg/g，可以用作潛在的水相容性吸附劑，以選擇性地從水相中吸附和去除CAP.

1.6 其他類型抗生素分子印跡

Ayankojo等人[27]通過使用甲基丙烯酰胺（MAAM）作為有機功能單體，四乙氧基硅烷（TEOS）作為無機前體和乙烯基三甲氧基硅烷（VTMOS）作為偶聯(lián)劑的溶膠-凝膠法制備薄膜，合成了對阿莫西林（AMO）有選擇性的有機-無機雜化MIP 薄膜（AMO-MIP），并與表面等離振子共振（SPR）傳感器集成在一起；實驗結果顯示，AMO-MIP 膜對AMO的結合能力比相應的非印跡聚合物（NIP）高約16倍；經(jīng)過AMO-MIP 修改的SPR傳感器可以檢測LOD降至73 pM的AMO.Kuru等人[28]以無表面活性劑乳液聚合法合成了青霉素G印跡的聚納米聚合物，以從環(huán)境樣品中去除抗生素殘留物.結果顯示在5 mg/mL的青霉素G初始濃度下，納米聚合物的比吸附值高達71.91 g/g，分子印跡納米聚合物對青霉素G 吸附能力是非印跡納米聚合物的15倍.Pupin 等人[29]以MAA和TRIM分別為功能單體和結構單體，AIBN為引發(fā)劑，密封并在5℃的水浴中使用125 W高壓汞進行通過光聚合的合成策略制備選擇性識別青霉素G（也稱為芐青霉素）的磁性分子印跡聚合物，與常見的熱聚合相比，光聚合具有在較低溫度下發(fā)生的優(yōu)勢，這可防止分析物降解.

2 抗生素分子印跡聚合物的應用研究進展

2.1 分子印跡耦合納米技術吸附抗生素

分子印跡聚合物在制備過程中如何獲得更多的結合位點，更快的傳質(zhì)速度和更便捷的分離方法是應關注的重點.以Fe3O4納米顆粒為磁性載體（內(nèi)核），利用其制備Fe3O4@MIPs印跡微球，用作磁性固相萃取吸附材料，可以從環(huán)境等樣品中快捷高效和選擇性地吸附富集抗生素[30].多種納米材料對水溶液中的抗生素殘留具有良好的吸附效果[31]，將納米材料與分子印跡聚合物相結合，可以有效改善傳統(tǒng)印跡所存在的聚合物形狀不規(guī)則，有效結合位點少以及傳質(zhì)速度慢等缺點，成為近年的研究熱點[32].

2.1.1 耦合石墨烯（GO）材料

石墨烯具有非常穩(wěn)定的苯六元環(huán)基本結構，并且具有較高的吸附能力和氧化能力.基于石墨烯的吸附和高級氧化工藝去除抗生素已有較多的研究，然而結合分子印跡方面的報道尚較罕見[33].Tan等[34]制備聚多巴胺包覆的氧化石墨烯/Fe3O4印跡納米顆粒，用于選擇性去除氟喹諾酮類抗生素，吸附容量達70.9 mg/g，吸附后納米顆?？梢院苋菀椎乇淮盆F分離，然后通過簡單的洗滌進行重復吸附來再生；成功用于海水中氟喹諾酮類抗生素的去除，去除效率超過95%.Chen等人[35]應用非共價分子印跡方法制備了氧化石墨烯（GO）-官能化的分子印跡聚合物（MIP）（GO-MIPs），并將其應用于分散固相萃?。―SPE），對河水和自來水樣品的頭孢羥氨芐檢出限為0.01 μg/mL，加標平均回收率在72.5%～104.8%之間.Fan等人[36]使用六種磺胺類抗生素作為模板，介孔二氧化硅負載在磁性氧化石墨烯表面作為載體，以4-乙烯基苯甲酸為功能性單體，在有模板與功能性單體的預聚合條件下制備MIP，用于快速分離和分析環(huán)境水樣中的磺胺類抗生素.

2.1.2 耦合碳納米管(CNTs)材料

碳納米管（CNTs）是由石墨片組成的圓柱形、中空結構的納米碳材料，具有良好的傳熱性、導電性、較高的機械強度和較大的比表面積，在環(huán)境水處理方面顯示較強的應用潛力[37].碳納米管與分子印跡技術相結合不僅可以增加其表面結合位點，降低結合位點被包埋的幾率，提高結合率，并且可以提高對目標抗生素殘留的吸附選擇性[38].Liu等[39]基于分子印跡聚吡咯/多壁碳納米管復合涂層的電化學增強固相微萃取方法，用于選擇性萃取水性樣品中的氟喹諾酮，尿液樣品的回收率為85.1%～94.2%，土壤樣品的回收率為89.8%～95.5%.Wong 等人[40]開發(fā)了一種用羧基官能化的多壁碳納米管（MWCNT-COOH）和氧化石墨烯（GO）組合修飾而成的基于碳糊電極的電化學傳感器，用于靈敏和選擇性測定四環(huán)素；將GO和MWCNT-COOH摻入碳糊中可改善器件的靈敏度，選擇性和穩(wěn)定性；MWCNT-COOH-GO/CPE傳感器成功地用于檢測河水等樣品中的四環(huán)素，相對標準偏差（RSD）小于6.5%（n=3）.Kazemi等人[41]通過共沉淀法合成了一種新型的高效磺胺嘧啶印跡聚合物，并將其成功接枝在磁性多壁碳納米管上；在最佳條件下，該方法的檢測限為0.56 μg/L，富集系數(shù)為300.0，該方法成功地用于測定環(huán)境水樣等樣品中的磺胺嘧啶.

2.1.3 耦合金屬有機框架（MOF）材料

金屬有機骨架（MOF）被認為是與有機配體協(xié)調(diào)形成一個或某些尺寸結構的一組化合物（金屬離子或簇），具有其他固體沒有顯示出化學修飾中通常使用的精度，甚至沒有在不更改基礎拓撲的情況下增加其度量的能力[42].Lian等人[43]制備了獨特的核-殼鈦基金屬有機骨架（MOF）功能化的磁性微球并用作磁性吸附劑，用于從水樣中富集5種氟喹諾酮，所制備的Fe3O4@Cys@MIL125-NH2顯示出強大的磁響應性，良好的親水性以及對目標分析物的優(yōu)異親和力，對自來水和河水樣品，5種氟喹諾酮類的滿意回收率在83.8%～109.4%的范圍內(nèi)，RSD低于8.9%.Zhao等人[44]在一種金屬有機骨架的UiO-66-NH2的表面上制備了一種新型的具有高吸附能力，高吸附速率和對氟喹諾酮類選擇性的表面分子印跡聚合物；最大吸附容量為99.19 mg/g，在65 s內(nèi)達到吸附平衡；對湖水中4種氟喹諾酮類化合物的回收率為92.6%～100.5%，相對標準偏差為2.9%～6.4%（n=3）.

2.2 分子印跡耦合光催化選擇性降解環(huán)境中的抗生素

抗生素分子印跡聚合物可以有效實現(xiàn)對環(huán)境中各種抗生素污染物的選擇性吸附去除，但只是實現(xiàn)了抗生素污染物的轉移.分子印跡耦合生物降解技術，即利用分子印跡聚合物對環(huán)境中有機污染物進行選擇性吸附的同時引入微生物對其進行生物降解，具有良好的應用前景[45-46].然而，由于抗生素通常對微生物具有強烈抑制作用，微生物對抗生素污染物的降解效率較低[47]，因此，近年來，分子印跡耦合光催化選擇性氧化降解環(huán)境中的抗生素成為研究熱點[48].

2.2.1 分子印跡耦合TiO2催化氧化降解抗生素

光催化是一種綠色高效的高級氧化技術，能夠在紫外或者可見光激發(fā)下實現(xiàn)有機污染物的完全降解以及重金屬的還原.近年來，基于半導體光催化的環(huán)境污染物治理技術受到越來越多的關注，其中又以成本低、效率高、化學穩(wěn)定性強的納米TiO2應用最為廣泛[49].將光催化技術與分子印跡技術相耦合，則有望實現(xiàn)低濃度有機污染物的選擇性降解.由此可見，在分子印跡吸附劑選擇性富集環(huán)境污染物的基礎上，采用耦合TiO2光催化的手段進行污染物的完全降解或還原去除, 是近年來研究者重點關注的一個方向[50].He等[51]耦合高度定向的一維MOF材料（MIL-100?Fe）和TiO2納米陣列制備印跡光催化劑，制備的（MIL-100?Fe）/TiO2復合納米陣列實現(xiàn)了抗生素四環(huán)素高達90.79%的光降解效率，遠高于原始TiO2納米陣列（35.22%）.鄭旭陽等[52]制備了石墨化介孔碳-TiO2復合光催化材料，一方面借助石墨化介孔碳高效吸附性和導電性，另一方面對其表面進行分子印跡優(yōu)化，增加復合材料的選擇性，制得的樣品對CIP的飽和吸附量和光催化降解速率常數(shù)分別為競爭污染物磺胺甲惡唑的7.2倍和3倍.Tabatabai等人[53]制備了包含TiO2納米片，還原的氧化石墨烯和不同負載量銀的三元納米復合材料（TGA），以光催化處理四環(huán)素（TC）抗生素廢水，可見光照射3 h后，對水樣四環(huán)素的最佳降解效率為52.56%；還原的氧化石墨烯充當了將光致電子從等離子體銀納米顆粒轉移到TiO2納米片的橋梁作用.Fang等人[54]應用表面分子印跡技術，結合光催化降解和磁選技術，制備了一種新型的磁性分子印跡聚合物（CoFe2O4@TiO2-MMIP）對氟喹諾酮類藥物諾氟沙星的最大吸附容量為14.26 mg/g，可以同時完成污染物的吸附，光催化降解和原位再生，具有良好的可重復使用性.

2.2.2 分子印跡耦合非TiO2催化氧化降解抗生素

近年來，Bi基光催化材料，石墨相氮化碳（g-C3N4）等非TiO2光催化材料得到越來越多的關注.Lyu等[55]通過簡單的溶劑熱法合成了具有吸附-光催化雙重功能的含氧空位的BiOBr微球，具有氧空位的BiOBr微球比缺乏缺陷的BiOBr微球表現(xiàn)出更高的吸附和光催化活性以去除四環(huán)素.吸附30 min和可見光照射90 min后，含氧空位的BiOBr微球去除了約94%的TC，并且在3.1至11.00的pH范圍內(nèi)有效地去除了TC.張艷榮等[56]為了有效處理低濃度抗生素殘留廢水，以水熱法制備的BiOBr為載體，諾氟沙星為模板，通過表面分子印跡法制備了BiOBr分子密封材料，實驗結果表明，在pH為中性，MIP投加量為2.5g/L的條件下，MIP對5 mg/LNOR溶液的去除率達到96.2%，且對低濃度（1 mg/L）NOR溶液的去除率達到99%.Du等人[57]以四環(huán)素（TC）為分子模板，通過后合成修飾法合成了一種簡單，可回收的半導體@MOF光催化印跡（ZnO@NH2-UiO-66，ZUM），可見光照射30 min后，TC的降解率達到61.9%；·OH和·自由基在降解過程中起著非常重要的作用.Sun等人[58]制備了一種分子印跡的Ag/Ag3VO4/g-C3N4光催化劑（MIP），對四環(huán)素具有出色的特異性識別能力以及出色的光催化活性，MIP的選擇性因子（a）達到3.20，實現(xiàn)了光催化降解TC的優(yōu)先選擇，光催化過程的主要活性物種為·和h+.Yuan等人[59]合成了分子印跡的石墨碳氮化物（MIP-C3N4）納米片用于市政污水處理系統(tǒng)中細胞外抗生素抗性基因（ARG）選擇性吸附和降解.在UVA輻照下，使用MIP-C3N4對二級處理后廢水中的ARG的光催化去除比使用裸石墨氮化碳快37倍.

3 結論與展望

環(huán)境中抗生素污染物殘留濃度低，干擾物多，對其檢測和去除均較困難.抗生素分子印跡聚合物對環(huán)境中抗生素殘留具有極強的選擇性吸附能力，可減少其他物質(zhì)的干擾，有效提高抗生素殘留檢測的檢出限和精密度.分子印跡耦合納米技術不僅提高了各種納米材料對環(huán)境中抗生素污染物殘留的吸附容量，也提高了對其選擇性吸附的能力.而分子印跡耦合光催化技術更是實現(xiàn)了對環(huán)境中抗生素污染物殘留的選擇性吸附和同步降解具有廣闊的應用前景.抗生素分子印跡聚合物的制備及應用取得了較大的進展，但通過分析目前的研究進展，將來的研究方向主要集中在：①印跡材料與各種新型材料或傳感器結合，實現(xiàn)對環(huán)境中抗生素殘留的更快捷、更靈敏的檢測；②通過開發(fā)與優(yōu)化新型分子印跡制備體系，提高分子印跡聚合物吸附環(huán)境中抗生素污染物殘留的實用性和經(jīng)濟性；③通過印跡耦合新型催化降解材料，實現(xiàn)對環(huán)境中抗生素污染物殘留的同步吸附與原位降解.由此可見，抗生素分子印跡聚合物的研究與應用，前景廣闊.