ZIF-8@ SiO2核壳微球及其制备方法和应用专利检索-发明人专利权专利检索查询-专利查询网

ZIF-8@ SiO2核壳微球及其制备方法和应用

阅读：227发布：2021-04-14

专利汇可以提供ZIF-8@ SiO2核壳微球及其制备方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种ZIF-8@SiO2核壳微球，是具有以SiO2微球为核，以ZIF-8为壳的核-壳结构的复合微球。据此，发明人还建立了相应制备方法，以SiO2微球为核，先对其进行羧基修饰得到SiO2-COOH，然后通过层层交替的生长法在其表面层层生长沸石型的金属有机骨架ZIF-8壳层。实验表明，本发明产品的复合微球具有涂层厚度可控、形貌规整、稳定性强的特点，将其作为固相萃取材料制备在线固相萃取柱并与高效液相色谱联用用于对喹诺酮类药物的在线富集检测，重复性好、批次重现性高，对喹诺酮类药物具有较好的富集能力，并且具有操作简单、快速、高效和使用溶剂少的优点，因此实际应用前景广泛。，下面是ZIF-8@ SiO2核壳微球及其制备方法和应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种ZIF-8@SiO2核壳微球，其特征在于是具有以SiO2微球为核，以ZIF-8为壳的核-壳结构的复合微球。
2.权利要求1所述ZIF-8@SiO2核壳微球用于富集喹诺酮类药物，其特征在于：所述喹诺酮类药物为依诺沙星、诺氟沙星、环丙沙星、洛美沙星、恩诺沙星。
3.权利要求1所述ZIF-8@SiO2核壳微球用作固相萃取材料。
4.以权利要求3所述固相萃取材料制备的在线固相萃取柱。
5.权利要求4所述在线固相萃取柱用于富集喹诺酮类药物。
6.权利要求1所述ZIF-8@SiO2核壳微球的制备方法，其特征在于：以SiO2微球为核，先对其进行羧基修饰得到SiO2-COOH，然后通过层层交替的生长法在其表面层层生长沸石型的金属有机骨架ZIF-8壳层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)SiO2微球表面的氨基修饰
在加热条件下，二氧化硅微球与3-氨丙基三乙氧基硅烷在N,N-二甲基甲酰胺溶液中回流反应，得到氨基修饰的二氧化硅SiO2-NH2；
(2)SiO2微球表面的羧基修饰
将步骤(1)所得的SiO2-NH2与顺丁烯二酸酐在N,N-二甲基甲酰胺溶液中搅拌反应，得到羧基修饰的二氧化硅SiO2-COOH；
(3)SiO2微球表面层层生长ZIF-8
将步骤(2)所得的SiO2-COOH加入含有Zn(NO3)2·6H2O的甲醇溶液，回流反应，反应后离心，用甲醇洗涤；将离心所得产物加入含2-甲基咪唑的甲醇溶液，回流反应后离心，用甲醇洗涤，就此完成一次壳层的生长；重复此层层生长的步骤，即得复合微球。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中：加热温度为80℃，二氧化硅微球用量为3g，3-氨丙基三乙氧基硅烷用量为3.48mL，N,N-二甲基甲酰胺溶液用量为
150mL，回流反应12h。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中：顺丁烯二酸酐用量为
0.0123mol，N,N-二甲基甲酰胺溶液用量为80mL，搅拌反应12h。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中：含有Zn(NO3)2·6H2O的甲醇溶液为50mL，Zn(NO3)2·6H2O含量为2.35g；含2-甲基咪唑的甲醇溶液为50mL，2-甲基咪唑含量为6.48g；回流反应1h；离心转速为5000rpm，时间是10min；重复此层层生长的步骤五次或十次。

说明书全文

ZIF-8@ SiO2核壳微球及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于固相萃取材料技术领域，尤其涉及一种ZIF-8@ SiO2核壳微球及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 喹诺酮类抗生素药物是一种合成抗菌药，具有广谱抗菌作用、抗菌作用力强，多用作兽医诊治和水产养殖的抗感染药物，并起到了良好的作用效果。细菌对喹诺酮类抗菌药的先天耐药性频率极低，但获得性耐药却迅速发展，并且喹诺酮类抗生素药物容易残留在动物体内，因为此类抗生素药物在动物体内不能完全被吸收以及代谢成无活性物质排出体外，可以进一步通过食物链进入人体，对人体健康造成损害。喹诺酮类抗生素还存在潜在的遗传毒性和致癌性，威胁着人们的身体健康。

[0003] 固相萃取技术(SPE)是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品基体和干扰物分离，达到分离和富集目标化合物目的的一种样品前处理技术。固相萃取具有样品转移步骤少、萃取速度快、溶剂消耗少、回收率高、重现性好，操作流程快，安全性和准确度高等优点，尤其是在线SPE操作简单，只需不同通道切换即可达到样品富集与分离的偶联，最大程度上减少了操作人员误差，缩短了分析时间，具有更高的灵敏度，可以在食品中药物残留的分析检测中应用。吸附剂是固相萃取技术的核心，发展对目标物具有高选择性和高富集效率的新颖固相萃取吸附剂是样品前处理领域的重要研究方向。

[0004] 金属有机骨架(MOFs)是一类由金属离子或金属簇与有机配体配位自组装形成的新型多孔晶体材料，具有比表面积大、孔尺寸可调、稳定性良好、骨架可进行后修饰，以及孔道结构规则、多样等优点，MOFs在固相萃取领域的应用具有良好的应用前景。然而，传统方法合成的MOFs颗粒形状不规则、粒径分布较宽或颗粒较细，所填装的萃取柱的柱压过高、重现性差。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种形貌规整、制备成本低的ZIF-8@ SiO2核壳微球及其制备方法和应用，所得产品对喹诺酮类药物具有较好的富集能力。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

[0007] ZIF-8@ SiO2核壳微球，是具有以SiO2微球为核，以ZIF-8为壳的核-壳结构的复合微球。

[0008] 上述ZIF-8@ SiO2核壳微球用于富集喹诺酮类药物，喹诺酮类药物为依诺沙星、诺氟沙星、环丙沙星、洛美沙星、恩诺沙星。

[0009] 上述ZIF-8@ SiO2核壳微球用作固相萃取材料。

[0010] 以上述固相萃取材料制备的在线固相萃取柱。

[0011] 上述在线固相萃取柱用于富集喹诺酮类药物。

[0012] 上述ZIF-8@ SiO2核壳微球的制备方法，以SiO2微球为核，先对其进行羧基修饰得到SiO2-COOH，然后通过层层交替的生长法在其表面层层生长沸石型的金属有机骨架ZIF-8壳层。

[0013] 上述制备方法，包括以下步骤：

[0014] (1)SiO2微球表面的氨基修饰

[0015] 在加热条件下，二氧化硅微球与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)在N,N-二甲基甲酰胺溶液中回流反应，得到氨基修饰的二氧化硅SiO2-NH2；

[0016] (2)SiO2微球表面的羧基修饰

[0017] 将步骤(1)所得的SiO2-NH2与顺丁烯二酸酐在N,N-二甲基甲酰胺溶液中搅拌反应，得到羧基修饰的二氧化硅SiO2-COOH。

[0018] (3)SiO2微球表面层层生长ZIF-8

[0019] 将步骤(2)所得的SiO2-COOH加入含有Zn(NO3)2·6H2O的甲醇溶液，回流反应，反应后离心，用甲醇洗涤；将离心所得产物加入含2-甲基咪唑的甲醇溶液，回流反应后离心，用甲醇洗涤，就此完成一次壳层的生长；重复此层层生长的步骤，即得复合微球。

[0020] 步骤(1)中：加热温度为80℃，二氧化硅微球用量为3g，3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)用量为3.48mL，N,N-二甲基甲酰胺溶液用量为150mL，回流反应12h。

[0021] 步骤(2)中：顺丁烯二酸酐用量为0.0123mol，N,N-二甲基甲酰胺溶液用量为100mL，搅拌反应12h。

[0022] 步骤(3)中：含有Zn(NO3)2·6H2O的甲醇溶液为50mL，Zn(NO3)2·6H2O含量为2.35g；含2-甲基咪唑的甲醇溶液为50mL，2-甲基咪唑含量为6.48g；回流反应1h；离心转速为
5000rpm，时间是10min；重复此层层生长的步骤五次或十次。

[0023] 针对目前金属有机骨架(MOFs)及其制备存在的问题，发明人研制了一种ZIF-8@ SiO2核壳微球，是具有以SiO2微球为核，以ZIF-8为壳的核-壳结构的复合微球。据此，发明人还建立了相应制备方法，以SiO2微球为核，先对其进行羧基修饰得到SiO2-COOH，然后通过层层交替的生长法在其表面层层生长沸石型的金属有机骨架ZIF-8壳层。实验表明，本发明产品的复合微球具有涂层厚度可控、形貌规整、稳定性强的特点，将其作为固相萃取材料制备在线固相萃取柱并与高效液相色谱联用(SPE-HPLC)用于对喹诺酮类药物(依诺沙星、诺氟沙星、环丙沙星、洛美沙星、恩诺沙星)的在线富集检测，重复性好、批次重现性高，对喹诺酮类药物具有较好的富集能力，并且具有操作简单、快速、高效和使用溶剂少的优点，因此实际应用前景广泛。附图说明

[0024] 图1是本发明ZIF-8@ SiO2核壳微球的制备方法的原理示意图。

[0025] 图2是本发明制得的ZIF-8@ SiO2复合微球的扫描电镜图，图中：A是未经修饰的SiO2微球，B是ZIF-8修饰了5层厚的SiO2微球，C是ZIF-8修饰了10层厚的SiO2微球。

[0026] 图3是ZIF-8@ SiO2萃取柱在不同pH值对喹诺酮药物富集的影响图。

[0027] 图4是ZIF-8@ SiO2萃取柱在不同上样体积下对喹诺酮药物的富集效果图。

[0028] 图5是ZIF-8@ SiO2萃取柱在不同洗脱时间下对喹诺酮药物的富集效果图。

[0029] 图6是ZIF-8@ SiO2萃取柱对喹诺酮的萃取校准曲线图。

[0030] 图7是500μg/L的喹诺酮标准溶液直接进样和经过不同生长次数的ZIF-8@ SiO2萃复合微球萃取的色谱图，图中：1依诺沙星、2诺氟沙星、3环丙沙星、4洛美沙星、5恩诺沙星。

[0031] 图8是ZIF-8@ SiO2萃取柱的重复性和再现性测定色谱图，图中：A重复性，B再现性，1依诺沙星、2诺氟沙星、3环丙沙星、4洛美沙星、5恩诺沙星。

[0032] 图9是ZIF-8@ SiO2萃取柱对喹诺酮的30次重复萃取的稳定图。

具体实施方式

[0033] 一、SiO2@ZIF-8核壳微球的制备

[0034] 1、二氧化硅微球表面的氨基修饰

[0035] 取二氧化硅微球3g(2.5μm直径,阿拉丁)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)150mL置于250mL的圆底烧瓶中，超声分散10min，在磁力搅拌下逐滴加入3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)3.48mL，然后升温至80℃，反应12h；反应完成后产物离心(5000rpm，6min)，先用DMF洗三次，再用乙醇洗三次，将产物真空干燥，得到氨基修饰的二氧化硅(SiO2-NH2)约3.3g。

[0036] 2、二氧化硅微球表面的羧基修饰

[0037] 取SiO2-NH2粉末2.5g分散于40mL的DMF中；取顺丁烯二酸酐0.0123mol(1.203g)溶于40mL的DMF中，将其逐滴加入SiO2-NH2的分散液中，搅拌反应12h。反应后离心(离心条件同第一步)，用DMF洗三次，再重复一次第二步反应，产物真空干燥，得到羧基修饰的二氧化硅(SiO2-COOH)约2.9g。

[0038] 3、二氧化硅微球表面层层生长ZIF-8

[0039] 称取SiO2-COOH粉末2.9g置于250mL圆底烧瓶中，加入含有2.35g Zn(NO3)2·6H2O的50mL甲醇溶液，升温至70℃，回流反应1h，反应后离心(5000rpm，10min)，用甲醇洗三次；将离心所得产物置于250mL的三口瓶，加50mL含6.48g 2-甲基咪唑的甲醇溶液升温至70℃，回流1小时，反应结束后离心(5000rpm，10min)，用甲醇洗涤三次。此层层生长的步骤重复5或10次，所得离心产物进行真空干燥，就可得到5次和10次生长的复合微球。

[0040] 二、固相萃取小柱的填充以及活化

[0041] 将ZIF-8@ SiO2粉末在120℃下烘干12h，取干燥后的粉末100mg填充在SPE小柱内，再将SPE萃取柱安装在高效液相色谱的六通阀上，取代六通阀的定量环。

[0042] 萃取柱的活化：HPLC进样阀置于“Load”处，用精密蠕动泵上样，上样流速设为1mL/min。先用50mL水冲洗柱子，然后用80mL甲醇冲洗柱子，最后再用30mL甲醇冲洗柱子，即对SPE小柱的活化完毕。

[0043] 三、在线固相萃取

[0044] 本发明自组装ZIF-8@ SiO2在线固相萃取柱的萃取检测过程如下：配制含有一定浓度的依诺沙星、诺氟沙星、环丙沙星、洛美沙星、恩诺沙星的喹诺酮混合标准水溶液，上样前先用喹诺酮标准溶液润洗进样管；上样时，HPLC进样阀处于“Load”状态，将进样管插入进样口，用精密蠕动泵上样，上样流速为1mL/min；上样后，用水淋洗SPE系统18秒，洗去干扰组分和残存在管路内未被吸附的标准样品；进样时，HPLC进样阀转换为“Inject”状态，流动相以0.8mL/min反向冲洗ZIF-8萃取柱将分析物洗脱并使其进入高效液相色谱系统进行分析检测，然后将进样阀从“Inject”状态调回“Load”状态，目的是将样品溶液压缩成一个窄谱进入色谱柱；进样后，用乙腈冲洗萃取柱10min，再用水冲洗萃取柱3min，为下一次进样做准备。每一个上样体积的条件下做三组平行实验。

[0045] 其中，色谱条件的选择如下：

[0046] 使用色谱柱为Eclipse Plus C18柱(5μm，4.6×150mm)，流动相流速为0.8mL/min，柱温为30℃，紫外检测器波长为280nm。流动相洗脱梯度如下表：

[0047] 表1流动相洗脱梯度

[0048]

[0049]

[0050] 四、ZIF-8修饰对SiO2微球表面的影响

[0051] 对未修饰的SiO2微球和生长了ZIF-8壳层的复合微球进行了扫描电镜分析，得到结果如图2所示。从图2A中可看出SiO2球的表面比较光滑，而生长了ZIF-8的SiO2微球(图2B、2C)表面比较粗糙，有小颗粒的晶体均匀的分布在球的表面，球的直径明显增大；其中生长了10次的ZIF-8@ SiO2微球表面的粗糙程度比生长了5次的ZIF-8@ SiO2微球表面的粗糙程度大，也说明了生长了10次的ZIF-8@ SiO2微球上ZIF-8的量较多。

[0052] 五、在线固相萃取条件的优化

[0053] 5.1 pH值对喹诺酮药物富集的影响

[0054] 以上样速度为1mL/min，上样体积为1mL时，测定ZIF-8@ SiO2萃取柱对不同pH值的喹诺酮样品的富集情况，结果如图3所示。喹诺酮的分子结构上有一个羧基，是一种很弱的酸，pKa1约为6，溶液的pH值会影响其带电情况，从而影响吸附剂对其吸附效果，因此优化pH对萃取的影响具有非常重要的作用。由于ZIF-8材料本身带正电，当pH值大于pKa1时，喹诺酮分子上的羧基失去氢离子，倾向于带负点，这时与ZIF-8壳层的作用力变强。从图3结果可知，当样品的pH在1-7的范围内时，对喹诺酮的富集效果随着溶液pH值的升高而增大，而当样品pH为8时ZIF-8对依诺沙星、诺氟沙星、环丙沙星、恩诺沙星这四种喹诺酮类抗生素的吸附能力有所降低，而对洛美沙星的吸附仍在增加，但是，碱性环境下会对二氧化硅微球具有一定的腐蚀性，将对萃取柱造成损伤，因此选取最优的pH为7。

[0055] 5.2上样体积对喹诺酮药物的富集效果的影响

[0056] 上样体积影响的是上样量的多少，采用pH值＝7的喹诺酮溶液，在2-6mL的范围内优化上样体积。根据图4可知，当上样体积从2mL到5mL的范围内增加时，随着上样量的增加，喹诺酮样品的萃取峰面积也增加，而当上样体积高于5mL时，样品的色谱峰面积达到稳定值，说明当上样体积为5mL时萃取柱对5种喹诺酮的吸附量达到了平衡，因此优选上样量为5mL。

[0057] 5.3洗脱时间对喹诺酮药物的富集效果的影响

[0058] 选用pH＝7的5种喹诺酮溶液，上样体积为5mL的条件下优化高效液相色谱流动相对固相萃取柱内吸附的样品洗脱时间。以色谱分离的流速为0.8mL/min，为洗脱速率，洗脱时间分别为1min、1.5min、2min、2.5min、3min。根据图5可知，当流动相的洗脱时间为2min时，就能够将萃取柱里富集的样品全部洗脱下来。因此，选择洗脱时间为2min。5.4标准工作曲线

[0059] 表2喹诺酮溶液萃取后的标准曲线

[0060]

[0061] 在上述优化的最优条件下(pH＝7，上样体积为5mL，洗脱时间为2min)考察ZIF-8@SiO2萃取柱对5种喹诺酮富集的线性范围，结果如图6和表2所示。从结果可知，依诺沙星、诺氟沙星、环丙沙星、洛美沙星、恩诺沙星都能呈很好的线性关系，在10-2000μg/L的范围内能够定量测定。

[0062] 5.5 ZIF-8生长次数对富集效果的影响

[0063] ZIF-8@ SiO2复合微球上ZIF-8的生长次数会影响其在SiO2微球表面的厚度，从而影响吸附剂的量。实验中对比的5次生长和10次生长的ZIF-8@ SiO2复合微球对500μg/L喹诺酮溶液的萃取效果，色谱图如图7所示。由于壳层厚度不同，吸附后洗脱的速率有差异，因此5次生长和次生长的ZIF-8@ SiO2两个萃取柱分离的保留时间有差异。从图上结果可看出，500μg/L的喹诺酮标准溶液直接进样所得的色谱峰很小，采用5次生长的SiO2@ZIF-8复合微球进行萃取所得的色谱峰比10次生长的ZIF-8@ SiO2复合微球进行萃取所得的色谱峰小很多，可以体现出了10次生长的ZIF-8@ SiO2复合微球具有更好的富集效果。更多的生长次数在需要耗费更多的材料合成时间，10次生长的ZIF-8@ SiO2复合微球所得的富集效果已经可以满足分析需求。

[0064] 5.6 ZIF-8@ SiO2萃取柱的富集倍数

[0065] 为了计算SPE萃取小柱的富集倍数，将喹诺酮标准溶液直接进样20μL，测定标准溶液的标准曲线。富集倍数的计算方法如下，结果如表3所示。从结果可以看出10次生长的ZIF-8@ SiO2萃取柱具有较高的富集倍数，富集效果好。

[0066] 表3 SPE萃取柱的富集倍数

[0067]

[0068] 5.7萃取柱的稳定性

[0069] 在500μg/L的浓度下测定同一根萃取柱对喹诺酮的连续6次富集来考察其重复性，所得色谱图如图8A所示，色谱峰面积的相对标准偏差(RSD)范围为2.41-3.64％，说明ZIF-8@ SiO2萃取柱具有较好的重复性。在相同条件下平行制备了3根ZIF-8@ SiO2萃取柱，考察3根萃取柱对500μg/L喹诺酮样品的富集效果(图8B)，所得色谱峰面积的RSD在1.67-4.71％的范围内，说明了制备的萃取柱具有较好的再现性。

[0070] 通过测定30次的重复萃取的峰面积，如图9所示。30次重复萃取的稳定性良好，峰面积的相对标准偏差约为5％，说明ZIF-8@ SiO2萃取柱使用的稳定性好，使用寿命长。

[0071] 5.8实际样品的测定

[0072] 将ZIF-8@ SiO2萃取柱用于实际样品奶粉中的喹诺酮进行富集检测，结果如表4所示。当加标浓度为100μg/L时，5种喹诺酮类样品的回收率在79.46-86.64％的范围内，说明其能够成功应用于实际样品的富集。

[0073] 表4奶粉样品的检测

[0074]

标题	发布/更新时间	阅读量
医学专利技术价格分析系统	2020-05-13	628
麸皮粉在抑制桑黄发酵菌丝体老化中的应用	2020-05-12	427
具有石油降解功能的细菌AW25和其用途及细菌载体	2020-05-13	355
专利分析中的申请人或发明人合并方法	2020-05-11	624
蛇床子素在制备治疗溃疡性结肠炎的药物方面的应用	2020-05-12	115
专利文献发明人分析方法	2020-05-11	438
一种自适应的高校专利科研团队识别方法	2020-05-13	743
一种上下叠加形式的起重机主梁结构构型	2020-05-14	603
一种石英整体摆钟的摆动装置	2020-05-14	512
一种带有水果刀的手机	2020-05-12	586

ZIF-8@ SiO2核壳微球及其制备方法和应用

ZIF-8@ SiO2核壳微球及其制备方法和应用

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：