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茶碱分子印迹互穿聚合物网络的合成及性能研究

一、引言

（一）分子印迹技术与互穿聚合物网络（IPN）的研究背景

分子印迹技术（MolecularImprintingTechnology，MIT）作为材料科学与化学领域的前沿技术，近年来取得了显著进展。其原理是在聚合过程中，模板分子与功能单体通过共价或非共价作用形成复合物，交联聚合后去除模板分子，从而在聚合物中留下与模板分子空间结构和结合位点互补的特异性识别位点。这种“记忆效应”赋予分子印迹聚合物（MolecularlyImprintedPolymers，MIP）对目标分子高度的选择性识别能力，使其在分离富集、仿生传感、药物控释等领域展现出独特优势。

互穿聚合物网络（InterpenetratingPolymerNetworks，IPN）则是由两种或多种交联聚合物相互贯穿形成的独特网络结构。各聚合物组分在IPN中保持各自的化学结构和性能，同时通过相互交织产生协同效应，使得IPN材料兼具多种聚合物的优良特性，如优异的力学性能、化学稳定性和热稳定性等。在分子印迹领域引入IPN结构，不仅能够改善MIP的物理形态和机械性能，还能为特异性识别位点提供更稳定的微环境，从而有效提升印迹材料的吸附容量与选择性。

茶碱（Theophylline）作为一种广泛应用于呼吸系统疾病治疗的药物，其检测与分离在临床诊断和药物分析中具有重要意义。构建基于茶碱的分子印迹互穿聚合物网络，能够为茶碱的高效分离和检测提供新型功能材料，推动相关领域的技术进步。

（二）研究目的与意义

传统分子印迹聚合物的制备常采用封管聚合方法，虽然该方法操作相对简单，反应条件易于控制，但却存在诸多弊端。例如，所得聚合物颗粒形状不规则，大小分布不均，这不仅影响了材料在实际应用中的装填性能和传质效率，还导致其热力学性质不稳定，容易在使用过程中流失；后续的研筛过程不仅繁琐，还会造成产品损失较多，且研磨过程可能破坏部分结合基团，进而降低MIP对目标分子的选择性。

为解决上述问题，本研究基于悬浮聚合技术构建茶碱分子印迹互穿聚合物网络，旨在实现粒径可控的珠体合成，简化后续处理流程。通过系统研究原料配比（如功能单体、交联剂、致孔剂的用量比例）、反应条件（如反应温度、时间、引发剂浓度）等因素对IPN结构和性能的影响，深入解析IPN结构与吸附性能之间的构效关系。这不仅有助于从分子层面理解印迹过程和识别机制，还能为高性能分子印迹材料的设计与制备提供坚实的理论基础和实验依据，推动分子印迹技术在药物分析、生物传感等领域的实际应用。

二、茶碱分子印迹互穿聚合物网络的合成方法

（一）原料与试剂

基础聚合物网络：选用大孔聚二乙烯基苯（PDVB）树脂球作为基础网络骨架，其粒径可根据实际需求通过特定合成工艺精准调控，以满足不同应用场景对材料孔径和比表面积的要求。同时，磺化聚二乙烯基苯（PDVB-SO?H）或聚丙烯酸（PAA）前驱体也可作为备选基础材料，为后续互穿网络的构建提供多样化选择。

功能单体与交联剂：在以聚丙烯酸为第二网络的体系中，工业丙烯酸作为功能单体，凭借其丰富的羧基官能团，能与茶碱分子通过氢键、静电作用等形成稳定的相互作用，为印迹位点的构建奠定基础。二乙烯基苯（DVB）则作为交联剂，在聚合过程中通过双键的交联反应，将功能单体连接成三维网络结构，增强聚合物的机械强度和稳定性。对于磺化PDVB体系，直接利用苯环上的磺酸基团作为功能位点，与茶碱分子特异性结合，无需额外添加功能单体，简化了合成步骤。

辅助试剂：致孔剂在合成过程中起着关键作用，甲苯和环己烷等有机溶剂常被用作致孔剂。它们在聚合体系中能溶解单体和交联剂，但不参与聚合反应，聚合完成后通过洗脱去除，从而在聚合物内部留下丰富的孔隙结构，提高材料的比表面积，促进目标分子的传质与吸附。偶氮二异丁腈（AIBN）作为引发剂，在受热条件下分解产生自由基，引发单体和交联剂的聚合反应，其用量直接影响聚合反应速率和聚合物的分子量分布。分散剂用于稳定悬浮聚合体系中的单体液滴，聚乙烯醇（PVA）和氯化钠溶液是常用的分散剂。PVA通过在液滴表面形成保护膜，阻止液滴之间的合并；氯化钠溶液则通过调节水相的离子强度，影响液滴的表面电荷和界面张力，共同确保聚合反应在稳定的分散体系中进行。

（二）悬浮聚合法制备IPN珠体

模板分子-单体复合物构建：将茶碱作为模板分子，精确称取一定量溶解于合适的有机溶剂中，如甲醇、乙醇等。随后，向溶液中加入功能单体（丙烯酸或利用磺化PDVB的活性基团），在温和搅拌条件下，茶碱分子与功能单体通过氢键、疏水作用等相互作用，自发形成预组装复合物。这种复合物的形成是分子印迹技术的关键步骤，决定了最终聚合物对茶碱分子的特异性识别能力。

溶胀与聚合过程：