谢绍伟，孙丽霞，孙建华，罗秋献，陈冰

(广西大学 化学化工学院，广西 南宁 530004)

磁性球形聚合物刷具备优异的物化性能，在金属离子的选择性吸附[1]、抗微生物和防污[2]、固定蛋白质分子[3]、纳米催化剂制备[4]及药物控释等[5]应用领域备受研究者关注。目前磁性球形聚电解质刷(MSPB)制备仍采用传统的乳液聚合法，存在聚合条件苛刻、催化剂需单独合成、工艺复杂繁琐等缺点[6]。本文采用原子转移自由基聚合法(ATRP)制备磁性球形聚甲基丙烯酸甲酯刷，优化制备工艺，提高聚合物刷接枝密度，将其应用于吸附牛血清蛋白(BSA)和血管紧张素转化酶(ACE)抑制肽，为ACE抑制肽的分离纯化提供理论依据与技术支持。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

氯化铁、正硅酸四乙酯(TEOS)、无水乙醇、氨水，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、氯化亚铜、2,2-联吡啶(2,2-bpy)、2-溴异丁酰溴(BiBB)、曲拉通X-100、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、N,N,N′,N″,N″-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)、油酸、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、硫酸亚铁、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠均为分析纯；牛血清蛋白(BSA)、五肽(FFVAP)均为生化试剂。

1.门槛值估计结果。由表3回归结果可以看出，当东道国各项制度指标分别作为门槛变量带入式(3)时，各制度指标均存在单一、显著的“临界值”，无双门槛或更高阶的门槛值。这说明在“一带一路”背景下，东道国各项制度指标在影响改善东道国基础设施的中国OFDI的东道国经济增长效应上均有U型拐点。只有东道国的制度质量越过门槛值，中国用于改善东道国基础设施的OFDI才能带给东道国一定的经济增长，否则中国的这部分直接投资将带给东道国经济增长负面的影响。可见，在“一带一路”背景下，东道国制度对中国直接投资的东道国经济增长效应有着十分重要的影响。

PHS-3E精密pH计；HH-S恒温水浴锅；EP214C电子分析天平；53 kHz超声波清洗器；FD-150冷冻干燥机；RE-2000B旋转蒸发仪；UV2550型紫外-可见分光光度计；Nano-SZ激光纳米粒度分析仪(DLS)；7400型振动样品磁强计(VSM)；NICOLET 6700型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)；Smart-lab 9 kW X射线双晶粉末衍射仪；STA 449F3型同步热分析仪(TG)；Tecnai G2透射电子显微镜透射电镜(TEM)。

1.2 磁性球形聚电解质刷的制备

采用改性共沉淀法制备纳米Fe3O4[7]。溶胶凝胶法制备包覆有Fe3O4的复合磁性纳米SiO2微球(MS)[8]。官能团反应法在MS表面引入 APTES[9]，接枝2-溴基异丁酰溴(BiBB)。选择CuCl为催化剂,2,2-bpy为催化剂的配体，MMA为单体，DMF为反应溶剂。以初始反应物摩尔比[MMA]o/[BiBB]o/[CuCl]o/[2,2-bpy]o=100/1/0.1/0.2,以体积比[MMA]v/[DMF]v=1/2[10],在一定条件下进行反应合成MSPB。合成路线见图1。

1.3 材料表征

采用激光纳米粒度分析仪对产物粒径和粒度分布进行分析，并测量Zeta电位以反映氨基化改性效果；用振动磁强计分析材料的磁学性能；傅里叶变换红外光谱仪分析材料的官能团变化；用紫外-可见分光光度计进行蛋白质吸光度检测；用X射线粉末衍射仪对产物物相进行分析；用综合热分析仪对产物进行热失重分析。

1.4 MSPB黏均分子量测定

取0.1 g乳液聚合制备的磁性球形聚电解质刷溶于50 mL丙酮溶液中，恒温25 ℃，放置在摇床上200 r/min反应24 h。用磁分离的方法分离出磁性微球，剩下的即为聚甲基丙烯酸和丙酮混合溶液，等待测试。选用NDJ旋转黏度仪，1号转子，60 r/min，当百分比读数在20%～90%时，在仪表上读取黏度值，采用半经验的麦克(H.Mark)非线性方程公式(1)[11]计算MSPB的黏均分子量Mv。

采用激光纳米粒度分析仪测试Fe3O4、Fe3O4/SiO2及MSPB的粒径大小及分布，结果见图4。

(1)

式中η——聚合物的黏度，Pa·s;

M——聚合物的黏均分子量，g/mol;

K，α——常数。

实验证明，α值一般在0.5～1之间。聚甲基丙烯酸甲酯的丙酮溶液在25 ℃时，α=0.7，K=7.5×10-3。

1.5 MSPB吸附性能测试

配制磷酸缓冲液，将FFVAP与磷酸缓冲液配制成一定浓度。取5 mg MSPB置于10 mL离心管中，用缓冲溶液反复洗涤3次，将5 mL浓度为0.6 mg/mL FFVAP溶液与MSPB一定温度下在恒温摇床上混合振荡一定时间，收集上清液，加入0.1 mL双缩脲试剂，静置30 min。用紫外可见光分光光度计测定在214 nm处的吸光度，通过测定吸附样品溶液与吸附后上清液的差值，考察MSPB对FFVAP的吸附效果。

将BSA与磷酸缓冲液配制成一定浓度。取5 mg MSPB置于10 mL离心管中，用缓冲溶液反复洗涤3次，将5 mL浓度为0.4 mg/mL BSA溶液与MSPB一定温度下在恒温摇床上混合振荡一定时间，收集上清液。用紫外可见光分光光度计测定在280 nm处在的吸光度，通过测定吸附样品溶液与吸附后上清液的差值，考察MSPB对BSA的吸附效果。

2.成本最低：采用以成本最低为目标与效益最高为目标比较类似，因为计算成本虽然比较困难，但以效益为目标更加难以操作。

将BSA和FFVAP溶于pH为7，离子强度为0.05 mol/L的磷酸缓冲液中，配制浓度为0.6 mg/mL的FFVAP溶液，固定FFVAP 浓度，配制FFVAP∶BSA 浓度比分别为1∶100，1∶500，1∶1 000，1∶3 000，1∶5 000五个不同浓度比例的二元混合体系。取5 mg MSPB置于10 mL 的离心管中，再分别加入5 mL 不同比例的吸附样品溶液，35 ℃ 恒温摇床中吸附4 h。磁性分离后取上清液，通过测定吸附样品溶液与吸附后上清液的差值，计算吸附的BSA及FFVAP的量。

2 结果与讨论

2.1 物相结构分析

采用X射线衍射仪获取Fe3O4、Fe3O4/SiO2及MSPB的微观结构信息，结果见图2。

由图3(A)可知，Fe3O4为球形颗粒，粒径约为30 nm。由图3(B)可知，黑色Fe3O4颗粒被SiO2包裹呈球形状，粒径约为100 nm。由图3(C)可知，MSPB为球形颗粒，黑色的纳米Fe3O4外包裹层增厚，整个球形颗粒粒径约为200 nm。与图3(B)相比，纳米Fe3O4外包裹层增厚，这可能是由于Fe3O4/SiO2表面接枝了聚甲基丙烯酸甲酯，成功制备出了球形聚电解质刷。

由图2可知，3个样品在2θ为10～80 °间的衍射峰强度较弱，说明结晶度不高。Fe3O4的6个特征峰(2θ=18.21，30.24，35.62，43.28，57.22，62.86 °)分别对应立方体Fe3O4(111)，(220)，(311)，(400)，(511)，(440)晶面，与标准卡片pdf#75-0033一致，表明所生成的粒子为四氧化三铁。SiO2包裹Fe3O4导致Fe3O4/SiO2的衍射峰强度变弱，结晶度降低。Fe3O4/SiO2在衍射角2θ为22°处出现1个弱无定形态的SiO2层衍射峰[12]。Fe3O4/SiO2在接枝聚合物后，由于聚合物刷的空间位阻和电荷效应[13]，使得刷链伸展，衍射峰变弱。通过Scherrer方程可以计算晶粒尺寸，进行定量的分析。

从图4可以看出，当甲基紫初始浓度从0.1 mg/l增加到1.0 mg/l时，甲基紫的降解率从43.4%逐渐降至32.1%，并且减小趋势随浓度增大而变大.初始浓度与降解率反相关，这可能是由于溶液浓度越高，光穿透溶液的能力越弱，导致参与光催化氧化反应的光子数量减少，从而导致降解率降低.此外，浓度越高，更多的溶质质点被吸附在催化剂表面，导致活性部位减少.但初始浓度过低，去除污染物的总量就低，不能充分发挥光催化降解的能力.因此，溶液初始浓度的选择还要根据处理工艺、经济效益等具体条件来确定.

(2)

其中，k=0.189，λ=0.154 2 nm，β为半峰宽，由图2中Fe3O4试样中2θ=35.62 °峰位的半峰宽计算得到Fe3O4晶粒尺寸为14.1 nm。

2.2 微观形貌分析

采用场发射透射电镜观测材料的微观形貌，结果见图3。

马铃薯晚疫病的症状在不同地区及气候条件下各不相同，但在大多数情况下，最初的症状是暗绿色圆形浸水的小斑点，经常出现在较底层的植株叶片上以及围绕在叶尖和叶缘上，然后再向整个叶面扩散。在潮湿的环境中，叶片的背面可能会有白色绒毛出现在病斑的边缘。受侵染的块茎表面会呈现出不正常的、凹陷的、大小不一的、紫褐色的区域。

按照施工比例配置并用电动搅拌机充分搅拌均匀。保持均匀速度喷涂多彩印象石专用面漆，提供涂层表面光洁明快的手感以及涂层更具耐污、耐擦洗、耐候、耐变色性能力。

2.3 材料粒径及表面电势分析

[η]=KMα

由图4可知，Fe3O4微球粒径分布区间为16～22 nm，Fe3O4/SiO2复合微球的粒径分布区间在90～120 nm，MSPB的粒径分布区间在180～210 nm。这与TEM和XRD的结果相吻合。Fe3O4/SiO2复合微球的粒径分布大于Fe3O4微球粒径分布，说明SiO2包裹Fe3O4上造成粒径分布变大，SiO2分散性良好没有发生团聚。在Fe3O4/SiO2表面接枝聚合物后，由于聚合物的链长导致粒径分布继续增大。材料粒径的增大，表面包裹SiO2和接枝聚合物反应成功。采用公式(3)对接枝聚合物的链长Lc进行计算。

(3)

其中,DMSPB为MSPB流体力学直径，DMS为Fe3O4/SiO2流体力学直径。计算结果MSPB链长Lc大约是50 nm。

通过测定材料表面的Zeta电位，可以获知材料表面的基团是否发生变化，所得结果见表1。

表1 材料Zeta电位Table 1 Zeta potential of materials

由表1可知，Fe3O4在溶液中带负电，电位为-12.3 mV， SiO2包裹Fe3O4的表面后，表面电势值增加，MS的表面电位为-21.8 mV，这是由于SiO2表面的羟基较Fe3O4的多。MS表面氨基化改性前后材料表面电位发生改变，由于氨基带正电，材料表面负电位变为正电位，说明氨基成功接在MS表面。接枝引发剂BiBB后，引发MMA在发生聚合反应后，电位值发生变化，材料表面电位由正变负，也说明MS表面引入了PMMA。采用电导滴定法测得表面氨基含量为380.39 μmol/g，高于文献[14]报道的氨基含量(35.05±14.18) μmol/g和(51.38±2.91) μmol/g对比，可知氨基化改性效果良好。

2.4 材料红外分析

采用红外光谱获取材料分子中化学键或官能团的信息，结果见图5。

由定义6可知，求解M中长度为T的最大可能执行路径的时间复杂度为O(|S′|T)，显然不能满足运行时验证需求.对于该问题可以采样随机优化算法近似求解[13]，本文采用动态规划算法来求解，下面的引理给出了系统反例的生成方法.

2.5 材料热性能分析

由图7可知，磁性Fe3O4的饱和磁化强度达到48.9 emu/g，饱和磁化强度较大，剩磁和矫顽力很小，说明合成的磁性微球是超顺磁性的。MS磁性微球的饱和磁化强度为32.8 emu/g，在包覆SiO2层后饱和磁化强度下降比较小，磁性微球的剩磁和矫顽力都很小。MSPB接枝PMMA在MS表面后，饱和磁化强度为28.5 emu/g。材料饱和磁化强度下降了，但并没有改变它的超顺磁性，可以从体系中分离出来。

(4)

x——PMMA热失重的分数，%；

由图2可知，线缆SC1固定点间最近的距离为371 mm，最远的距离为834 mm。根据车钩缓冲器的伸缩量进行曲线模拟，可得到表2。

式中Mn——PMMA的相对分子质量，g/mol；

R——SiO2流体力学直径的1/2，nm；

ρ——SiO2的密度，g/cm3。

2.6 材料磁学性能分析

如图6所示，MSPB有3个失重台阶，第1个在温度为200 ℃处，DTG曲线出现一个向下的峰，说明样品发生热分解，是样品中表面水分的蒸发造成的失重，失重3.1%；第2个失重台阶在550 ℃处，DTG出现一个较大的向下的峰，样品受热分解，主要是骨架水、有机物等的失重，失重13.5%；第3个失重台阶在800 ℃处，主要是Fe3O4/SiO2表面基团失重，失重为5.2%。MSPB曲线在800 ℃时残留率为79%。测试前样品重量为5 mg，根据MSPB曲线第1个台阶和第2台阶之间失重的量(200～550 ℃)，可以得出聚合物组分含量为0.675 mg，进而得出聚合物的接枝量为135 mg/g[15]。根据材料的热重分析结果，进一步结合公式(4)[16]，计算出MSPB接枝PMMA的接枝密度σ=0.225 9 μmol/m2。

万松彤介绍，清江传统鱼类有80多种，其中许多是流水生境的鱼类。随着筑坝截流，这些流水鱼消亡不少。另外养殖业让鱼类也有所增加，这种新的生物生态关系，如何保持和谐稳定，这也是未来保护要关注的方面。

表2 材料的磁学性能Table 2 Magnetic properties of materials

2.7 MSPB制备工艺的优化

以黏均分子量为指标，分别考察反应时间、反应温度、引发剂用量、单体用量、反应溶剂用量、搅拌速率对聚合反应MSPB分子量的影响，结果见图8。

下次大家有机会遇到明亮的光源时，可以将它放在画面中的不同位置上，使用不同焦段镜头在大小不同的光圈下各拍摄几张，久而久之我们就能积累一整套属于自己的眩光素材库，可以根据需要用在任意情况的照片中丰富画面氛围。另外，在拍摄光源时别忘记使用RAW格式，这样在将其作为素材导入照片之前我们还可以对其色温进行调整，同时通过降低黑色和阴影的值压暗画面、通过提高白色和高光增加眩光亮度，得到更加理想的结果。另外，大多数情况下，我们并不希望高光点出现在画面中，所以还可以对画面进行一定程度的裁切，将高光放在画面边缘或角落上。

由图8(a)可知，随着反应时间的增加，聚合反应的聚合度不断增大。反应初期的引发剂和单体浓度都很高，单体转化率快[17]，聚合物的黏均相对分子质量的增长速度也快；反应到中期，引发剂和单体被消耗，在体系中的浓度降低，单体转化率变慢，导致聚合物的分子量趋于稳定。

抓执行落实。强化制度日常监督，不定期督查制度的学习、执行，将物资采购销售、工程招投标等列为重点，以全方位监督体系，架起纪律“高压线”。运用督查结果，对制度学习不实、执行不力的给予通报、约谈，彰显制度的生命力。

由图8(b)可知，温度升高，MSPB的分子量不断增大，这可能是因为升高温度会加快活性自由基的生成，增大自由基之间的碰撞几率，加快聚合反应速率，增大聚合物的分子量。当温度过高时导致聚合反应过快发生副反应，解聚作用高于聚合作用，导致接枝聚合物的分子量下降。

开关电源因其具有高功率密度、高可靠性、体积小等特点被广泛应用在航空航天、通信和计算机等多种领域中。由于开关电源的核心是DC-DC变换器，所以DC-DC变换器的准确建模对开关电源设计和分析起到非常关键的作用。但是，DC-DC变换器是一种非线性、多模态、时变的动态系统，通常无法直接用经典的线性系统理论对其进行建模和设计[1-7]。随着DC-DC变换器的技术发展，其建模方法也经历了不断发展的过程。一般来说DC-DC变换器的建模方法可以分为两大类：一类称为数值仿真法；另一类称为解析建模法，状态空间平均法属于解析建模法的一种[6-10]。

由图8(c)可知，引发剂用量过少，反应体系中的自由基浓度低，链引发较难进行，使聚合反应不充分、不完全；而引发剂用量过高时，反应速度过快，会产生过多的自由基，体系发生副反应的几率增加，造成聚合物相对分子质量降低。

由图8(d)可知，单体量的增加，造成产物黏度变大，竞聚率增大，MSPB的分子量增大，在7 mL处达到最大，继续增大单体用量，导致反应体系内单体浓度过高，反应分子扩散加快，链转移反应速率增加，导致聚合分子量降低。同时单体用量的增大使得单体在反应体系中的浓度增大，自由基浓度降低，链增长受到阻碍，不利于聚合反应，导致分子量下降。

由图8(e)可知，反应溶剂添加量10 mL时，MSPB分子量达到最大。反应溶剂对聚合反应的影响主要是反应物极性和产物极性的大小，聚甲基丙烯酸甲酯的极性大于DMF和甲基丙烯酸甲酯，使得反应速率加快，聚合物分子量会减少。增大DMF，会使得反应体系极性向反应物倾斜，反应速率变慢，分子量增加。到达10 mL后，溶剂效应增大，“笼效应”明显，反应分子扩散变慢，聚合物分子量降低。

由图8(f)可知，在搅拌速率为300 r/min时，MSPB分子量达到最大。合适的搅拌速率可以使得聚合反应受热均匀，反应更加温和，防止出现自动加速现象，导致分子量分布变宽，分子量降低。

2.8 MSPB吸附性能

MSPB在单一体系对FFVAP的吸附量为79.03 μmol/g，对BSA的吸附量为1.54 μmol/g，MSPB对FFVAP的吸附优于BSA。由于在生物体系中，活性小分子肽一般较微量，因此以BSA为大分子，ACE抑制肽FFVAP为小分子肽构建二元模拟体系，考察MSPB在该二元模拟体系中对BSA和FFVAP的吸附性能，结果见图9。

由图9可知，随着模拟体系中FFVAP与BSA浓度比的增大，MSPB对FFVAP的吸附量增大，但吸附量均小于在单一体系中对FFVAP的吸附量，说明BSA和FFVAP之间存在竞争吸附的关系。当FFVAP与BSA浓度比为1∶5 000时，由于体系内BSA浓度太高，BSA竞争吸附强烈，占据了MSPB上的吸附位点，从而使MSPB对FFVAP的吸附量少于BSA[18]。其余浓度比时，MSPB对FFVAP的吸附量均大于BSA，且随着模拟体系中FFVAP与BSA浓度比的增大，MSPB对两者的吸附量之差逐渐增大，这是因为MSPB大的空间位阻，阻挡了BSA进入刷层，为小分子肽FFVAP提供了更多的吸附位点。当FFVAP和BSA浓度比为1∶100时，MSPB对BSA的吸附量为0.897 μmol/g，对FFVAP的吸附量为37.2 μmol/g， 对FFVAP的吸附明显优于BSA。以上结果证明，制备的MSPB能在二元模拟体系中优先吸附ACE抑制肽，可用于ACE抑制肽的分离纯化。

3 结论

制备了包覆有Fe3O4的复合磁性纳米SiO2微球(MS)，对其表面进行氨基化改性，测得接枝氨基量为380.39 μmol/g。热诱导ATRP法制备出磁性球形纳米二氧化硅聚甲基丙烯酸甲酯刷,MSPB的接枝密度为1.286 1 μmol/μm2，接枝量为135 mg/g，流体力学直径为200 nm，链长为50 nm。链端带有负电荷，整体呈现规则、均匀的球状，具有超顺磁性、较大接枝密度和特定的结构。在反应时间为8 h,反应温度为60 ℃,引发剂的用量为0.12 g,单体用量为7 mL,反应溶剂用量为10 mL,搅拌速率为300 r/min 的聚合条件下，MSPB的最大分子量为13 813.68 g/mol。 MSPB在BSA和ACE抑制肽FFVAP组成的二元模拟体系中，说明BSA和FFVAP之间存在竞争吸附的关系，MSPB能够优先吸附ACE抑制肽FFVAP，表明MSPB可以作为分离ACE抑制肽的载体。