[发明专利]一种预测土壤中多环芳烃生物有效性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种组织工程材料类生物膜聚己内酯的制备及其应用于半透膜被动采样技术预测土壤中多环芳烃生物有效性的方法，属于环保新材料应用领域。

技术背景

土壤是人类赖以生存环境的重要组成部分，也是一种宝贵的资源，为动植物的生长生活提供了物质基础和场所。同时，土壤作为污染物在环境中重要的汇，积累了越来越多的污染物。污染物进入土壤后，会经历吸附解吸、迁移转化以及降解等一系列过程，其赋存状态也会发生相应改变，进而表现出不同的生物有效性。其中，自由溶解在土壤孔隙水中或与土壤可逆结合的污染物可以与生物发生作用，被生物吸收利用。如果忽略污染物的生物有效性，仅以土壤中污染物的总量为依据，往往会导致过高估计污染物的生态风险，造成资源浪费。因此，生物有效性的准确表征和预测是对土壤中污染物进行环境风险评价和生态修复的重要理论依据。

对生物有效性进行表征和预测的方法有很多种。其中，生物测试方法最为直接、真实，但由于操作复杂、实验周期长、成本高代价大，难以实现现场应用。于是，人们开发了物理化学方法。传统的物理化学方法如索氏提取、超声提取、加速溶剂萃取等，往往是激烈的、耗竭式的，提取了土壤中所有相态的污染物，会过高估计有机污染物的生态风险，而部分提取方法，如温和溶剂萃取、Tenax提取、环糊精提取等，也存在耗时长、对高疏水性有机物预测结果不稳定等问题。为了进一步提高化学预测的准确性，人们又发展了仿生技术，由于仿生技术是模拟真实生物的行为，因此，结果更为科学合理，被动采样技术即是其中重要一种。

被动采样技术由于材料和方法的不同，也有很多种类。目前，应用最广泛的半透膜被动采样装置(semi-permeable membrane passive device，SPMD)是由Huckins等人于1990年提出并应用于监测水中疏水性有机污染物的。其基本结构是由低密度聚乙烯(low density polyethylene，LDPE)的外膜制成的薄膜套筒，内部填充三油酸甘油酯(triolein)构成。由于非极性有机物扩散通过聚合膜过程与扩散通过生物膜的行为相似，因此，可以用其对水中的疏水性有机污染物进行时间累加性的采集和定量分析。但是，传统的半透膜被动采样装置与生物膜在结构和功能方面还存在较大差异，只有分子量较小(MW＜600)的污染物能够扩散进入，且预测周期较长。

聚己内酯(polyε-caprolactone，PCL)是一种近年来发展较快的生物可降解聚酯材料，降解周期一般为1-2年，它是由ε-己内酯(ε-caprolactone)在引发剂的作用下，开环聚合的产物。PCL成膜后具有一定韧性，生物相容性好，原料安全无毒，并且容易获得。目前，PCL广泛用作组织工程领域如血管、神经、皮肤、软骨等的支架材料。但还没有研究将其应用于被动采样技术。

发明内容

本发明的目的，是从仿生技术的理念出发，将组织工程材料类生物膜聚己内酯应用于半透膜被动采样技术，发明了一种半透膜被动采样装置(PCL-SPMD)，并将其应用于土壤和水中多环芳烃的富集，以模拟有机污染物通过生物膜，进入生物体内富集的过程，并与生物富集实验中蚯蚓富集的结果进行比较，以期开发出更加快速、有效地表征和预测土壤中疏水性有机污染物生物有效性的方法。

本发明制备的半透膜被动采样装置，应用于土壤中多环芳烃的生物有效性预测，具体包括以下步骤：

第一步：PCL膜的合成。合成选用高压静电纺丝法，该方法所用的聚己内酯高聚物购自天津希恩斯奥普德科技有限公司，Mn～80000，纯度＞99％。称取0.6g PCL颗粒于20mL EPA瓶中，加入甲醇/三氯甲烷(V∶V，1∶5)混合溶液6mL，放入磁子，恒温搅拌12h至PCL完全溶解，制成10％(M∶V)均匀透明静电纺丝溶液；用10mL塑料注射器移取一定量静电纺丝溶液，置于微量注射泵上，设定流速为2mL/h，高压直流电源电压17kV；将20cm×30cm的长方形锡箔纸覆盖在圆柱形的棒状接收器上以收集纤维，圆形接收器的转速为150r/min；纺丝2h后，取下覆有PCL膜的锡箔纸，在真空干燥箱中室温干燥3d，去除残留溶剂。

第二步：PCL-SPMD装置的制备。将静电纺丝制得的覆在锡箔纸上的PCL膜置于托盘中，倒入无水乙醇完全浸没后，PCL膜与锡箔纸分离，取出PCL膜，放入通风橱，挥发去除乙醇。将PCL膜裁剪成1cm×1.5cm规格，用热封仪封口，制成PCL-SPMD，备用。