分子印跡聚合物

化學家們利用一些天然化合物或合成化合物模擬生物體系進行分子識別研究，這種分子印跡技術合成的具有特異性識別和選擇性吸附的聚合物稱為分子印跡聚合物。

基本介紹

• 中文名：分子印跡聚合物
• 外文名：molecular imprinted polymer
• 英文簡稱：MIP
• 套用：色譜分離、膜分離

定義

molecular imprinted polymer（MIP）

通過分子印跡技術合成的對特定目標分子（模板分子）及其結構類似物具有特異性識別和選擇性吸附的聚合物。

套用

色譜分離、膜分離、固相萃取、藥物控制釋放、化學感測、環境檢測等

基本原理

分子印跡技術是在仿生科學和模擬自然界中酶與底物及受體與抗體作用的基礎之上發展來的一項技術。分子印跡是通過以下方法實現的:(1)使印跡分子與功能單體(functional monomer)之間通過共價鍵(covalent)或Π和非共價鍵(non-covalent)結合,形成主客體配合物(Host-gust complex)。(2)在配合物中加入交聯劑(crosslinker),受引發劑,熱或光引發,印跡分子-單體配合物周圍產生聚合反應。在此過程中,聚合物鏈通過自由基聚合將模板分子和單體配合物“捕獲”到聚合物的立體結構中。(3)將聚合物中的印跡分子通過適當的方法洗脫(extraction)或解離(dissociation)出來,形成具有識別印跡分子的結合位點。

合成方法

分子印跡聚合物的主要合成方法有：本體聚合法、沉澱聚合法、微乳液聚合法、懸浮聚合法、原位聚合法、多步溶脹聚合法以及原位電聚合法等。

套用

1MIPs用作化學仿生感測器

化學或生物感測器是由分子識別元件和信號轉換器所組成。近十幾年來,生物感測器以其突出的靈敏度和特異性引起了廣泛的關注,使感測技術的研究不斷升溫。分子印跡聚合物敏感材料與近年來研究較熱的生物敏感材料相比,具有耐高溫、高壓、酸、鹼和有機溶劑,不易被生物降解破壞,可多次重複使用,易於保存等優點。

1.1電化學感測器:

在電導感測器方面,Piletsky等將MIPs膜用於電導感測器,可用來定性檢測核苷酸、胺基酸和除草劑。1年之後,通過改進,他們將atrazine的MIP膜製成電導感測器,檢測溶液中除草劑atrazine的線性範圍為0.01～0.05mg/L,回響時間為30min。而以苯基丙氨酸、6-氨基-1-丙基尿嘧啶、莠去津、唾液酸為印跡分子製備的MIPs膜電導感測器,其檢測溶液中印跡分子的濃度為150μmolΠL。最近,他們通過進一步改進,製成了一種對atrazine敏感的感測器,其檢測限可達到5nM,回響時間視其膜的厚度不同縮短到6～15min,其使用壽命長達6個月之久。

1.2光化學感測器:

Kriz等發展了一種基於分子印跡技術的光纖感測器。這種感測器具有手性識別能力,能識別螢光標記的胺基酸衍生物。其原理是當螢光標記的胺基酸結合到附著於石英窗上的MIPs時,螢光信號隨其濃度而變。以D型的胺基酸衍生物作參比便實現了手性識別。其檢測丹醯-L-苯基丙氨酸的濃度範圍為0～30μg/ml。

Dickert等在多種以有機溶劑印跡過的MIPs中添加有機染料,使其成為光敏物質,然後製成光化學感測器,通過對光吸收量的變化來檢測有機溶劑蒸汽,檢測限達μg/ml數量級。2年後,他們又將MIPs與螢光光譜技術結合,發展了一種用於檢測水中多環芳烴的靈敏的光化學感測器。

1.3 質量型感測器

目前研究報導的最多的是分子印跡技術與石英微量天平(quartzcrystalmicrobalance,QCM)及表面聲波(surfaceacousticwave,SAW)結合的技術。將MIPs與QCM結合,可構成能夠檢測特定分子的MIPs質量敏感型感測器。Feng等以二氧化鈦為印跡基質,研製MIPs修飾壓電感測器,用於谷氨酸的測定,檢測範圍為10～200μmol/L。其它基於分子印跡膜的感測器還有MIPs橢圓偏光感測器(ellipsometry)、MIPs表面聲波感測器(Surfaceacousticwave)、MIPs中紅外消失波感測器(infraredevanescentwave)、MIPs體聲波感測器(bulkacous-ticwave)等。

2 MIPs在化學模擬酶催化方面的套用

化學模擬酶催化劑與天然的生物酶催化劑相比,具有抗惡劣環境的能力,表現出高度的穩定性和長的使用壽命,因此分子印跡技術則是設計新型人工模擬酶材料的最有效手段之一,具有廣泛的套用前景。該方法是將功能單體與某一待催化的反應物之間形成過渡態複合物,然後再在過渡態複合物的周圍交聯製得MIPs,洗去模板分子後,MIPs留下的識別位點能夠與待催化反應的反應物之間重新形成過渡態,再與另一物質發生催化反應。由於與識別位點生成了活化能較低的過渡態,因而起到了催化的作用。但由於單體與反應物之間形成的過渡態複合物極不穩定,這給MIPs在該領域的套用受到了限制。MIPs在模擬酶催化方面的套用極具發展前景.

3MIPs在分離領域的套用

膜分離和固相萃取

色譜分離

在臨床藥物分析中的套用

由於許多藥物都是具有手性活性的化合物,而MIPs正好可以為這些手性藥物定做模板。因此,MIPs目前已廣泛套用於臨床藥物的手性分離和分析。Mosbach等已用分子印跡聚合物提供的立體專一性進行了血清中藥物水平測定,用茶鹼或安定作模板分子,甲基丙烯酸作功能單體,在氯仿中聚合得到分子印跡聚合物,可用於放射配基結合測定人體血清的模板藥物。用嗎啡和內源性的神經肽為模板製備的以甲基丙烯酸為功能單體的印跡聚合物可以模擬生物體內鴉片受體的生物活性,對其聚合物的識別特性能通過放射配基結合分析,結果表明,在水緩衝溶液中也有很高的親和性和選擇性,這是一個突破性的進展。