高分子烙印技術(shù)

高分子烙印技術(shù)分子烙印技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介1894年,Fischer’s提出“鎖匙理論”1940年,Panling的“抗體合成”,1949年Dickey所設(shè)想的“特種吸附劑”近代MI理論是上世紀(jì)80年代,由Wilff和Mosbach確立1993年Mosbach等在Nature上發(fā)表分子印記的“塑料抗體”和仿生免疫分析第2頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天有關(guān)分子烙印技術(shù)的論文發(fā)表情況第3頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天http://www.smi.tu-berlin.de/index.html2002發(fā)表關(guān)于MIP文獻(xiàn)最多的雜志第4頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天什么是分子烙?。糠肿永佑?、分子印跡（molecularimprinting，MI，MIT)又稱(chēng)模板(template）、裁制（tailormade)，是指制備對(duì)特定分子（烙印分子）具有特異選擇性的聚合物（molecularimprintingpolymer,MTP)的過(guò)程。

MIP被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。第5頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子烙印的基本原理

實(shí)現(xiàn)分子烙印要經(jīng)過(guò)的3個(gè)步驟

分子烙印的分類(lèi)

分子烙印聚合物（MolecularImprintedPolymer,MIP）的制備方法第6頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天實(shí)現(xiàn)分子烙印要經(jīng)過(guò)的3個(gè)步驟功能單體和烙印分子在一定條件下形成某種可逆的復(fù)合物加入交聯(lián)劑將這種復(fù)合物“凍結(jié)”起來(lái),制得高聚物

將烙印分子抽提出來(lái),這樣在聚合物的骨架上便留下了一個(gè)對(duì)烙印分子有“預(yù)定(predetermined)”選擇性的分子識(shí)別位

第7頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第8頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子印跡技術(shù)的基本原理分子印跡技術(shù)是指為獲得在空間結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點(diǎn)上與某一分子(印跡分子)完全匹配的聚合物的實(shí)驗(yàn)制備技術(shù)。

(1)功能單體－印跡分子－結(jié)合(2)交聯(lián)劑－固定(3)脫去－印跡分子第9頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子印跡技術(shù)的基本原理Pre－arrangementPolymerizationExtraction第10頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第11頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子烙印的分類(lèi)共價(jià)型

:烙印分子和單體通過(guò)可逆的共價(jià)作用(如形成可逆的硼酸酯和席夫堿)形成復(fù)合物Wulff

結(jié)合方式：可逆共價(jià)鍵優(yōu)點(diǎn)：空間精確固定排列非共價(jià)型

:烙印分子和單體則通過(guò)氫鍵、偶極、離子、金屬螯合、電荷轉(zhuǎn)移、疏水乃至范德華力相互作用形成復(fù)合物,非共價(jià)型的分子烙印是一種分子自組裝的過(guò)程。Mosbach

結(jié)合方式：非共價(jià)鍵優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行模板容易除去近似天然犧牲空間法（兩者兼?zhèn)洌￢ulfson第12頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第13頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第14頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天共價(jià)型烙印聚合物孔隙第15頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天非共價(jià)型烙印聚合物孔隙第16頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子印跡聚合物的制備方法制備材料

模板分子

溶劑

功能單體

交聯(lián)劑

強(qiáng)極性基團(tuán)高效MIPs氫鍵基團(tuán)高選擇性MIPs促進(jìn)作用減小干擾共價(jià)鍵型含有乙烯基非共價(jià)型含有乙烯基和羧基

乙二醇二甲基丙烯酸酯第17頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天功能單體和交聯(lián)劑共價(jià)型分子烙印中常用的功能單體有含乙烯基的硼酸和二醇以及含有硼酸酯的硅烷混合物等。

非共價(jià)型分子烙印中常用單體是甲基丙烯酸(MAA)等交聯(lián)劑的作用是使模板分子和功能單體形成高度交聯(lián)、剛性的聚合物,“固化”單體的功能基團(tuán)在模板分子周?chē)奶囟ㄎ恢?。?8頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天常用非共價(jià)型功能單體第19頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天常見(jiàn)交聯(lián)劑第20頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天單體和交聯(lián)劑對(duì)烙印聚合的影響在聚合時(shí)增加交聯(lián)劑的用量有利于形成穩(wěn)定和完整的”印記”位點(diǎn)。一般而言,對(duì)于易揮發(fā)的有機(jī)待測(cè)物需要制備高度交聯(lián)的聚合物;對(duì)于具有一定形狀的模板分子,交聯(lián)劑的用量適量降低。

單體、模板復(fù)合物的剛性大,形成的位點(diǎn)與模板分子的吻合程度高,在位點(diǎn)上發(fā)生相互識(shí)別和鍵合作用時(shí)熵的變化小,有利于提高親和力和選擇性。第21頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第22頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第23頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第24頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天致孔劑(porogen)和溶劑

常用的致孔劑為乙腈、氯仿和甲苯等第25頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天模板

模板分子的用量:合成ＭＩＰ時(shí),模板分子、單體和交聯(lián)劑的相對(duì)用量對(duì)ＭＩＰ性能有直接的影響。模板分子的最佳量通常為總量的5%,當(dāng)用三乙烯基化合物作為交聯(lián)劑時(shí),模板分子的比例可增大。此外,模板分子的用量還受到其溶解性和獲取難易程度的影響。

第26頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子烙印聚合物的制備

熱引發(fā)光引發(fā)

(1)可穩(wěn)定烙印分子和單體所形成的復(fù)合物;(2)可烙印熱不穩(wěn)定的化合物

(3)可以改變聚合物的物理性能以獲得更好的選擇性。第27頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天新型分子烙印聚合物的制備

種子溶漲法懸浮聚合法沉淀聚合法硅膠接枝原位聚合的方法組合化學(xué)方法在分子烙印技術(shù)中的應(yīng)用

第28頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天種子溶漲法第29頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天懸浮聚合法溶液聚合方法:用光照或加熱的方式引發(fā)自由基進(jìn)行溶液聚合,聚合后將形成的塊狀聚合物研磨成一定大小的無(wú)定型的顆粒.這種方法操作簡(jiǎn)單,但比較費(fèi)時(shí).第30頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天原位聚合的方法第31頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天原位聚合法:原位聚合采用印跡分子,功能單體,交聯(lián)劑及致孔劑在柱內(nèi)直接聚合成整體柱.這是較簡(jiǎn)便的方法.第32頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天MIPs的鏈引發(fā)方式和聚合方法鏈引發(fā)方式自由基引發(fā)（低溫光引發(fā)）引發(fā)劑偶氮二異丁腈(AIBN)

聚合方法大多采用封管聚合印跡分子、功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑按一定比例溶解在惰性溶劑中然后引發(fā)第33頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天通過(guò)非共價(jià)鍵將印跡分子固定。洗脫后留下的空腔有特定選擇性。第34頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天原理：一種新的、很有發(fā)展?jié)摿Φ姆蛛x技術(shù)。利用分子印跡技術(shù)，能夠制備具有特異識(shí)別功能的色譜介質(zhì)。分子印記聚合物(MIP)是通過(guò)模板分子、功能單體和交聯(lián)劑的作用產(chǎn)生有化學(xué)選擇性的鍵合位點(diǎn)的一種技術(shù)。待測(cè)底物通過(guò)與模板分子聚合物在形狀、大小和功能基團(tuán)的定位方面吻合而被識(shí)別。第35頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天共價(jià)型分子印記：模板分子和單體通過(guò)可逆的共價(jià)作用形成復(fù)合物。分子和單體間的作用力較強(qiáng)，形成的復(fù)合物很穩(wěn)定，但過(guò)程復(fù)雜，模板分子需要被單體衍生化，而且模板分子的抽提也較困難。非共價(jià)型分子印記：非共價(jià)型分子印記方法中，聚合通過(guò)弱分子問(wèn)作用力完成，如氫鍵、偶極、離子、金屬螯合、電荷轉(zhuǎn)移、疏水、范德華力。此法目前應(yīng)用較廣泛。

第36頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天在分子烙印過(guò)程中，功能單體與烙印分子通過(guò)配位作用形成的復(fù)合物的構(gòu)型得以保存，從而在聚合物的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中形成了空間構(gòu)型和功能單體的排布都與烙印分子相匹配的“記憶”空穴，使得烙印聚合物與烙印分子之間產(chǎn)生了特異性相互作用。分子烙印技術(shù)的應(yīng)用第37頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子烙印技術(shù)的應(yīng)用對(duì)映體及異構(gòu)體的分離

分子烙印模擬生物傳感器分子烙印在固相萃取（SolidPhaseExtraction,SPE）中的應(yīng)用

臨床藥物分析模擬酶

中草藥有效成分的分離

第38頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天組合化學(xué)方法在分子烙印技術(shù)中的應(yīng)用第39頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第40頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天合成聚合物與分子烙印手性固定相

合成手性聚合物CSP的制備主要通過(guò)三種途徑：（1）在手性條件下不對(duì)稱(chēng)聚合；（2）采用手性單體；（3）手性分子烙印技術(shù)。分子烙印(imprinting)手性固定相是在聚合過(guò)程中加入一個(gè)適當(dāng)?shù)哪０?template)分子，然后從聚合物中除去模板分子，流下一個(gè)“形狀選擇性”(shapeselectivity)孔穴，形成適合于孔穴立體選擇的聚合物。第41頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天對(duì)映體及異構(gòu)體的分離第42頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第43頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天高選擇性第44頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天識(shí)別模型示意圖第45頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天手性分離膜第46頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第47頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第48頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天近來(lái)，生物傳感器技術(shù)的發(fā)展極為迅速。但是，用于生物傳感器的生物分子卻因?yàn)樾阅懿环€(wěn)定易被破壞，且種類(lèi)太少而不能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要。由于分子印跡聚合物具有可設(shè)計(jì)性，種類(lèi)極其豐富，且堅(jiān)固耐用，有很強(qiáng)的抗酸、堿能力，環(huán)境適應(yīng)性很強(qiáng)，故科學(xué)家們?cè)O(shè)法用MIPS來(lái)替代生物分子以適應(yīng)生物傳感器技術(shù)發(fā)展的要求。自分子印跡技術(shù)用于膜傳感器以來(lái)，MIPS在生物傳感器上的應(yīng)用就一直是研究熱點(diǎn)，尤其是近兩年來(lái)，該技術(shù)發(fā)展極為迅速，Malitesta,Haupt,Yano,Ansel等人在這一方面都作了廣泛的研究。98年在波士頓召開(kāi)的有關(guān)化學(xué)傳感器的國(guó)際性會(huì)議對(duì)分子印跡技術(shù)在生物傳感器中的應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來(lái)作了全面而系統(tǒng)的探討，為分子印跡技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路.分子烙印模擬生物傳感器第49頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子烙印模擬生物傳感器第50頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第51頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第52頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第53頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天通常，樣品的制備都包括溶劑萃取，由于分子印跡技術(shù)的出現(xiàn)，這可以用固相萃取代替，并且可利用分子印跡聚合物選擇性富集目標(biāo)分析物。由于印跡聚合物即可在有機(jī)溶劑中使用，又可在水溶液中使用，故與其他萃取過(guò)程相比，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。分子烙印在固相萃取中的應(yīng)用第54頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子烙印在固相萃取中的應(yīng)用第55頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第56頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天三嗪類(lèi)除草劑的分析第一個(gè)MIP類(lèi)SPE為1994年對(duì)pentamidine(AIDS相關(guān)肺炎治療藥物),可在非常低濃度的尿樣中將藥物富集分析第57頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天介質(zhì)對(duì)MIP在SPE中應(yīng)用的影響對(duì)于低極性模板分子,有機(jī)溶劑作為介質(zhì)時(shí)可達(dá)到良好的識(shí)別能力。乙腈形成氫鍵的能力較弱,對(duì)識(shí)別位點(diǎn)氫鍵形成的競(jìng)爭(zhēng)小,同時(shí)對(duì)甲基丙烯酸酯骨架和多數(shù)化合物具有較好的溶解性,因而是一種常用的溶劑和流動(dòng)相。具有質(zhì)子性功能基團(tuán)的模板分子,當(dāng)用ＭＡＡ或ＶＰＹ作為單體時(shí),合成的ＭＩＰ常在親水流動(dòng)相中顯示優(yōu)良的色譜性能和選擇性。第58頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天模擬酶第59頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天催產(chǎn)素第60頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)烙印聚合物包裹DNA第61頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天金屬離子烙印第62頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天中草藥有效成分的分離北京大學(xué)的謝建春、朱麗荔、徐筱杰等以黃酮類(lèi)化合物槲皮素作為模板，制備烙印聚合物，從銀杏葉提取液中提取了黃酮類(lèi)有效成分，并以駱駝蓬種籽中抗腫瘤活性化合物哈爾明及哈馬靈的結(jié)構(gòu)類(lèi)似物哈爾滿(mǎn)作為模板,用非共價(jià)鍵法制備了對(duì)哈爾明及哈馬靈具有強(qiáng)親和性的分子烙印聚合物.此分子烙印聚合物作為液相色譜固定相與大氣壓電離飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用,直接分離鑒定了草藥駱駝蓬種籽甲醇粗提物中所含的哈爾明及哈馬靈兩種抗腫瘤活性成分.實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了通過(guò)分子烙印親和色譜與質(zhì)譜聯(lián)用方法,快速有效地對(duì)中草藥活性成分分離鑒定是可能的.第63頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到，模板分子難以100%的從MIPS上洗脫