分子印迹技术.
分子印迹技术-1
分子印迹技术-1分子印迹技术分子印迹，又称分子烙印(molecular imprinting) ，属超分子化学范畴，是源于高分子化学，生物化学，材料科学等学科的一门交叉学科。
分子印迹技术(molecular imprinting technique, MIT) 是指制备对某一特定的目标分子( 模板分子，印迹分子或烙印分子) 具有特异选择性的聚合物的过程。
它可以被形象地描绘为制造识别“分子钥匙”的“人工锁”的技术。
分子识别在生物进化中起着特别重要的作用，是从分子水平研究生物现象的重要化学概念，已成为当今研究的热点课题之一。
选择性是分子识别的重要特征。
人们利用一些天然花合屋如环糊精，或合成化合物如冠醚，杯芳烃和金刚烷等模拟生物体系进行分子识别研究，取得了一些可惜的进展，一定意义上构成了分子印迹技术的雏形。
分子印迹技术的出现直接来源于免疫学的发展，早在20世纪30年代，Breinl,Haurowitz 和Mudd就相继提出了一种当抗体侵入时生物体产生抗体的理论。
后来在20 世纪40 年代，由著名诺贝尔奖获得者Pauling 对上述理论做了进一步的阐述，并提出了以抗原为模板来合成抗体的理论。
该理论认为: 抗原物质进入机体后，蛋白质或多肽链以抗原为模板进行分子自组装和折叠形成抗体。
虽然Pauling 的理论被后来的“克隆选择理论”所推翻，但是在他的理论中仍有两点具有一定的合理性，也为分子印迹的发展奠定了一定的理论基础，同时激发了人们以抗原或待测物为模板合成抗体模拟物的设想;(1) 生物体所释放的物质与外来物质在空间上相互匹配。
1949年，Dickey首先提出了“专一性吸附”这一概念，实际上可以视为“分子印迹”的萌芽，但在很长一段时间内没有引起人们足够的重视。
直到1972年由德国Heinrich Heine 大学的Wulff 研究小组首次报道了人工合成分子印迹聚合物之后，这项技术才逐步为人们所认识。
特别是1993年瑞典Lund大学的Mosbach等在《Nature》上发表有关茶碱分子印迹聚合物(molecularly impri nted polymers,MIPs) 的研究报道后，分子印迹技术得到了蓬勃的发展。
分子印迹技术
分子印迹技术分子印迹技术——实现高选择性分子识别的有效手段摘要：分子印迹技术是一种高度选择性的分子识别方法，它基于分子模板和功能单体的相互作用，实现对目标分子的特异性识别。
本文首先介绍了分子印迹技术的发展背景和原理，然后详细讨论了其在生物医药、化学分析和环境监测等领域的应用，并展望了分子印迹技术未来的发展方向。
1. 引言分子识别是在复杂混合物中特异性地识别目标分子的过程。
传统上，分子识别主要依赖于结构和功能的相互补充。
然而，由于目标分子与其他分子相似性较高，一些具有相似结构和性质的分子也会被识别为目标分子，导致识别效果不理想。
为了解决这个问题，分子印迹技术应运而生。
2. 分子印迹技术的原理分子印迹技术基于模板分子和功能单体之间的相互作用，通过模板分子和功能单体的共价或非共价交联，构建出具有高度结构特异性和选择性的分子识别材料。
这种材料被称为分子印迹聚合物。
分子印迹聚合物的制备过程分为三步：模板分子的选择与固定、功能单体与模板分子的共聚合、除模获取印迹空位。
首先，选择目标分子作为模板，与具有亲和性的功能单体相结合。
然后，在适当的条件下，将功能单体与交联剂一起聚合，形成聚合物。
最后，通过去模板的方式将模板分子从聚合物中除去，留下与目标分子分子结构特异性相匹配的空位。
3. 分子印迹技术在生物医药领域的应用分子印迹技术在生物医药领域有着广泛的应用。
例如，在药物传递系统中，分子印迹聚合物可以作为药物的载体，实现对药物的靶向输送。
此外，分子印迹聚合物还可以用于分离和富集生物标志物，有助于疾病的早期诊断和治疗。
4. 分子印迹技术在化学分析中的应用分子印迹技术在化学分析中也有着广泛的应用。
例如，分子印迹聚合物可以用于选择性吸附和分离复杂样品中的目标分子，从而提高分析的准确性和灵敏度。
此外，分子印迹技术还可以用于污染物的检测和分离，有助于环境保护和治理。
5. 分子印迹技术在环境监测中的应用分子印迹技术在环境监测中的应用也十分广泛。
三种分子印迹的原理与应用
三种分子印迹的原理与应用1. 引言分子印迹技术是一种基于分子识别的方法，通过合成分子印迹聚合物（MIPs）来选择性识别目标分子。
根据不同的制备方法，可以分为三种分子印迹：非共价相互作用型、共价相互作用型和半共价相互作用型分子印迹。
2. 非共价相互作用型分子印迹非共价相互作用型分子印迹主要利用分子间的非共价相互作用（如氢键、范德华力等）来识别目标分子。
主要工艺包括自组装、缩合聚合法和前驱体中位取代法。
•自组装法：通过模板分子与功能单体形成一定的分子间作用力，进而在功能单体中自组装形成孔道结构来识别目标分子。
•缩合聚合法：通过在模板分子周围引入功能单体，通过缩合反应形成共价键，生成聚合物介孔结构，实现对目标分子的识别。
•前驱体中位取代法：通过将模板分子置于功能单体中间位置，然后利用引发剂诱导交联反应，形成孔道结构以识别目标分子。
3. 共价相互作用型分子印迹共价相互作用型分子印迹是利用目标分子与功能单体之间通过共价键形成的稳定连接来实现目标分子的选择性识别。
主要有两种方法：原位聚合法和后位聚合法。
•原位聚合法：在模板分子与功能单体经过共价键连接后，以功能单体为单体发起剂进行自由基聚合，最终形成孔道的聚合物结构来选择性识别目标分子。
•后位聚合法：首先将模板分子稳定连接在载体上，然后对功能单体进行自由基聚合反应，最终脱除模板分子，形成孔道结构用于识别目标分子。
4. 半共价相互作用型分子印迹半共价相互作用型分子印迹是利用目标分子与功能单体之间通过共价键和非共价键（如氢键）形成的半共价键连接来实现目标分子的选择性识别。
•比较常见的方法是利用共轭自由基诱导剂（CDRI）作为共价发起剂，引发功能单体的自由基聚合，最终形成聚合物介孔结构，实现对目标分子的识别。
5. 应用分子印迹技术在各个领域都有广泛的应用：•生物医学领域：可以用于药物分析、生物传感器等。
例如，可以使用分子印迹聚合物来选择性识别某种药物，从而实现药物检测和分离纯化。
分子印迹原理
分子印迹原理分子印迹技术（Molecular Imprinting Technology，MIT）是一种通过特定的分子模板，与功能单体形成非共价键结合，然后聚合形成高分子材料，再通过去除模板分子形成具有特异性识别功能的孔道的一种方法。
该技术是一种以生物体系为原型，通过模拟生物体系的分子识别功能，实现对特定分子的高选择性识别和吸附的方法。
分子印迹技术的原理主要包括以下几个步骤，模板分子选择、功能单体选择、聚合反应、模板分子去除。
首先是模板分子的选择，模板分子是分子印迹材料的模板，其选择直接影响到分子印迹材料的特异性识别能力。
其次是功能单体的选择，功能单体是与模板分子发生非共价作用的单体，通过与模板分子形成氢键、离子键、范德华力等相互作用，从而形成特异性识别位点。
然后是聚合反应，功能单体与交联剂在模板分子的作用下进行聚合反应，形成高分子网络结构。
最后是模板分子的去除，通过溶剂提取或其他方法将模板分子从高分子网络中去除，留下与模板分子形状相匹配的孔道。
分子印迹技术的应用范围非常广泛，包括化学分离、化学传感、药物释放、生物分析等领域。
在化学分离中，分子印迹技术可以用于固相萃取、色谱分离等，具有高选择性和高效率的特点。
在化学传感中，分子印迹材料可以作为传感元件，实现对特定分子的高灵敏度检测。
在药物释放领域，分子印迹材料可以作为药物载体，实现对药物的控制释放。
在生物分析中，分子印迹技术可以用于检测生物标志物、药物残留等，具有快速、准确的特点。
总的来说，分子印迹技术是一种非常重要的化学技术，具有广阔的应用前景。
随着对分子印迹原理的深入研究和技术的不断改进，相信分子印迹技术将在化学、生物、医药等领域发挥越来越重要的作用，为人类健康和生活品质的提高做出更大的贡献。
什么是分子印迹技术
化学一班 杨楷 04081024
• 什么是分子印迹技术 • 分子印迹技术 的产生和发展 • 分子印迹的基本原理 • 分子印迹的步骤 • 分子印迹的分类 • 分子印迹技术的特点 • 分子印迹技术的应用
●展望
什么是分子印迹技术
分子印迹技术是二十世纪八十年 代迅速发展起来的一种化学分 析技术，属于泛分子化学研 究范畴，通常被人们描述 为创造与识别“分子钥 匙”的人工“锁”技术。
目前,根据模板分子和聚合物单体之间形成多重 作用点方式的不同，分子印迹技术可以分为两类：
(1) 共价键法(预组装方式)
聚合前印迹分子与功能单体反应形成硼酸酷、西夫 碱、亚胺、缩醛等衍生物，通过交联剂聚合产生高分 子聚合物，用水解等方法除去印迹分子即得到共价结 合型分子印迹聚合物 。
(2) 非共价键法(自组装方式)
(3)分子印迹和识别过程将从有机相转向水相。
(4)手性分离和固相萃取氨基酸手性药物将步入产业化 阶段。
((55))印印迹迹技技术术将将从从氨氨基基酸酸药药物物等等 小小分分子子超超分子过渡到核昔酸、 多多肤肤、、蛋蛋白质等生物大分子甚 至至生生物物活活体细胞。
((66))MMIIPPss用用于于辅辅助助合合成成和和仿仿生生传传 感感器器将将获获得较快发展。
可可以以预预计计随着化学、生物学、 材材料料学学和和现代分析技术的不断 发发展展，，分分子印迹技术将会在分 离离分分析析和和催化等诸多领域发挥 越越来来越越大大的作用。
4.2 色谱分离
MI PS 最广泛的应用之一是利用其 特异的识别功能去分离混合物，近年来， 引人瞩目的立体、特殊识别位选择性分 离已经完成。其适用的印迹分子范围广， 无论是小分子(如氨基酸、药品和碳氢化 合物等)还是大分子(如蛋白质等)已被应 用于各种印迹技术中
分子印迹原理
分子印迹原理分子印迹技术是一种通过特定的分子模板来选择性识别目标分子的方法。
它的原理是在聚合物材料中，通过目标分子与功能单体的非共价作用形成复合物，然后再通过交联剂的作用形成固定的结构。
在去除目标分子后，留下了与目标分子的空位结构，这就是分子印迹物质。
分子印迹技术可以应用于分离、富集、检测等领域，具有广泛的应用前景。
分子印迹原理的关键在于分子模板的选择和功能单体的配比。
首先，选择合适的分子模板是分子印迹技术成功的关键。
分子模板应具有与目标分子相似的结构和功能团，以便形成稳定的复合物。
其次，功能单体的选择和配比也至关重要。
功能单体应具有与分子模板和目标分子相互作用的基团，以保证复合物的稳定性和选择性。
在聚合过程中，分子模板和功能单体形成的复合物被固定在聚合物材料中，形成了具有空位结构的固定空间。
当目标分子再次进入这个固定空间时，会与空位结构发生特异性的非共价作用，从而实现目标分子的选择性识别。
分子印迹原理的应用非常广泛。
在生物医药领域，分子印迹技术可以用于药物的分离和富集，从而提高药物的纯度和活性。
在环境监测领域，分子印迹技术可以用于水质和大气中有害物质的检测，从而保障人们的健康和安全。
在食品安全领域，分子印迹技术可以用于食品添加剂和农药残留的检测，从而保证食品的质量和安全。
此外，分子印迹技术还可以应用于化学传感器、分子识别和生物分子分析等领域。
总之，分子印迹原理是一种非常重要的分子识别技术，它通过特定的分子模板和功能单体，形成具有空位结构的固定空间，实现了对目标分子的选择性识别。
分子印迹技术在生物医药、环境监测、食品安全等领域具有广泛的应用前景，对于推动科学研究和解决实际问题具有重要意义。
随着科学技术的不断进步，相信分子印迹技术将会发挥更大的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
分子印迹原理
分子印迹原理分子印迹技术是一种利用分子与分子之间的特异性相互作用来选择性识别和分离目标分子的方法。
它是一种特殊的化学合成技术，通过分子模板法制备具有特异性识别功能的高分子材料。
分子印迹原理的核心在于分子模板与功能单体之间的相互作用，以及分子模板与目标分子之间的特异性识别。
在分子印迹技术中，首先选择合适的分子模板，通常是目标分子的结构类似物，然后与功能单体通过共价键或非共价键进行聚合反应，形成具有空穴结构的高分子材料。
在聚合反应完成后，将分子模板从高分子材料中去除，留下与其结构相匹配的空穴，即形成了分子印迹材料。
分子印迹材料具有高度的选择性和特异性，这是因为在聚合反应中，分子模板与功能单体之间形成了特定的相互作用，使得形成的高分子材料具有对目标分子的特异性识别能力。
这种特异性识别能力使得分子印迹材料在化学传感、分子分离、药物释放等领域具有广泛的应用。
分子印迹原理的核心在于分子之间的相互作用。
在分子模板与功能单体之间的相互作用过程中，通常会发生氢键键合、范德华力、离子键等相互作用，这些相互作用的强弱和特异性决定了最终分子印迹材料的识别性能。
因此，在设计和合成分子印迹材料时，需要充分考虑分子模板与功能单体之间的相互作用，以及分子模板与目标分子之间的特异性识别机制。
除了分子模板与功能单体之间的相互作用外，分子印迹材料的识别性能还与其结构和形貌密切相关。
通过调控功能单体的种类和比例，可以调节分子印迹材料的孔径大小和分布，从而影响其对目标分子的识别能力。
此外，还可以通过表面修饰等手段改善分子印迹材料的识别性能，使其具有更广泛的应用前景。
总之，分子印迹原理是一种利用分子之间的特异性相互作用来选择性识别和分离目标分子的方法。
通过合理设计和合成分子印迹材料，可以实现对目标分子的高度选择性识别，具有广泛的应用前景。
随着分子印迹技术的不断发展和完善，相信它将在化学传感、分子分离、药物释放等领域发挥越来越重要的作用。
有机化学中的分子识别与分子检测技术
有机化学中的分子识别与分子检测技术随着科技的不断进步和人们对应用领域的需求不断增长，有机化学领域中的分子识别与分子检测技术也得到了快速的发展和广泛的应用。
分子识别与分子检测技术主要通过对分子之间的相互作用进行分析和研究，以实现对特定分子的识别和检测。
本文将介绍有机化学中的分子识别与分子检测技术的原理、应用和发展前景。
一、分子识别技术分子识别技术是指通过对分子间的相互作用进行研究，实现对特定分子的识别和辨认。
在有机化学中，常用的分子识别技术包括化学传感器、分子印迹技术和生物传感器等。
1. 化学传感器化学传感器是一种能够识别和检测目标分子的装置或材料。
它通过与目标分子之间的特定相互作用发生反应，实现对目标分子的高选择性和灵敏度检测。
常见的化学传感器包括荧光传感器、离子传感器和气体传感器等。
2. 分子印迹技术分子印迹技术是一种基于分子间作用力的识别技术。
它通过在聚合物材料中引入目标分子的模板，经过聚合和凝胶化等处理后，获得具有高选择性的分子印迹聚合物。
分子印迹技术在化学分析、药物分析和环境监测等领域具有广泛的应用前景。
3. 生物传感器生物传感器是一种利用生物分子的选择性识别性质来检测目标分子的装置。
生物传感器常采用酶、抗体、DNA等生物分子作为信号转换元件，通过与目标分子发生特异性反应实现对目标分子的检测和定量分析。
二、分子检测技术分子检测技术是指通过对样品中的分子进行检测和分析，实现对分子的定性和定量分析。
在有机化学中，常用的分子检测技术包括光谱学、质谱学和色谱分析等。
1. 光谱学光谱学是利用分子对不同波长光的吸收、散射和发射特性进行分析的技术。
常用的光谱学技术包括紫外可见光谱、红外光谱和核磁共振光谱等。
光谱学技术具有非破坏性、快速、高灵敏度和高选择性等优点，在有机化学中广泛应用于物质的结构表征和分析。
2. 质谱学质谱学是一种利用质谱仪对样品中的分子进行分析和检测的技术。
质谱学通过分析分子的质量和质荷比等特性，实现对分子的定性和定量分析。
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MIPs 在废水处理中的应用
污染物的有效测定 有机污染物的选择性吸附 作为催化剂降解污染物 基于MIPs的荧光传感器用于污染物的选择性识别
高选择性
选择性识别、分离、检测和纯化
污染物的有效测定
分子识别能力强
MIPs
稳定性好
作为选择工具应用于多个分析领域： 传感器，固相萃取（SPE）及色谱等等 分子印迹固相萃取（MISPE） MISPE：为复杂样品提供了一种简单高效的预处理方法 已成功从水样中萃取和检测了一系列的化合物
1
问题1 2 问题2 Click to add title in here
制备局限在有机溶剂中进行，应用于水相时， 表现出不同的膨胀效果，从而使其特异性受限
Click to add title in here
水分子与模板存在竞争，使模板与功能单体 之间的非共价键减弱或被破坏
亲水性 MIPs
表面亲水性显著增强 水相中也具有出色的分子识别能力
非特异性吸附 氢键，疏水作用， 范德华力
特异性吸附
空腔的选择性识别
MIPs作为吸附剂的局限
单一目标污染物 的富集与吸附
实际应用需考虑 成本和效率
制备多功能MIPs 优化MIPs的制备 及提高效率
实验室研究：已有效去除一系列有机污染物
实验室研究
众多复杂性
大规模工业应用
作为催化剂降解污染物
MIPs作为催化剂的优势及应用
利用虚拟模板制备SMIPs
给MIPs带有磁性（MMIPs）
残余模板可与目标分析物分离， 避免干扰痕量分析 SMIPs大大提高吸附脱附效率， 从而大大减小了残余模板的泄露
易于收集与分离
有机污染物的选择性吸附
吸附优势：成本低，适应能力强，设计/操作简单等 吸附剂：活性炭，氧化铁纳米材料，石墨烯材料，MIPs等等 MIPs：高选择性，吸附容量大 针对MIPs作为吸附剂去除有机污染物，已做了很多研究
MIPs-量子点复合材料
量子点优点：光稳定好、光致发光效率高、量子尺寸效应等
量子点缺点：易受模板分子结构相似物质的干扰，非特异性 结合导致其荧光背景值偏高，从而使其特异性和检测的灵敏 度受限ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成为量子点广泛应用的主要障碍。 解决：将分子印迹技术的高选择性与量子点的优异荧光特性相结合
例：量子点QDs@MIP纳米微球复合材料用于农药的特异性识别
解决：SMI及虚拟模板
基于MIPs的复合材料在废水处理中的应用
传统MIPs在实际应用中的不足：模板去除不完全，亲和力低，传质慢 近来：与纳米材料、磁性粒子、量子点等结合制备基于MIPs的复合材料 复合材料集合了两者的优点，具有优异的性能：高选择性， 良好的亲和力，对分析物具有快速的结合/分解动力学
MISPE基本原理流程图
MISPE与HPLC联用
高效分离检测目标污染物
Xu et al. (2009)，MISPE-HPLC 分离检测环境中的微量雌激素酮 优势：高选择性，检出限低，相对标准偏差小
缺点及相应的改进策略
残留模板的泄露 检测的准确度下降
MIPs粒径小 难分离，限制MISPE的实际应用
机理研究不足
MIPs形成及MIPs配体识别的机理研究不足 MIPs的成功制备依赖于功能单体和模板复合体的稳定性 和强度（主）和聚合作用 模板和功能单体之间的作用力为共价键或非共价键（氢键、 静电作用及疏水作用） 而每种作用力的相对重要性还未知 相关机理的深入研究 更理性地设计MIPs
亲水性分子印迹聚合物
MIPs纳米颗粒
MIPs磁性粒子
MIPs-量子点
MIPs-磁性粒子复合材料（MMIPs）
Fe3O4的优点：毒性低，成本低，生态友好性 在分离、催化、生物学及环境修复方面均有应用前景 将MIPs与Fe3O4结合，在选择性和灵敏度上有良好的综合效益
Li Y, Li X, Chu J et al (2010) Environ Pollut 158(6):2317–2323
分子印迹技术 ……在废水处理中的应用
2014.12.12
分子印迹技术：为获得在空间结构和结合位点上与 某一模板分子完全匹配的聚合物的制备技术。
洗脱除去目标分子，通过一定 的物理或化学方法除去目标分 子这样就在聚合物中留下一个 与目标分子在空间结构上完全 加入交联剂，在目标 匹配的空腔 分子 -功能单体复合 物周围发生聚合反应， 形成具有机械性能的 目标分子与功能单体通过共价作 高分子聚合物 用或非共价作用形成复合物
MIP-CNTs复合材料检测痕量三氯生
CNTs@TCS-MIPs：动力学快、吸附容量大、选择性好 提取效率和选择性：CNTs@TCS-MIPs ＞ CNTs@NIPs
Gao RX, Kong X, Su FH et al (2010) J Chromatogr A 1217(52):8095–8102
在降 解污染物 方 面具有重要作用
较好 的应用于 污 染物 的特异性 识 别及检测
MIPs 复合材料
与纳米材料、磁性粒子或量子点结合制备的复合材 料结合了两者的优点，提供了更广泛的应用潜力
挑战：机理研究、亲水性MIPs的制备及残余模板泄露 利用MIPs的潜在应用来得到干净水指日可待
基于MIPs的荧光传感器用于污染物的选择性识别
用于目标分析物的特异性识别和定量检测
得到基于MIPs的荧光传感器 已有多种方法用于将荧光传感器与MIPs一体化 通过荧光转换平台的印迹制备基于MIPs的荧光传感器 检测原理：荧光转换平台表面上的MIPs作为识别元件，特异 性的结合复杂基质中的微量目标分析物，这将引起传感器的 荧光淬灭，而淬灭程度与目标分析物的量有关。 缺陷：残余模板的泄露
亲和 能力 强
选择 性高 构效 预定性
再生识 别能力 强
分子印 迹聚合 物
稳定 性好
抗恶劣 环境能 力强
分子印迹技术
特异性 广泛 实用性
制备 成本 低
广泛地应用于手性固定相分离、 固相萃取、膜分离、仿生传感器、 模拟酶催化及药物控释等领域中
Overview of review structure
优势 应用 能抵挡恶劣环境：高温高压，适于多种多样的实际应用 极端pH，有机溶剂 可以模拟酶的活性中心 代替酶以及针对特殊底物制 备特异的催化剂
例：制备负载MIPs的TiO2光催化剂，用于2-硝基酚和4-硝基酚的降解
光催化的活性得到了增强 具有很高的选择性
Shen XT, Zhu LH, Liu GX et al (2008) Environ Sci Technol 42(5):1687–1692
MIPs-纳米颗粒复合材料
大量的纳米材料作为辅助材料用于分子印迹聚合物的制备： 碳纳米管、纳米SiO2、磁性纳米粒子、多壁碳粒子、TiO2纳米管、 金纳米粒子、银胶体粒子等
优势1
• 模板可被完全去除，形成有效的识别位点
优势2
• 印迹材料的大小和形状易于设计
优势3
• 多功能复合材料：分散性好、比表面积大、 结合动力学快
残余模板泄漏
仍有待研究
虚拟模板的使用使MIPs 的特异性受到一定影响
以虚拟模板制备MIPs
仍有少量模板分子泄露 引入表面分子印迹技术 残余模板泄露
结论
MIPs对目标污染物具有高选择性，在废水处理领域具有很 大的应用前景
选 择 性 SPE 及 去 除给 定目标分 析 物或 结构相似 化 合物的重要技术
和直接荧光定量检测
原理：二嗪农与MIP的特异性识别空腔结合，导致了荧光淬灭
结果：高选择性识别检测+快速的吸附脱附
Zhao YY,Ma YX, Li H et al (2011) Anal Chem 84(1):386–395
将MIPs应用于废水处理的关键障碍
机理研 究不足
关键障碍
亲水性 MIPs 残余模 板泄露