分子印迹聚合物研究进展

I
分子印迹技术最新研究进展及其分析比较
张皝
（江南大学化学与材料工程学院，江苏无锡，214122）
摘要：分子印迹技术是近年来发展起来的一种新的分子识别技术, 通过分子印迹技术获得的分子印迹聚合物具有选择性高、制备简单的特点。

分子印迹聚合物作为固相萃取、分离和传感器的功能材料已广泛应用于生物、医药、环境样品等复杂基体中难童分析物的分析。

本文详细介绍了分子印迹技术的研究进展, 阐述了分子印迹聚合物及其在分离和固相提取中的应用。

关键词：分子印迹技术应用比较
1．引言
分子印迹是指制备对某一特定分子具有选择性识别能力的聚合物的技术. 首先将目标分子即模板分子与功能单体相互作用形成复合物，一般在交联剂存在下引发聚合形成聚合物，然后除去模板分子，最后得到对模板分子具有专一识别性的分子印迹聚合物(MIP)。

分子印迹聚合物是一种具有较强分子识别能力的新型高分子仿生材料。

分子印迹聚合物的制备一般要经过以下三个步骤：（1）使模板分子和单体分子间产生互补的相互作用，形成复合物；（2）加入交联剂，在模板-单体复合物周围进行本体聚合反应；（3）除去聚合物中的模板分子。

由于在聚合过程中模板分子的加入，当洗去聚合物中的模板分子后，在模板聚合物中就会留下一些空穴，其大小，形状及官能团的分布与模板分子具有互补性，因而对模板分子具有选择性。

其过程就象烙印一样，在聚合物上留下模板分子的印迹，所以称分子印迹聚合物（molecular imprinted polymer，MIP）。

2．印迹分子聚合物的原理与特点
在生物体系中,分子复合物通常通过非共价键相互作用(如氢键作用、范德华力、静电作用、疏水作用、亲水作用、( - (作用) 而形成. 由Pauling 抗体形成理论出发,分子印迹是通过以下方法实现的: (1)在适当介质中,具有适当功能基团的功能单体通过与模板分子间的相互作用聚集在模板分子周围,形成稳定的复合物; (2) 复合物与过量的交联剂形成聚合物材料,从而使功能单体上的功能基团在特定的空间取向上固定下来; (3) 通过一定的化学方法将模板分子脱除,在聚合物材料中就形成了在三维空间大小、形状以及功能配基都与模板分子互补的分子印迹微腔. 该分子印迹微腔使分子印迹聚合物具有天然抗体最重要的特征———分子识别。

分子印迹聚合物之所以发展如此迅速,主要是因为它有三大特点: (1) 构效预定性(predetermination) . 即模板分子和功能单体形成的这种自组装结构是在聚合之前预定形成的,所以人们可以按照自己的目的制备不同的分子印迹聚合物,以满足各种不同的需要; (2) 特异识别性( specific recogni tion) . 即分子印迹聚合物是按照印迹分子定做的,它具有能识别该印
迹分子的特定的识别空腔和识别位点, 可专一的识别印迹分子. (3) 广泛实用性(practicability) . 即它可以与天然的生物分子识别系统如酶与底物、抗体与抗原、受体与激素相比拟,但由于它是由化学合成的方法制备的,因此又有天然分子识别系统所不具备的抗恶劣环境的能力,从而表现出高度的稳定性和长的使用寿命;同时分子印迹聚合物可以识别免疫抑制性分子和剧毒化合物. 分子印迹聚合物制备成本低是分子印迹技术的另一优点. 与蛋白质分子识别系统和合成手性识别系统相比,制备分子印迹聚合物的成本是相当低的,而且印迹分子可以回收、重复使用. 所有这些优点表明,分子印迹聚合物具有非常诱人的发展前景。

3．应用
（1）分子印迹聚合物在传感器方面的应用
目前通常用分子印迹聚合物作为传感器的识别元件固定在传感器与被分析物的界面。

被分析物在识别元件上的吸附经过传感器变为电讯号再放大。

此信号与被分析物的浓度有关系。

根据转换器的测量原理不同，传感器可以分为电化学式(包括电位型、电导型、电流型) 、光学式、质量式和热学式。

目前,分子印迹聚合物主要应用于前三类传感器中。

由于分子印迹聚合物的识别性能不受酸、碱、热以及有机试剂等各种环境因素的影响，因此，分子印迹聚合物传感器兼具有生物传感器和化学传感器的优点，可能是未来传感器的重要发展方向之一。

分子印记水凝胶可以响应外界环境（如温度、pH、溶剂、离子强度、电场、磁场、光、压力和特异分子等）的变化，发生可逆体积相变，从而具有控制释放的能力。

将分子印迹技术引入智能水凝胶，制备分子印迹智能水凝胶，不仅可以保持其环境响应性，更赋予其对特异分子的识别性能，从而可以根据外界环境的变化控制其对特定分子记忆功能的开关，实现自动识别并结合或释放特定分子。

它有望应用于药物控释、生物传感和免疫分析等领域。

如Daniel S. Janiak对水凝胶的静电电荷密度和蛋白质选择性进行了探讨。

在这项研究中，用MAOTAC作为阳离子单体和AMPS作为阴离子单体进行聚合，来区别一些丙烯酰胺基水凝胶具有不同积极和消极的选择性能力。

最后得出这种模板识别能力是基于两种单体不同的电荷密度和是否对单体有积极或消极的选择能力。

（2）印迹聚合物在分离技术中的应用
分子印记聚合物膜因为拥有特殊的选择透过性，在目前固相分离和萃取等方面应用具有很大的前景。

Takaomi Kobayashi等人对具有二苯并呋喃识别的新型分子印迹聚合物膜进行了研究，并使用相转化印记的聚砜膜来研究DBF的亲和力。

将有一个苯基砜基团的聚砜（PSf）和DBF模板溶解在二甲基乙酰胺（DMAc ）中，在水中凝结来制备多孔膜。

金属离子印迹聚合物，由于其对金属离子的特殊选择性，在污水处理等领域应用广泛。

现在对该类型聚合物的研究甚多，比如Kazuya Uezu对锌离子印迹聚合物的研究，利用与模板表面结合的聚合和C -射线辐射来制备。

经过在油包水型乳液中与模板表面结合的聚合，这个印迹树脂将用C -射线照射，使聚合物结构更为刚性，也使功能单体能更好的贴近该结构。

辐照印迹树脂相对于铜离子表现出极大的高锌离子选择性。

因此，这种经过辐射的印迹聚合物具有稳定的和高效的特殊选择性已经得到认可。

这种经过辐射的与模板表面结合提供了一个潜在的技术来建造适用于各种水溶性物质吸附的高度选择性分子识别聚合物。

目前国内也有不少学者在此方面有较深入的研究。

齐晶瑶等人以丙烯酰胺为功能单体,二乙烯基苯为交联剂,四氯化碳为溶剂,采用乳液聚合法制备了苯胺分子印迹聚合物,考察了其对水中微量苯胺的去除情况。

结果表明,苯胺分子印迹聚合物对水中苯胺具有较好的亲和性和较强的吸附性能。

孟范平等人还对印迹聚合物在固相萃取中的应用，综述了分子印迹聚
合物(MIPs) 的制备原理、方法及其在固相萃取中的应用现状,特别分析了聚合物制备条件和工作条件对MIPs 识别性能的影响,最后提出了改进MIPs 性能需要进一步研究的方向。

（3）分子印记聚合物在生物受体方面的应用
分子印迹技术用于创建DNA和RNA分子的高分子受体。

David A. Spivak和Kenneth J. Shea*利用乙二醇乙二酯（EGDMA ）甲基丙烯酸（MAA ）印迹共聚物的结合亲和力和选择性将用色谱法进行评价。

特异性结合在腺嘌呤，胞嘧啶和鸟嘌呤衍生物之间被发现。

这些基团包括一个2 -氨基吡啶基础并印迹9-乙基腺嘌呤的聚合物中发现具有重要的约束力和特异性。

胸腺嘧啶和尿嘧啶衍生物，其中不包含2 -氨基吡啶基团，表现出很小的特异性结合的印迹聚合物。

4．结论
目前. 分子印迹技术仍然存在许多问题有待于进一步解决. 首先是分子印迹过程和分子识别过程的机理和表征问题. 尽管有不少研究者在这方面作过努力,但结合位点的作用机理、聚合物的形态和传质机理仍然不够清楚。

如何从分子水平上更好地理解分子印迹过程和识别过程,仍需开展大量工作.其次,目前使用的功能单体、交联剂和聚合方法都有很大的经验性质和局限性. 具体表现在:功能单体的种类太少以至于不能满足某些分子识别的要求. 这就使得分子印迹技术远远不能满足实际应用的需要;目前分子印迹聚合物大多只能在有机相中进行聚合和应用而天然的分子识别系统大多是在水溶液中进行的;目前能用于分子印迹的大多是小分子,而有关大分子的报道的成功实例较少. 可以相信,随着化学、生命科学、材料科学和分析技术等的不断发展,分子印迹技术将会在化学及其相关领域得到日益广泛的应用。

参考文献：
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II
热聚合制备己酸乙酯分子印迹聚合物膜及其分离性能研究
张皝
（江南大学化学与材料工程学院，江苏无锡，214122）
摘要：利用热聚合法引发聚合制备MMA膜为支撑膜，乙二醇二甲基丙烯酸酯(GDMA ) 为交联剂的己酸乙酯分子印迹聚合膜。

用扫描电子显微镜观察膜的表面形态。

膜通过对己酸乙酯溶液的分离效应进行选择性渗透性能测定。

考察PH对渗透性的影响。

关键词：分子印迹聚合物膜己酸乙酯选择性渗透性
引言：
分子印迹聚合物(MIP) 是一类对模板分子具有选择识别性的新型功能高分子材料, 其选择识别性缘于聚合物内与模板分子相匹配的三维印迹孔穴对模板分子的“记忆效应”。

目前, MIP 作为识别材料已在色谱分离、固相萃取、酶模拟、生物传感器等领域显示出广阔的应用前景。

己酸乙酯作为浓香型白酒的主体风味物质,是衡量白酒质量的重要指标之一，市场需求量很大。

目前主要利用硫酸或对甲苯磺酸作催化剂，通过化学方法合成；但是化学方法容易产生副反应，造成后处理困难，而且产品质量不高，因此造成分离程序复杂且效果差，增加了很多的费用。

同时酸催化还会产生大量废液，造成严重的环境污染。

实验部分
1.试剂与仪器
模板分子己酸乙酯，分析纯；功能单体甲基丙烯酸甲酯（MMA），化学纯；热引发剂偶氮二异丁腈(A IBN )，经乙醇溶解提纯；交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯（GDMA）,分析纯；甲醇，乙酸，无水乙醚，乙腈，二氯甲烷皆为分析纯。

功能单体中的阻聚体通过NaOH碱洗除去，交联剂中的阻聚剂用活性炭吸附去除。

扫描电子显微镜，气相色谱仪。

2.印迹聚合物的制备
首先称取适量的己酸乙酯于磨口试管中，加入MMA和乙腈溶解，然后加入GDMA和AIBN，混合均匀，充氮气5min，然后抽真空密封，放入恒温振荡器中，60°C恒温反应48 h。

将所得产物置索氏提取器中，用甲醇和乙酸(体积比9∶1) 回流24 h 以除去模板分子; 最后真空干燥得MIP备用。

制备空白聚合物时, 除不加模板分子, 其他方法同上。

3.膜的制备
将得到的聚合物，溶于二氯甲烷中，配成一定浓度的溶液，倒入自制的玻璃槽中，真空干燥器中放置24h。

溶剂挥发成膜。

4.试验方法
用扫描电子显微镜分别观察膜吸附前和吸附后的表面结构。

用（24）中GB/T 10345.8-89方法测定该聚合物膜分离后溶液中己酸乙酯的含量，以此分析其分离性能。

并考察溶液不同PH对分离性能的影响。

4.1 仪器
4.1.1 气相色谱仪,配有氢火焰离子化鉴定器。

4.1.2 微量注射器,10 μL。

4.2 试剂和材料
4.2.1 己酸乙酯,色谱纯。

作标样用。

2%溶液(用60%乙醇配制)。

4.2.2 乙酸正丁酯,色谱纯。

在邻苯二甲酸二壬酯-吐温混合柱上分析时,作内标用。

2%溶液(用60%乙醇配制)。

4.2.3 乙酸正戊酯,色谱纯。

在聚乙二醇柱上分析时,作内标用。

2%溶液(用60%乙醇配制)。

4.2.4 载体:Chromosorb W(AW)或白色担体102(酸洗硅烷化),80～100目。

4.2.5 固定液:
a. 20% DNP(邻苯二甲酸二壬酯)+ 7%吐温80;
b. 10% PEG(聚乙二醇)1 500或PEG 20M。

4.2 试验程序
4.2.1 色谱柱与色谱条件
采用邻苯二甲酸二壬酯-吐温混合柱或聚乙二醇(PEG)柱,柱长不应短于2m,载气、
氢气、空气的流速及柱温等色谱条件随仪器而异,应通过试验选择最佳操作条件,以使己
酸乙酯及内标峰与试样中其他组分峰获得完全分离为准。

4.2.2 标样f值的测定
吸取2%的己酸乙酯溶液1.00mL,移入50mL容量瓶中,然后,加入2%的内标液1.00mL,用60%乙醇稀释至刻度。

上述溶液中己酸乙酯及内标的浓度均为0.04%(V/V)。

待色谱仪基线稳定后,用微量注射器进样,进样量随仪器的灵敏度而定。

记录己酸乙酯峰的保留时间
及其峰面积,用其峰面积与内标峰面积之比,计算出己酸乙酯的相对重量校正因子f值。

4.3 样品的测定
吸取试样10.0 mL,移入2%的内标液0.20 ml,混匀后,在与f值测定相同的条件下进
样,根据保留时间确定己酸乙酯峰的位置,并测定己酸乙酯峰面积与内标峰面积,求出峰
面积之比,计算出试样中己酸乙酯的含量。

计算：
A1 d1
f =━━×━━ (1)
A2 d2
A3
X = f×━━×0.352 (2)
A4
式中:X——试样中己酸乙酯的含量,g/L; f——己酸乙酯的相对重量校正因子;
A1——标样f值测定时内标的峰面积; A2——标样f值测定时己酸乙酯峰面积;
A3——试样中己酸乙酯的峰面积; A4——添加于试样中内标的峰面积;
d1——己酸乙酯的比重; d2——内标物的比重;
0.352——试样中添加内标的量,g/L
实验结果
分析与讨论
参考文献：
1．Vlatakis G. , Andersson L I , Muller R. Drug assay using anti2 body mimics made by molecular impringting[J ] . Nature , 1993 ,361 : 6452647
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24. 白酒中己酸乙酯的试验方法，GB/T 10345.8-89。