分子印迹技术.ppt创新课

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分子印迹技术机理
利 用 表 面 分 子 印 迹 技 术 选 择 性 检 测 环 境 中 兽 药 残 留 物
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• 分子印迹聚合物的制备过程
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1.功能单体的选择 单体的选择主要有印迹分子决定，它首先必须能与印 迹分子成键，且在反应中它与交联剂分子处于合适的位 置才能使印迹分子恰好镶嵌于其中。常根据单体与印迹 分子作用力的大小预测，合理的设计，合成带有能与印 迹分子发生作用的功能及的单体。
（sacrificial spacer method)”的分子印迹技术。该法实际 上是吧分子自组装与分子预组装两种方法结合起来形成的 方法。
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牺牲空间法示意图
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首先，模板分子与功能分子单体以共价键的形式形成模 板分子的衍生物（单体—模板分子复合物），这一步相当 于分子预组装，然后交联聚合，是功能基固定在聚合物链 上，出去模板分子后，功能基留在空穴中。当模板分子重 新进入空穴时，模板分子与功能单体上的功能基不是以共 价键结合，而是以非共价键结合，如同分子自组装。
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• 共价键法和非共价键法的主要区别：
非共价键法中通过弱的相互作用力在溶液中自发的形成 单体模板分子复合物； 共价键中时通过单体和模板分子之间的可逆性共价键合 成单体模板分子复合物。
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（3）共价作用与非共价作用杂化
进来Vulfson等人又发展了一种称之为“牺牲空间法
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这样在聚合物中便留下了与模板分子大 小和形状相匹配的立体孔穴，同时空穴中 包含了精确排列得与模板分子官能团互补 的由功能单体提供的功能基团，如果构建 合适，这种分子印迹聚合物就像锁一样对 此钥匙具有选择性。这边赋予该聚合物特 异的“记忆”功能，即类似生物自然的识 别系统，这样的空穴将对模板分子及其类 似物具有选择识别特性。
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（4）金属螯合作用
金属离子与生物或药物分子的螯合作用具有立体选择性， 结合和断裂均比较温和的特点，故有望应用于分子印迹中。 利用金属螯合作用还可以实现对金属离子的高选择性吸附， 2 Zn Cu Ni 已用于印记的金属离子主要有 常用的功能单体主要有1-乙烯基咪唑，乙烯多胺等。
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根据印记分子和功能单体之间作用的不同，可将制备MIPs 的方法分为以下四种： （1）预组装法（pre-organized approach)——共价 键 作用
共价键法是由Wulff等人创立发展起来的。该方法中印迹分子（目 标分子）和功能单体一共价键的形式结合成印迹分子的衍生物，该聚 合物进一步在化学条件下打开共价键是印记分子脱离。功能单体一般 采用小分子化合物。
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分子印迹技术概论和历史发展
• 分子印迹的起源
分子印迹技术起源于免疫学，20世纪30年代，Breinl， Haurowitz和Mudd都提出了抗原侵入生物体产生抗体的理论。 著名的诺贝尔获奖者Pauling在20世纪40年代提出抗体形成学 说：抗原物质进入机体后，蛋白质或多肽链以抗原为模板进 行分子自组装或折叠形成抗体。 Pauling理论不合理处：抗体本来就有，并非抗原侵入后诱 导而成，因此被后来的“克隆选择理论”所推翻。 Pauling理论中的合理成分：生物所释放的物质与外来物质 有相应的结合位点；生物体所释放的物质与外来物质在空间 上匹配。
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2.聚合反应 在印迹分子和胶连剂存在的条件下，对单体进行聚合。 首先，在一定溶剂（也称致孔剂）中，模板分子（即印迹 分子）与功能单体依靠官能团之间的共价作用形成主客体 配合物；其次，加入胶连剂，通过引发剂引发进行光或热 聚合，使主客体配合物欲胶联剂通过自由技工聚合在模板 分子周围形成高度胶联的刚性聚合物。 聚合方法有本体聚合，分散聚合，沉淀聚合，原位聚 合，悬浮聚合，表面印迹以及抗原印迹等。为维持良好的 特定空间构型，一般需要控制较高的胶联度（通常高达 80%）。
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• 分子印迹热力学
热力学过程控制分子印迹的识别分离过程是目前被研究者 普遍接受的理论，人们大多通过研究分离过程的熵变，焓 变和自由能等热力学参数的变化等来对热力学过程进行描 述。 从分子印迹聚合物的制备过程可以看出，在引发聚合之前， 模板分子与功能单体在溶液中经预组织排列形成复合物， 这是一个动态平衡过程，在平衡中形成的复合物的稳定程 度受吉布斯自由能的变化控制，这样焓变和熵变决定了平 衡态势，即模板分子-功能单体复合物的稳定性。
共价键结合作用包括：硼酸酯、席夫碱、缩醛酮、酯 和螯合物等。 该方法主要应用于制备各种具有特意识别功能的聚合 物，如糖及其衍生物，甘油酸及其衍生物，氨基酸及其衍 生物等。
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（2）自组装法（self-assembly approach)— —非共价键作用
该方法由Mosbach等人发展起来的。即把适当比例的 印迹分子与功能单体和交联剂混合，通过非共价结合在一 起生成非共价键印迹分子聚合物。 非共价键包括：氢键，静电引力，金属螯合作用，电 荷转移作用，疏水作用以及范德华力等。 该法主要应用与下列物质的分离：燃料，二胺，维生 素，氨基酸衍生物，多肽，肾上腺素功能药物阻聚剂，茶 碱，二氮杂苯等。
3.印迹分子的去除 采用温和的物理手段或化学手法乳酶解方法将占据再识 位点上的绝大部分印迹分子锡砣或降解下来。 4.后处理 在适宜的操作条件下对印迹分子聚合物进行成型加工和真 空干燥后处理。所制备的分子印迹聚合物应具备良好的物 理化学和生物稳定性，高吸附容量和使用寿命，特定的形 状尺寸，以获得较高的应用率。
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Nicholls对上面的公式进行了简化：
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对于在有机非极性溶剂中进行的分子印迹过程，也不存在
疏水作用力，因此可进一步简化
对于适合于模板分子印迹的功能单体，则需要用实验的办法进 行确定。
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类似的，在分子印迹分离中，模板分子 与聚合物之间的结合也存在一个平衡，并 且不仅仅是靠功能键的作用，还受到立体 空间结构的影响（即存在空间位阻）。利 用Page,Jencks和Williams及其同事关于配 体-受体作用热力学思考，对配体-受体作用 体系的能量贡献可用下式表示
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分子印迹技术的特点
• 构效预定性 • 特意识别性 • 广泛实用性
给基于该技术制备的分子与in基聚合物具有亲和性和选择 性高，抗恶劣环境能力强，稳定性好，使用寿命长，应用 广等特点，分子印迹技术在许多领域，如色谱分析，固相 萃取，仿生传感，模拟酶催化，临床药物分析，膜分离等 领域得到日益广泛的研究和发展，在生物工程，临床医学， 天然药物分离，食品工业，环境监测等行业形成广泛的应 用。
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分子印迹技术概论和历史发展
分子印迹技术的发展
1949年 Dickey 专一性吸附
1972年 德国Heinrich Heine大学的Wulff研究小组报道了
人工合成分子印迹聚合物
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的研究报道
1997年 在瑞典Lund大学成立了国际性的分子印迹学会
各种功能单体 共价键单体 4-乙烯苯硼酸,4-乙烯苯甲醛，4-乙烯苯酚 非共价型单 丙烯酸，甲基丙烯酸，甲基丙酸甲酯，对乙烯苯甲酸，对乙基苯乙烯， 亚甲基丁二酸，二丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸，1-乙烯基咪唑 体 印迹分子
糖类：甘露糖，半乳糖，果糖。氨基酸及其衍生物。蛋白质，维生素， 抗原，酶等
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分子印迹技术机理
• 分子印记技术的基本
原理
分子印记技术原理如右图所示。 当模板分子（印迹分子）与聚 合物接触时会形成多重作用点， 通过聚合过程这种作用就会被 记忆下来，当模板分子去出后， 聚合物中形成了与模板分子空 间构型相匹配的，具有多重作 用点的空穴，这样的空穴将对 模板分子及其类似物具有选择 识别特性。
分子印迹技术
王红红 张运河 赵维斌 田玉莲 朱淑宇
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内容概要
• 分子印迹技术概论和历史发展 • 分子印迹技术分类 • 分子印迹技术的特点 • 分子印迹技术机理
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分子印迹技术概论和历史发展
•
分子印迹，又称为分子烙印（molercular imprinting)， 是源于高分子化学，材料科学，生物化学等学科的一门交 叉学科。 • 分子印迹技术（molercular imprinting technique,MIT) 也叫分子模板技术，属于超分子化学研究范畴，是指以某 一特定的目标分子（模板分子，烙印分子，或印记分子） 为模板，制备对该分子具有特异选择性的聚合物过程，通 常描述为制备与识别“分子钥匙”的人工“锁”技术。 • 分子印迹聚合物（molecular imprinting polymers,MIPs)，通过分子印迹技术制备的高分子聚合物。
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胶联剂
由于要兼顾胶联剂和功能单体在溶液中的溶解性，可应用的胶 联剂并不多。
常用的胶联剂 胶联剂
乙二醇双甲基丙烯酸酯 二乙烯基苯 N,N’-亚甲基双丙烯酰胺
用途
有机溶剂分子印迹 有机溶剂分子印迹 水相分子印迹
胶联剂
戊二醛 环氧氯丙烷
用途
表面分子印迹 表面分子印迹
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