分子印迹聚合物的原理和作用方式

分子印迹聚合物的原理和作用方式

MIPs是以某种化合物的分子结构为模板合成的聚合物。在印迹分子存在的条件下,将带有特殊官能团的单体与大量的基质单体在适当的介质中进行模板聚合反应，两者之间发生相互作用，如共价和分子间作用力。由于印迹分子的存在,因此在聚合过程中,单体分子本身所带的官能团会根据与印迹分子相互作用的需要, 在分子印迹分子周围按一定的取向和排列形成分子聚合物，形成特定的空间构象，得到高度交联的聚合物。聚合结束后通过洗脱等方法除去聚合物上结合的印迹分子,聚合物主体上就形成了与印迹分子空间结构匹配的具有多重作用位点的“空穴”结构。这种具有“记忆”效应的印迹聚合物对印迹分子及其它与印迹分子结构相似的客体分子具有较高的特异性结合能力,类似于酶-底物的“钥匙-锁”相互作用,依赖于印迹聚合物和客体分子大小及形状的匹配。如图1所示：

根据模板分子和功能单体形成复合物时作用力的性质，分子印迹可分为共价型和非共价型两

种。两种印迹类型的印迹过程如图2所示。

共价键法在共价型印迹过程中,印迹分子与官能团单体以共价键形式结合而形成印迹分子的衍生物，该衍生物在交联剂的存在下连接到聚合物的基质上。在印迹聚合物形成后,再将与印迹分子连接的这些共价键打断，并将印迹分子洗脱出来，从而形成具有吸附活性的印迹聚合物。在共价键法中，所采用的单体通常为低分子化合物，在选择时应考虑该单体与印迹分子形成的共价键键能要适当，达到在聚合时能牢固结合，在聚合后又能完全脱除的目的；另外还要考虑该单体与客体印迹分子有良好的相互作用。目前，共价键结合作用包括硼酸酯、

西佛碱、缩醛(酮)、酯、螯合键作用等。

非共价键法把适当比例的印迹分子与官能团单体和交联剂混合，通过非共价键结合在一起制成非共价键印迹分子聚合物。这些非共价键包括离子键、氢键、偶极作用、疏水作用、静电作用以及范德华力等。由于这种方法与溶剂的极性密切有关，所以印迹高聚物的形成是在有机溶剂中完成的。在溶液中官能团单体与印迹分子的比例至少为4:1，以便尽可能多的非共价作用形成。这些与印迹分子相配位的官能团单体在溶液中与交联剂达到快速平衡，形成印迹聚合物将印迹分子包围，产生与印迹分子在形状、功能上互补的识别位点。在聚合物形成后再将印迹分子洗脱掉，所得的印迹聚合物就具有吸附活性。

共价型分子印迹中,单体与模板分子之间是通过化学键连在一起的,印迹过程复杂,形成的复合物也很稳定,必须采用化学方法除去模板分子。有限的可逆化学反应,限制了此法的应用性。与共价型印迹相比,非共价型印迹简单易行,模板分子易于除去,是目前广为流行的方法,其分子识别过程也更接近于那些天然的分子识别系统,如“抗体-抗原”和“酶-底物”等。在印迹过程中还可以同时采用多种单体,以提供给模板分子更多的相互作用,产生更好的印迹效果