分子印迹聚合物简介29页PPT
分子印迹聚合物
摘要:分子印迹技术是制备对特定目标分子具有特异性识别能力的高分子材料的技术，所制备的高分子材料被称为分子印迹聚合物.分子印迹聚合物因具有预定性、识别性和实用性三大优点己]’一泛应用于分离、模拟抗体与受体、催化剂以及仿生传感器等方面和领域，显示出了]’一泛的应用前景.作者对分子印迹技术的发展历史、基木原理、分类、应用现状以及一些新的研究热点进行了综述.关键词:分子印迹技术;分子印迹聚合物;研究进展1分子印迹技术的基本原理分子印迹是制备对特定目标分子具有特异性识别能力的高分子材料的过程，目标分子又叫作模板分子或者印迹分子.分子印迹技术则是指为了获得在空间和结合位点上与目标分子相匹配的高分子材料的制备技术川.分子印迹聚合物的制备过程一般包括三个过程:cm首先根据模板分子选择合适的功能单体，并在致孔溶剂中使功能单体与模板分子通过两者官能团之间的相互作用(包括共价、氢键及其他一些弱作用)形成某种可逆复合物;(2)加入交联剂，在引发剂的作用下引发单体进行光聚合或热聚合，将模板分子与功能单体形成的可逆复合物“冻结”起来，使得模板分子被包埋在所形成的刚性高分子材料内;(3)采用物理或化学的方法将模板分子从高分子材料中洗脱出来，在模板分子所占据的空间位置和结构处遗留下来一个三维孔穴，该孔穴在尺寸、形状和结构方而与模板分子相匹配，同时由于功能单体具有与模板分子官能团互补的功能性官能团，因此所合成的分子印迹聚合物能够特异性的与模板分子进行识别和结合(见图1).因为分子印迹聚合物是根据模板分子“量身定做”的，因此分子印迹聚合物对模板分子(或结构类似物)具有较高的特异性识别能力，这种识别类似于生物学中酶和底物之间的相互作用，并且这种识别能力可以和(单克隆)抗体相媲美，分子印迹聚合物被MOSBACH教授形象地称为“塑料抗体”。
2分子印迹技术的分类按照功能单体与模板分子之间结合方式以及作用力的不同，分子印迹技术分为预组装法和自组装法两种(图2)，在两者的基础上又衍生出了结合两种基本方法特点的结合法.2.i预组装法(又名共价法)在预组装法中，模板分子以可逆共价键的形式与功能单体结合并形成相应的复合物，复合物与交联剂交联聚合形成相应的高分子聚合物，最后通过化学方法使可逆共价键断裂而除去模板分子并得到相应的分子印迹聚合物.预组装法的优点是分子印迹聚合中的结合基团空间位置上精确固定并排列，使得所制备的分子印迹聚合物对目标化合物的结合力较强，专一性较高.其缺点是由于共价键作用较强，在分子识别和再生过程中结合和解离速度较慢，达到热力学平衡所需时间较长，不适于快速识别与分析.到目前为{卜，采用预组装的方法，研究人员己经成功制备腺A}吟、芳香化合物、糖类及其衍生物的分子印迹聚合物。
分子印迹技术.ppt创新课
分子印迹技术的分类
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。
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。
7
分子印迹技术的分类
（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。
4
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
21
分子印迹技术机理
• 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。
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。
分子印迹聚合物
合成方法
分子印迹聚合物的主要合成方法有：本体聚合法、沉淀聚合法、微乳液聚合法、悬浮聚合法、原位聚合法、 多步溶胀聚合法以及原位电聚合法等。
运用领域
1MIPs用作化学仿生传感器
化学或生物传感器是由分子识别元件和信号转换器所组成。近十几年来,生物传感器以其突出的灵敏度和特异 性引起了广泛的**,使传感技术的研究不断升温。分子印迹聚合物敏感材料与近年来研究较热的生物敏感材料相 比,具有耐高温、高压、酸、碱和有机溶剂,不易被生物降解破坏,可多次重复使用,易于保存等优点。
1.2光化学传感器:
Kriz等发展了一种基于分子印迹技术的光纤传感器。这种传感器具有手性识别能力,能识别荧光标记的氨基 酸衍生物。其原理是当荧光标记的氨基酸结合到附着于石英窗上的MIPs时,荧光信号随其浓度而变。以D型的氨基 酸衍生物作参比便实现了手性识别。其检测丹酰-L-苯基丙氨酸的浓度范围为0～30μg/ml。
通过分子印迹技术合成的对特定目标分子（模板分子）及其结构类似物具有特异性识别和选择性吸附的聚合 物。
应用
色谱分离、膜分离、固相萃取、药物控制释放、化学传感、环境检测等
基本原理
分子印迹技术是在仿生科学和模拟自然界中酶与底物及受体与抗体作用的基础之上发展来的一项技术。分子 印迹是通过以下方法实现的:(1)使印迹分子与功能单体(functional monomer)之间通过共价键(covalent)或Π 和非共价键(non-covalent)结合,形成主客体配合物(Host-gust complex)。(2)在配合物中加入交联剂 (crosslinker),受引发剂,热或光引发,印迹分子-单体配合物周围产生聚合反应。在此过程中,聚合物链通过自 由基聚合将模板分子和单体配合物“捕获”到聚合物的立体结构中。(3)将聚合物中的印迹分子通过适当的方法 洗脱(extraction)或解离(dissociation)出来,形成具有识别印迹分子的结合位点。
分子印迹技术优秀课件
2.4 分子印迹技术的特点
MIT之所以发展如此迅速，主要是因为它有三大特点： ●预定性（predetermination）
根据不同的目的制备不同的MIPs，以满足不同的需要。 ●识别性（recognition）
MIPs是按照模版分子定做的，可以专一地识别印迹分 子。 ●实用性（practicability）
它可以与天然的生物分子识别系统相比拟，例如，酶 和底物；抗原与抗体等。
3 分子印迹聚合物的制备
分子印迹聚合物是由印迹分子、功能基单体在交联剂等物质作用下 形成作用位点，相互聚合，发生反应，形成的一类具有特异选择识别 功能的物质。
图3.1 分子印迹聚合物制备过程示意图
3.1 分子印迹聚合物的制备要素
• 预组织法（共价法） Wulff 结合方式：可逆共价键 优点：空间精确固定排列 缺点：识别能力不够理想 形成复合物的过程缓慢
• 自组装法 （非共价法）Mosbach 结合方式：非共价键 优点：简单易行 模板容易除去 近似天然 缺点：印迹过程的轮廓不清晰
• 牺牲空间法 （两者兼备）Vulfson
2.2 分子印迹技术的分类
制备材料 模板分子 溶剂 功能单体
交联剂
强极性基团 高效MIPs 氢键基团 高选择性MIPs
促进作用 减小干扰 共价键型 含有乙烯基 非共价型 含有乙烯基和羧基 乙二醇二甲基丙烯酸酯
3.2 MIPs的聚合形式和方法
聚合形式主要有热化学聚合和光化学聚合两种 形式。 分子印迹聚合物的制备方法： ❖本位聚合 ❖原位聚合 ❖沉淀聚合 ❖悬浮聚合 ❖表面印迹 ❖电聚合
分子印迹技术优秀课件
1 背景介绍
分子印迹技术（MIT）的发展
1997年 Lund University 成 立分子 印迹学会
分子印迹聚合物膜原版精品PPT课件
分子印迹基本趋向：
❖ 一、共价键法 主要由Wulff及其同事创立
❖ 二、非共价键法 主要由Monomer及其同事 创立
❖ 三、将共价作用与非共价作用相结合，应用 于置备分子印迹聚合物（MIPs）
共价键法（预组装法）
印迹分子与功能单体以可逆的共价键结合， 所采用的单体通常是低分子的化合物，此单 体与印迹分子形成的共价键键能适当，在聚 合时能牢固结合、聚合后又能完全脱除。 特点：空间位置固定准确，能够移走大量的 印迹分子。但是，对携带适当结合基团的化 合物选择性低。
四、目前，全世界至少有包括瑞典、日本、德国、美国、中
国在内的10多个国家、100个以上的学术机构和企事业单 位在从事这一技术的研究与开发。
分子印迹技术的原理与特点
定义：
分子印迹技术（MIT）是指为获得在空间结 构和 结合位点上与某一分子（印迹分子）完 全匹配的聚合物的实验制备技术。
原理步骤：
（1）在一定溶剂中，膜 板分子（Template Molecular，即印迹分子） 与功能单体（Functional Monomer）依靠官能团 之间的共价或非共价作用 形成主客体配合物
actoin of acetophenone and benzaldehyde 2 氨基酸的缩合反应 Condensation reaction of 纳米级催化材料的制备
Preparation of nmamino acid catalytic materials 控制枯草溶菌素的活性和选择性能
Controlling aldol condensation 醛醇缩合选择性反应 Selective catalysis of an tivity and selectivityof analysisn
分子印迹聚合物的特性及其应用ppt课件
六、分子印迹聚合物的应用
（1）有效成分的分离：
朱全红等，以长春碱为模板分子制备了长春碱MIP，并作为固相萃取的吸 附剂用于分离长春花提取物中的长春碱。结果表明，通过选择和优化上样、 淋洗及洗脱等条件，长春花提取物中的主要成分长春碱得到高效富集及分离。
（2）有效组分群的分离：
徐筱杰等以槲皮素为模板分子通过非共价印迹方法制备了槲皮素MIP， 该聚合物对槲皮素表现出特殊的识别能力，能将银杏叶提取物水解液中的槲 皮素及山柰酚分离，能从沙棘提取物的水解液中得到槲皮素及异鼠李素。说 明槲皮素印迹的聚合物不仅对模板分子具有很高的亲和性，对与其结构类似 的化合物山柰酚、异鼠李素也表现出较高的结合能力。
四、分子印迹聚合物的合成
印迹 聚 萃取
. Logo Logo
与天然的生物分子识别系统相比，
五、分子印迹聚合物的特性 MIP是用化学合成的方法制备的， 因此还具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
由于聚合物上预留的
现出高度的物理、化学稳定性，如
空穴与模板分子完美匹配，
耐高温、高压，能抵抗很强的机械
. Logo Logo
六、分子印迹聚合物的应用
分子印迹聚合物的应用领域包括： 1、中药研究 2、分析化学 3、天然药物化学 4、医药学 5、生物学
. Logo Logo
六、分子印迹聚合物的应用
1、在中药研究上的应用
以中药活性物质为模板制备的MIP，正是具有其他 分离材料所不具备的强特异性和高选择性，因此在中药 活性成分的分离、分析中具有很好的应用前景。目前用 MIT研究的中药有效成分包括黄酮、生物碱、香豆素、 木脂素等。主要应用在以下几个方面： （1）有效成分的分离； （2）有效组分群的分离； （3）活性成分的筛选； （4）复杂样品的预处理以及目标分子的测定；
分子印迹聚合物简介
整体印迹法工艺虽然简单，但后续处理复杂 耗时，所得材料需经研磨和过筛才能得到所需 粒径范围的颗粒，并不适合工业化生产。另外， 此种方式制得的材料外形不规则，限制了其在 色谱和固相萃取领域的应用。最重要的是，整 体聚合时不可避免地会有大量的印迹位点分布 于材料内部，不利于蛋白质的进出。
3.2 表面印迹 在聚合物的表面或近表面构造模板蛋白的结合位点称为“表面印迹”。与 整体印迹旨在构造蛋白特异性三维结构不同的是，表面印迹的特点是在材料 的表面构建蛋白的“二维印迹”。这样的二维阴极材料从某种程度上解决了 生物大分子难以进出聚合物材料的问题，可大大缩短蛋白扩散进入材料并达 到平衡的时间。然而，与“三维印迹”材料性比，“二维印迹”材料可能会 出现对模板蛋白选择性降低的问题。
二 文献介绍
（一）、氨基硅球表面印迹牛血清白蛋白分离条件的初步探 索》 文献探讨了识别蛋白质分子过程中是何种作用力起主 导作用。选择无机前驱体、氨基硅烷和烃基硅烷为功能单 体，牛血清白蛋白为模板分子，牛血红蛋白和溶菌酶为竞 争蛋白，采用固定模板蛋白表面印迹的方法在氨丙基衍生 的硅球表面制备了溶胶-凝胶的MIPs。
Tan 等以甲基丙烯酸甲酯为功能单体, 乙二醇二甲基丙烯酸为交联剂, 用微乳液 (W/O/W 复乳)聚合法制备了印迹RNase A 的纳米粒。该法中使 用了较高浓度的SDS 和聚乙烯醇作为乳化剂。作者认为, 当两亲性的蛋白 被加入预聚合微乳液后, 蛋白会吸附于表面活性剂形成的胶束中并被分配 到油-水两相的界面上。聚合反应引发后,蛋白便被“束缚”在胶束的表面 了。研究表明, 蛋白和表面活性剂的相互作用有助于蛋白停留在纳米粒表 面, 然而太剧烈的作用却会导致蛋白明显的构象变化, 甚至变性, 造成错 误的印迹。
Li 等将高度交联的壳聚糖微球作为“核”通过可逆的席夫碱反 应共价连接模板蛋白BSA，最后在此多糖-蛋白的界面上通过溶胶-凝 胶过程覆盖一层聚硅氧烷的“壳”。用乙二酸破坏席夫碱从而将模板 蛋白从“核”上脱除，而“壳”上则将模板的大小、形状及空间构象 保留下来。此法制备的微球表面具有较粗糙的多孔结构。扫描电镜图 像显示，印迹微球表面形成大量分布均匀、网状连接的空穴。BET氮 气吸附试验结果表明，作为支撑基质的壳聚糖微球BET表面积为 41.25m2·g-1平均孔径为8.7 nm。而“核-壳”型印迹微球的BET 表面 积为48.65 m2·g-1,平均孔径达43.2 nm。表面积和孔径的增加提示了 印迹位点的形成。 Tan 等[19]用微乳液聚合法制备超顺磁性亚微粒。预先制备 Fe3O4 磁性纳米粒, 将功能单体甲基丙烯酸甲酯和交联剂乙二醇二 甲基丙烯酸分散在油相中, 用微乳液聚合法制备表面印迹核糖核酸 酶A(ribonuclease A, RNase A) 的亚微粒。与非印迹材料相比, 印 迹材料在混合蛋白溶液中对模板蛋白有很好的选择性。