分子印迹聚合物简介教学提纲
分子印迹聚合物
分子印迹聚合物的制备方法及展望摘要：本文主要介绍了分子印迹聚合物的原理以及分子印迹聚合物的制备技术，并展望了分子印迹聚合物的发展前景。
关键字：分子印迹；分子印迹聚合物；制备技术分子印迹技术(molecular imprinting technique ，MIT) 又称分子烙印，是将高分子科学、材料科学、生物化学、化学工程等学科有机结合在一起，为获得在空间结构和结合位点上与模板分子完全匹配的聚合物(即分子印迹聚合物，molecular imprinting polymer ，MIP) 的一种新型实验制备技术。
1、分子印迹的基本原理由Pauling理论出发，当模板分子与聚合物单体接触时应尽可能的与单体形成多重作用点，如果通过聚合，这种作用会被固定下来，当模板分子被除去后，聚合物中就形成了与模板分子空间匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴对模板分子具有选择性，这就是分子印迹的原理。
分子的印迹过程可由下列三步所组成：（1）在功能单体[1]和模板分子之间制备出共价的配合物，或形成非共价的加成产物[2]。
（2）对这种单体-模板配合物（或加成物）进行聚合。
（3）将模板分子从聚合物中除去。
分子印迹技术是20 世纪末出现的一种高选择性分离技术，通过印迹、聚合、去除印迹分子三步制备分子印迹聚合物（MIPs）[3]，以其特定的分离机理而具有极高的选择性，可以作为高度专一的固相萃取材料。
2、分子印迹聚合物制备研究进展近年来，分子印迹技术受到了人们越来越多的关注，分子印迹聚合物的制备研究获得了很大的发展。
分子印迹聚合物的制备方法大致有：本体聚合、原位聚合、悬浮聚合、乳液聚合、溶胀聚合，表面聚合[4]。
2.1本体聚合[5]在早期大都分都采用本体聚合法制备MIPs，即把印迹分子、功能单体、交联剂和引发剂按一定比例溶于惰性溶剂，密封在一个真空的安培管中，经聚合制得棒状聚合物，经粉碎、过筛、洗脱等得到所需粒状MIPs。
邓茜珊等[6]采用分子印迹方法，以橙皮素为模板分子，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，本体聚合方式制备了橙皮素分子印迹聚合物。
分子印迹聚合物论文：分子印迹聚合物芹菜素固相萃取吸附特性高效液相色谱
分子印迹聚合物论文：分子印迹聚合物芹菜素固相萃取吸附特性高效液相色谱【中文摘要】分子印迹技术是以目标分子为模板分子,加入交联剂,使得功能单体与模板分子进行聚合反应,反应完成后将模板分子洗脱除去,获得对模板分子具有高度选择性的一种交联高聚物,这种交联高聚物称为分子印迹聚合物(Molecular Imprinting Polymers,MIPs)。
因其卓越的识别性和选择性被广泛应用于环境、药物、化工、食品卫生等众多领域,近年来在天然产物活性成分分离中的应用也越来越受到人们的关注。
1.采用本体聚合法合成芹菜素(Apigenin,API)分子印迹聚合物,优化其制备工艺条件,发现以a-甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂,四氢呋喃:丙酮(V/V, 8:2)为致孔剂制得的印迹聚合物对底物有很好的选择性,得到最佳的聚合配比为n(API):n(MAA):n(EDMA)=1:8:70,在此基础上研究了模板聚合物的结合动力学、吸附热力学和选择特性,Scatchard方程分析得在研究的浓度范围内形成了二类不同的结合位点,经计算其平衡离解常数分别为6.60×10-5和1.74×10-4mol/L,对模板分子的最大表观结合量分别12.90和28.30umol/g。
吸附动力学方程式可用Lagergren二级速率方程表示,并且吸附速率常数随着温度的升高而增大。
等温吸附规律可用Freundlich方程表示,适当地升高温度有利于吸附,吸附过程为熵驱动的吸热、熵增的自发过程,属物理吸附范畴。
2.西芹和本芹的叶片与叶柄经甲醇回流提取,高效液相色谱(HPLC)分析知西芹叶片、叶柄中芹菜素的含量分别为8.635mg/100g、1.348mg/100g,本芹叶片、叶柄中芹菜素的含量分别为1.734mg/100g、0.567mg/100g。
采用回流、索式、超声三种提取方法对西芹叶片中芹菜素进行提取,比较不同的提取方法对提取物中芹菜素含量的影响,结果发现,经超声提取的西芹叶片中芹菜素含量为9.316mg/100g,提取效率明显高于其它两种方法。
分子印迹聚合物的研究
MIPs的制备方法 的制备方法
• 1. 2 原位聚合 • 在色谱柱内直接聚合制得连续型棒状MIP。 在色谱柱内直接聚合制得连续型棒状 。 此法较简单,且制得的 且制得的MIP 具有连续性、均 具有连续性、 此法较简单 且制得的 一性的特点,从而得到较好的分离效果 从而得到较好的分离效果。 一性的特点 从而得到较好的分离效果。
1. MIPs在手性药物分离方面的应用 在手性药物分离方面的应用
1.1 概述 1.2 分子印迹手性识别机理 1.3 手性药物分离 手性药物分离MIPs的应用 的应用 1.4 聚合物结构表征 1.5 结论与展望
1.1 概述
目前世界临床使用的合成药物中,手性药 目前世界临床使用的合成药物中 手性药 物占40 物占 % ,而87 %以上的手性药物是以外消 而 以上的手性药物是以外消 旋体的形式出售的。 旋体的形式出售的。随着对手性药物药理活 性研究的不断深入,人们已经开始重视手性药 性研究的不断深入 人们已经开始重视手性药 物对映体生理作用和代谢过程的差别。 物对映体生理作用和代谢过程的差别。 1992 年,美国食品与药物管理 美国食品与药物管理(FDA) 要求今 美国食品与药物管理 后凡是新的光学活性药物都必须把光学异构 体分离出来,分别测定其药物动力学和毒理学 体分离出来 分别测定其药物动力学和毒理学 的各项指标,这就给分离对映异构体技术提出 的各项指标 这就给分离对映异构体技术提出 了新的要求。 了新的要求。
1.2 分子印迹手性识别原理
对于分子印迹聚合物的手性识别机 本质上是由于MIPs 与印迹分子空间 理, 本质上是由于 结构和化学基团的相互匹配而产生。 结构和化学基团的相互匹配而产生。若 在MIPs 的合成过程中以对映体的一种异 构体作为印迹分子, 则该MIPs 只对作为 构体作为印迹分子 则该 印迹分子的异构体有选择性, 印迹分子的异构体有选择性 从而以预测 手性对映体的出峰顺序来 进行识别和分 离。
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。
分子印迹聚合物简介培训资料
凝胶为材料印迹蛋白的相关工作进行比较。文献工作中同被固定的模板 蛋白相比仅有少量的蛋白质(约15% )被洗脱, 大量的识别位点没有暴露 出来, 这大大限制了MIPs的吸附量及选择性。因此, 有效地将固定的模 板蛋白去除是改善本方法制备的MIPs性能的关键。 键。
氨基硅球表面印迹牛血清白蛋白分离选择性优化条件的总结
4、硅烷单体的比例对MIPs吸附性能的影响
实验中选择烃基硅烷、氨基硅烷和无机前驱体四乙氧基硅烷( TEOS) 3种单体。 氨基硅烷主要通过氢键与模板蛋白作用, 烃基硅烷主要通过疏水力与模板蛋白作用, 通 过优化二者的比例发挥疏水力和氢键的协同作用, 产生对模板分子最好的特异性识别; 并且在制备M IPs时加入15% TEOS, 此功能单体起一定的交联作用, 使制备过程形成 极有规则又适宜结合模板蛋白的孔穴。实验考察了不同比例的氨基硅烷与烃基硅烷对 模板蛋白QM IP的影响。结果显示, 随着氨基硅烷比例的增加, 模板蛋白的QM IP减小。这 是因为氨基硅烷本身带有的氨基会与硅球表面的醛基反应形成亚胺键, 阻止了模板蛋白 与醛基的进一步结合, 使得QM IP减小; 而随着烃基硅烷比例的增加, 模板蛋白的QM IP逐 渐增大, 当二者之比为1. 5 /1时, QM IP达到最大值。
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。
分子印迹聚合物的制备及其应用
分子印迹聚合物的制备及其应用分子印迹聚合物，简称MIP，是一种高分子材料，它的制备方法类似于钥匙和锁的关系。
利用特定的分子作为模板，在聚合物的结构中留下“钥匙孔”，这些孔可以高度选择性地识别和结合相应的分子。
因此，MIP具有广泛的应用领域，包括化学分析、生物医药、环境监测等。
一、分子印迹聚合物的制备MIP的制备通常涉及以下步骤：1. 模板选择。
选择适当的模板分子，考虑分子的大小、结构、稳定性等因素。
常用的模板分子包括小分子、蛋白质、药物、环境污染物等。
2. 功能单体选择。
功能单体是聚合物中可与模板分子相互作用的单体，通常选择与模板分子具有亲和性的单体作为功能单体。
3. 交联剂选择。
交联剂是聚合物化学反应中将各个单体交联成结构稳定的键，单体与交联剂的比例很重要，过多会导致聚合物不稳定，过少则容易失去亲和性。
4. 聚合反应。
在功能单体与交联剂的作用下，聚合物会自然形成具有特定的孔道结构，从而构建出“钥匙孔”，具有选择性识别和结合模板分子的能力。
二、分子印迹聚合物的应用1. 化学分析MIP具有高度选择性，可以识别和结合具有相似结构的分子，因此在化学分析中有广泛的应用，包括药物分析、环境检测等。
例如，MIP可以用于乃米西星的抗体分析，其分析结果与一般的酶标测定法相当，但是其特异性更强，同时不会被其他具有相似结构的分子所干扰。
在环境检测中，MIP可以用于检测废水中的有机污染物。
2. 生物医药MIP还可以作为药物传递系统的载体。
例如，可以将药物分子作为模板，制备出具有选择性识别和释放药物分子的聚合物，从而提高药物的疗效和降低不良反应发生的风险。
此外，MIP还可以用于诊断，可以作为医学影像材料，进行生物分子或细胞标记和成像等。
3. 环境监测MIP具有高灵敏度和选择性，可以用于检测或去除废水中的有机污染物，包括防止水源污染、地下水中有毒物质的检测等。
例如，MIP可以制备出特异性识别苯酚的聚合物，可以用于苯酚的去除和检测；同时可以制备出特性识别多环芳烃类环境污染物的聚合物，从而减轻环境污染对生态的影响。
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。
分子印迹聚合物的基质
分子印迹聚合物的基质
分子印迹聚合物是一种特殊的合成材料，具有高度特异性的识别能力。
它的制备过程中主要涉及三个关键组分：模板分子、功能单体和交联剂。
首先，选择一个适当的模板分子作为聚合物制备的目标分子。
这个模板分子可以是任何具有特定生物活性或化学性质的化合物，如有机小分子、药物、激素等。
模板分子的选择要根据实际需要，确保聚合物在后续使用中能够准确识别和捕获目标分子。
然后，选择功能单体。
功能单体是构建聚合物骨架的关键成分，它们与模板分子发生相互作用，从而形成特异性的识别位点。
功能单体通常是含有特定功能官能团的单体，如亲合性基团、离子基团等。
这些特定的官能团与目标分子之间存在相互作用，从而实现分子的选择性捕获和识别。
最后，选择适当的交联剂。
交联剂是用来将功能单体连接起来形成高分子网络结构的成分。
它可以是双官能团化合物，通过与功能单体中的官能团反应，形成交联结构。
通过调节交联剂的使用量和反应条件，可以控制聚合物的孔径大小和孔道结构，进而调节聚合物的吸附和识别性能。
综上所述，分子印迹聚合物的制备过程涉及模板分子、功能单体和交联剂三个关键组分的选择和反应。
通过精确控制这些组分的种类和比例，可以制备出具有高度特异性识别能力的聚合物材料。
这些分子印迹聚合物在化学、生物、环境等领域的分子识别、分离和传感等应用具有广阔的前景。
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2 、分子印迹技术基本原理
分子印迹就是将模板分子与功能单体通过共价、非共价
或金属协同作用形成预聚合物，在交联剂的作用下功能单体 发生聚合，将模板分子固定在聚合物中，最后脱除模板分子， 即聚合物材料上留下与模板分子在大小、形状和官能团的方 向上都互补的空穴结构。空穴不仅保留了与模板分子化学结 构互补的官能团的有序排列，也维持了它的整个空间构象， 所以当材料再次遇到模板分子时，可发生特异性的结合。
Hawkin等以异硫氰酸荧光素 (fluorescein isothiocyanate, FITC) 标记的白 蛋白为模板蛋白, 丙烯酰胺和N, N ‘-亚甲基双丙烯酰胺分别为功能单体和 交联剂, 用整体印迹法制备印迹材料。共聚焦显微镜图片显示, 标记了荧光 的模板蛋白均匀分布于分子印迹凝胶骨架材料中, 材料经10% 十二烷基硫 酸钠(sodiu dodecylsulfate, SDS)/10% 醋酸溶液洗涤后荧光消失，证明SDS溶 液可以使印迹蛋白变性并将其脱除。
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。
生物分子相互作用分析 (biomolecular interaction analysis) 中常 使用一种基于表面等离子共振技术(surface plasmon resonance, SPR) 的生物传感分析技术。实验时先将一种生物分子固定于传感器芯片上, 使与之相互作用的另一生物分子甚至是细胞、病毒等的溶液流经该芯片。 当两者发生相互作用时, 芯片表面溶液会发生折射率的改变, 从而引起共 振角的变化, 可实现实时跟踪检测生物分子间结合与解离过程的变化及其 相互作用的强弱
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。
Qin等以溶菌酶为模板蛋白，N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺和VBIDA为
功能单体，用冷冻聚合法制得印迹溶菌酶的热敏大孔水凝胶。这种智 能水凝胶对模板蛋白表现出很强的吸附能力，印迹因子可达7.87，并 在多种蛋白的混合溶液中对模板蛋白实现成功分离。
Brown等用溶胶-凝胶法制备无定形聚硅氧烷印迹材料，用无定形硅 印迹溶菌酶多肽序列（16-residue peptide lysozyme C,1.8 kDa)识 别位点实际就相当于识别整个分子，与传统的有机材料相比，首先小 段多肽与单体材料有更强和更具特异性的相互作用，以此减少非特异 性吸附并增强材料对模板的亲和力，其次，小段多肽在有机试剂中相 对稳定，因而其有机试剂也可作为聚合的介质对模板蛋白结合力强， 选择性好，蛋白进出材料骨架速度快，此种方法相当于抗原决定基法。
El kirat 等首先对玻璃板进行硅烷化，用双功能交联剂将模板蛋白接枝与其上， 继而在表面进行单体材料丙烯酰胺的聚合，由此制得二维结构印迹材料。该研 究小组首次用AFM对材料进行表征。AFM对材料表面的局部图像显示，印迹薄 膜上分布有许多与模板蛋白大小形状互补的小孔穴，而非印迹薄膜图像模糊， 无明显凹痕。小组以细胞色素c为模板，并将模板蛋白细胞色素c共价结合与 AFM的探针上，借助力-距离曲线探测出其在纳米尺度的范围内与印迹材料的 特异性结合力在85~95pN之间。将非模板蛋白牛血清白蛋白共价结合与探针上 作为对照，结果发现探针与印迹材料没有特异性相互作用。将连接了模板单板
Ye等设计了新型功能单体，可以通过金属协同作用与模板蛋白的特定 氨基酸序列结合，以此构造更均一的结合位点，并在一定程度上减少非 特异性吸附。N-(4-乙烯基）-苯甲基亚胺基双醋酸（N-（4-vinyl)-benzyl iminodiacetic acid,VBIDA)是一种金属螯合单体，它可与二价铜离子螯合作 为桥梁，再通过铜离子与蛋白表面暴露的组氨酸相互作用形成复合物。 用EDTA将模板蛋白脱除，从而在材料上留下结合位点。
3、分子印迹聚合物制备方法
3.1 整体印迹 将印迹分子、功能单体、交联剂和引发剂按一定比例溶解在惰性溶剂
中，然后移入一玻璃安培瓶中，采用超声波脱气，然后通入氮气以除氧， 在真空下密封安培瓶，经加热或紫外光照射引发聚合得到块状聚合物。 块状聚合物经粉碎、研磨、筛选等过程获得合适大小的粒子，洗脱除去 模板分子。
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 在聚合物的表或近表面构造模板蛋白的结合位点称为“表面印迹”。与
的探针与非印迹材料相互作用也得到同样地结果。证明模板与印迹位点具有特 异性亲和力。
Su等选用甲基丙烯酸为功能单体，聚乙二醇400二甲基丙烯酸酯为交联 剂，用微接触印迹法制备了卵清蛋白印迹薄膜。印迹薄膜的AFM图像显示， 材料上分布有直径约34nm的空穴，材料经蛋白重结合后图像表明卵清蛋白 以直径为32~36nm的蛋白簇形式重结合与表面的空穴中。
分子印迹聚合物简介
主要内容
一 、分子印迹基础知识 二 、文献介绍 三、最近实验情况
一、分子印迹基础知识
1、分子印迹技术 分子印迹技术是当前发展高选择性材料
的主要方法之一，其原理是模仿自然界抗 原-抗体反应机理，在聚合物材料中引入分 子识别位点，制备在空间和结合位点上与 特定目标分子相匹配的、具有特定预定选 择性的高分子化合物—分子印迹聚合物。