（高分子化学与物理专业论文）合成表面蛋白质印迹纳米粒子的新方法.pdf

南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位 获得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在 著作权法规定范围内的学位论文使用权，即：( 1 ) 学位获得者必须按规定提交学位论文 ( 包括纸质印刷本及电子版) ，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论 文，并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库；( 2 ) 为教学和科研目的，学校可以将 公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检 索、文摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务；( 3 ) 根据教育部有关规定，南开大学向 教育部指定单位提交公开的学位论文；( 4 ) 学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和 中国学术期刊( 光盘) 电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文 数据库，通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：h t t p ：2 0 2 1 1 3 2 0 1 6 1 ：8 0 0 1 i n d e x h i m 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答 辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字： 值红艳 2 0 1 0 年5 月2 7 日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目功能基团修饰纳米粒子表面接枝蛋白质印迹聚合物新方法研究 姓名何红艳学号2 1 2 0 0 7 0 6 7 5答辩日期2 0 1 0 年0 5 月2 1 日 论文类别博士口学历硕士硕士专业学位口高校教师口同等学力硕士口 院，系所化学学院高分子所专业高分子化学与物理 联系电话 1 3 9 2 0 4 2 0 6 1 0 e m a i l h e h o n g y a n lolo m a i l n a n k a i e d u c a 通信地址( 邮编) ： 天津市南开区南开大学蒙民伟楼1 2 1 ，邮编：3 0 0 0 7 1 备注：无是否批准为非公开论文否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写( 一式两份) 签字后交校图书 馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 ，一 。擎徘审革礤珥毒妊妤非饕申甭草地毒￥监单例鹭革孤珥毒妊妤非勤 锋圈辫蕈璺专蒋( 粉丝草一) 氢斡晕勤甲。革孤科毒6 l j 千迸、千斟晕埘明士戮珊鞋茸娶堆砰斟卓：黎 显l 茸砚妊好爿l 坼魏褂曼哥i￥：职影 i l 0 0 0 e ：孵卿i z i 瓣封铷髯赤y 妊单因g 掣出姑￥ 。( 膨洲) 1 耳可i 手髫觋 u 3 n p o ! b ) i u b u l ! b u l o10iu “s u o q 3 qlo t m i x0 l9 0 乙杪o z 6 i 县印坐油 酝翰鲆杀孙乒彤掣 f 而每i 坷士g 掣酬赤杀砚缯当矧 口二 = 、衄车杀翁刨口蛳磷翁掣口珥杀环每= = 、衄一千 衄幽奈口耳= 斟略椠茸观 曰i z 日s o 鸯o i o 乙i 雠目挺最l s 9 0 己o o 乙i 乙 l 各杀i 舛巧乜 零骈 琶拯军5 华蜷翰号澎弼由磐掣夏种洱堡擎乒群浆彬蛳魏固霉菊仫 目鹫覃拱 冒哥县劬萃碘珥毒千箪搬孝￥妊阜 、 目日9 由o i o 乙 习趸歹匿厂。右霭y 砰弭磊晕勤 。拉禺勘s l ? 圈l 瞠醐甭延按甲辑碰摹一盛焉5 l ：砰群卓。萼群娶丁皋雅晕刨y 卓 。百目y 章甲酱g 胃生搿浆回业团t n i 斑一站即明覃砚卓驾狮与列乒目茸砚珥杀阴蕈暂 。挺嚣覃拱轻觋日4 f 智动驹私举劬旧刨旆区杀杀￥拦掣哥哥茸砚爵杀脚y 卓：袅班y 辛 。硼q 。x a p u ! 1 0 0 8 ：1 9 i o z i i z o z ：d u q ：辏回勘? l ：囡弭互覃蕾列士印茸砚 。茸现拦汤刨暂酣岵驻斟当迥掷- f f 础弼蕾岵萆斟情掣业f r l 谢f i j f 迥哿茸砚珥杀拄影非 。胜砰明茸砚琴髯科；l ；j f 可i 鹭艰目哿y 卓轴刨。髟砷冒署 承q 每艇辑豳￥啡并骚觋 副群骠茸砚珥杀酗醉y ) f h 蜒硎乒印鹭暂茸观珥杀鲫幽鞋犁群萃鹫艟狲币乒印( 掣柴) 娃脚半 杀国申l 啦鲴始i f ! l 霄斟珊性圄审刨料杀砰群娑劬革砚珥杀( p ) 。茸砚料杀脚拦影藁蕾珥责犁群 勰旦辚掣杀y 拦掣犁群￥晕蜂望醵辨擀( ) 2 酯冒粤箍西枯譬生、砾孵茸弓茸识疆相堡| 茸、攀弭誉自茸拱静瞥丁豳嘲料犟鏊豳雨蛳即辫疆斟鲻绮如彤5 l j 囿艰橼瑶k 勘茸观碍杀朝 拦琳相上堕料奈明日妞性i 挫杀磷k ( z ) o 毒f 毖嫌茸弓覃现珥杀斗 亟刘赤y 甚掣y 嘴骺 茸现珥杀再延抱考 哿秘士滞酉可l 嚣浆【i | 黪、【j | 缮时滥诵上堕料杂( 到士砷留章0 曾由骝掳辨 曰) 茸拱砑奈革群犁群辫磁晒第勘罪珥奈( i ) ：廿胃砰卅弭茸观料奈钾即图联军群裂砰勃姥 珊阜嘶杀￥妊掣。犁群配县鲫m 胖i 瞠碟狲覃拱珥杀甭延搬￥晕杀￥盐掣搠上弓犟y 章 。醑壬印酗群暂章驺撕茸砚碍杀朝y 章莓蕾杀￥妊掣掣鹜瞬某勘 鼙再杀千逊、千劁鲫群稚翠5 哗蟊舄晰胜i j 圭逛) ；l i 茸观珥杀雨距搬士* 素￥妊单群砒 蚌砰群出鹌革孤珥杀毒￥妊掣 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：衄红艳2 0 1 0 年5 月2 7 日 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级 口限制( 2 年)口秘密( 1 0 年)口机密( 2 0 年) 保密期限 2 0 年月日至2 0年月日 审批表编号批准日期 2 0年月日 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密1 0 年( 最长5 年，可少于5 年) 机密2 0 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 摘要 摘要 分子印迹是通过模板聚合的方法，在合成聚合物材料内产生人工识别“空 穴”( 位点) ，以模拟自然界中的分子识别( 如抗原一抗体的特异结合) 。以蛋白 质为模板的分子印迹聚合物( m i p ) ，在生物分离、生物传感器、疾病诊断及药 物释放等领域有望取代昂贵的抗体来选择性识别目标蛋白质，逐步吸引了广泛 的研究兴趣。由于其本身的特性，目前蛋白质分子印迹的根本的问题在于：一 是蛋白质分子在交联聚合物网络中的传质阻力大；二是不易形成精确的识别位 点。所以蛋白质m m 常表现出特异结合容量低、吸附动力学慢以及吸附选择性 不令人满意。合成具有高表面积的纳米尺度蛋白质m i p ，极利于解决问题一， 故相关研究倍受关注，如近年来j a m c h e m s o c 上先后报道了沉淀聚合法合成 蛋白质或多肽印迹纳米凝胶的研究。 本文提出了一种合成蛋白质印迹纳米粒子的新方法一稀溶液中纳米粒子的 表面接枝共聚法，先在载体纳米粒子的表面修饰可聚合双键，再将其分散到含 有模板蛋白质、功能单体和交联剂的预聚合水溶液中进行自组装。采用很稀的 单体浓度，可避免引发聚合后反应体系的凝胶化，但在纳米粒子的表面可发生 接枝共聚反应，形成核一壳结构的表面蛋白质印迹纳米粒子。其优点在于：印 迹粒子的其大小和形态主要取决于初始载体粒子：印迹位点分布在较薄的壳层， 可接性好；还可以通过载体粒子赋予印迹粒子其它功能( 如磁性) 。 为初步证明这一方法的可行性，首先通过s t 6 b e r 法合成了s i 0 2 纳米粒子， 再通过甲基丙烯酰( 3 三甲氧基硅烷) 丙酯( m p s ) 的修饰以在其表面引入可聚合 双键( s i o r m p s ) 。以s i o r m p s 为载体，以丙烯酰胺和其它两种离子性单体 为功能单体，合成了表面印迹溶菌酶的核一壳粒子( l y s - - - m i p ) 。水溶液中单体 浓度为o 4w t 时，聚合后反应体系无明显凝胶化，且t e m 研究显示聚合后的 印迹粒子保持载体粒子原有的单分散形貌，不粘连。结合x p s 和t g 的表征结 果，可推断聚合后在载体粒子表面形成了很薄的聚合物层。吸附模板时，印迹 粒子显示出非常快的吸附动力学，5m i n 以内就达到了吸附平衡。选择其它具有 不同分子量和等电点的多种蛋白质为参照，与非印迹聚合物( n i p ) 相比，l y s - - m i p 对模板蛋白质有明显的选择性。以等电点和分子量都相近的细胞色素c ( c y tc ) 摘要 为参考蛋白质的竞争吸附实验时，l y s - m i p 表现出更明显的模板吸附选择性。 我们进一步合成了表面同时含有可聚合双键和羧基的马来酸修饰纳米粒子 ( s i o 弗o o h ) ，并以此为载体合成表面印迹l y s 的核一壳结构纳米粒子。t e m 和t g 研究证实，聚合后l y s - m i p 和n i p 粒子的表面都形成了聚合物薄层，并 可以看到明显的核一壳结构。与前面s i 0 2 m p s 为载体相比，以s i 0 2 - c o o h 为核 得到的印迹纳米粒子对模板蛋白质的特异吸附容量有很大的增加，吸附选择性 也有明显的提高。解释如下：聚合前的自组装时s i 0 2 - c o o h 表面的羧基可从预 聚合溶液中富集模板，聚合时表面羧基与功能单体协调构建印迹位点，从而提 高了表面印迹位点的数量( 密度) 和质量( 精确性) 。 关键词：分子印迹，表面印迹，蛋白质印迹，纳米粒子，溶菌酶 n a b s t r a c t a b s t r a c t m o l e c u l a ri m p r i n t i n gi sam e t h o d o l o g yf o rt h e i n t r o d u c t i o no fs e l e c t i v e r e c o g n i t i o ns i t e s i n t ot h ec r o s s 1 i n k e dp o l y m e r i cm a t r i x e sv i at e m p l a t e - d i r e c t e d a s s e m b l yo ff u n c t i o n a l i z e dm o n o m e r st os i m u l a t et h en a t u r a lr e c o g n i t i o nm a t e r i a l s ， e g a n t i b o d i e s t h em o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r s ( m i p ) a g a i n s tp r o t e i n c a n s u b s t i t u t et h ee x p e n s i v ea n t i b o d i e si nt h e a r e a so fs e p a r a t i o n , b i o s e n s o r s ，m e d i c a l d i a g n o s t i c sa n dd r u gd e l i v e r y h e n c es y n t h e t i c m a t e r i a l sf o r s e l e c t i v e p r o t e i n r e c o g n i t i o nh a v ea t t r a c t e di n c r e a s i n gr e s e a r c hi n t e r e s t d u et ot h es t r u c t u r ep r o p e r t i e s ， t h em a j o rp r o b l e ma s s o c i a t e dw i t hp r o t e i ni m p r i n t i n gl i e s i nt h e i rr e s t r i c t e dm a s s t r a n s f e ra c r o s st h ec r o s s 1 i n k e dp o l y m e rm a t r i xd u et ot h el a r g em o l e c u l a rs i z e sa n d d i f f i c u t yi nt h ef o r m a t i o no fa c c u r a t er e c o g n i t i o ns i t e s t h e r e f o r e ，t h e p r o t e i n i m p r i n t e dp o l y m e r sa r eu s u a l l yu n s a t i s f a c t o r yi nt h er e l a t i v e l yl o wb i n d i n gc a p a c i t y a n ds l o wb i n d i n gk i n e t i c s n a n o s i z e dm i pa r ee x p e c t e dt os o l v et h ef o r m e rp r o b l e m s b e c a u s eo ft h e i rs m a l ld i m e n s i o nw i t he x t r e m e l yh i g hs u r f a c e - t o - v o l u m er a t i o ，h e n c e a r er e c e r i v i n gm o r ea t t e n t i o n , s u c ha sp r o t e i n , o rp o l y p e p t i d en a n o g e l ss y n t h e s i z e d v i ap r e c i p i t a t i o np o l y m e r i z a t i o nr e p o r t e di nj a m c h e m s o c r e c e n t l y i nt h i s p a p e r ，w e d e m o n s t r a t eaf a c i l e a p p r o a c h f o r p r o d u c i n g s u r f a c e i m p r i n t e dn a n o p a r t i c l e s f o rp r o t e i nr e c o g n i t i o n , t h a ti s ，s u r f a c eg r a f t e d c o p o l y m e r i z a t i o ni nd i l u t es o l u t i o no fm o n o m e r s f i r s t , w em o d i f yt h en a n o p a r t i c l e s w i t hv i n y lo nt h es u r f a c e t h e n ，t h ep a r t i c l e sa r ea l l o w e dt oa s s e m b l ew i t ht e m p l a t e p r o t e i n , m o n o m e r sa n dc r o s s 1 i n k e rb yd i s p e r s i n g i nt h es o l u t i o n , w h i c hi sd i l u t e e n o u g ht oa v o i dt h ep o s s i b l e g e l a t i o no ft h e r e a c t i o nd i s p e r s i o nb u tc a nl e tg r a f t p o l y m e r i z a t i o n o c c a r eo nt h es u r f a c eo ft h en a n o p a r t i c l e s t of o r mi m p r i n t e d n a n o p a r t i c l e sw i t hac o r s s h e l ls t r u c t r u e t h ea d v a n t a g e so ft h ec o r e - s h e l ls t r u c t u r e i m p r i n t e dp a r t i c l e sl i e i nt h es i z eo ft h ei m p r i n t e dp a r t i c l e sp r i n c i p a l l yd e p e n d so n t h a to ft h eo r i g i n a ls u p p o r t s ，t h em o s to ft e m p l a t em o l e c u l e sa r es i t u a t e d a to r a p p r o a c ht ot h es u r f a c e ，d i f f e r e n tf u n c t i o n so t h e rt h a nm o l e c u l a ri m p r i n t i n gm a y b e r e a d i l yi n c o r p o r a t e di n t ot h ei m p r i n t e dp a r t i c l e ss i m p l yb yu s i n g t h en a n o c o r e sw i t h i i i a b s t r a c t d e s i r e dp r o p e r t i e s ，e g m a g n e t i s m t od e m o n s t r a t et h ef e a s i b i l i t yo ft h i sn e wm e t h o d ，s i 0 2n a n o p a r t i c l e sw e r e s y n t h e s i z e da c c o r d i n gt ot h er e p o r t e ds t 6 b e rm e t h o d ，a n dw e r em o d i f i e d 谢t i lv i n y l o nt h es u r f a c eb yr e a c t i n g 、析m3 - m e t h a c r y l o x y p r o p y lt r i m e t h o x y s i l a n e ( m p s ) w i t h v i n y lm o d i f i e dn a n o p a r t i c l e s ( s i o r m p s ) a ss u p p o r t s ，c o r e - s h e l ls t r u c t u r ei m p r i n t e d n a n o p a r t i c l e s f o r l y s o z y m e ( l y s ) w e r e p r e p a r e db y s u r f a c e g r a f t i n g c o p o l y m e r i z a t i o no fa c r y l a m i d e ，t w oo p p o s i t e - c h a r g em o n o m e r sa n dc r o s s l i n k e r a d o p t i n gat o t a lm o n o m e rc o n c e n t r a t i o no f0 4w t ，t h ep o s s i b l eg e l a t i o no ft h e d i s p e r s i o na f t e rp o l y m e r i z a t i o nw a sa v o i d e da n dt e ms t u d ys h o w e dt h a tt h e l y s - m i pa n dn i pp a r t i c l e sw e r eu n a g g l o m e r a t e da n dr e m a i n e dt h em o r p h o l o g yo f m o n o d i s p e r s i o na f t e rt h ep o l y m e r i z a t i o n c o m b i n i n gt h et g aa n dx p sr e s u l t s ，w e c a nd e d u c et h a tt h e r ew e r et h i np o l y m e rc o a t i n g so u t s i d et h ep a r t i c l e s i nb a t c h r e b i n d i n gt e s t s ，t h ei m p r i n t e dp a r t i c l e sr e a c h e ds a t u r a t e da d s o r p t i o nw i t h i n5m i n w h e nf o u ro t h e rp r o t e i n s 、) i ，i t l ld i f f e r e n ti s o e l e c t r i cp o i n t s ( p i ) a n dm o l e c u l a rw e i g h t s ( 朋r w ) w e r ec h o s e na sr e f e r e n c e s ，t h em i pp a r t i c l e se x h i b i t e dm u c hh i g h e rb i n d i n g a m o u n t sf o rt h et e m p l a t ep r o t e i n s ，c o m p a r e d 、i t l ln i pp a r t i c l e s b i n a r yp r o t e i n c o m p e t i t i v ea d s o r p t i o ne x p e r i m e n t sw e r ep e r f o r m e d 诵t i lc y tca st h ec o m p e t i t o r ，t h e m i p p a r t i c l e se x h i b i t e ds i g n i f i c a n ta d s o r p t i o ns e l e c t i v i t yf o rt h et e m p l a t el y sa g a i n s t c y t c t h e n , w es y n t h e s i z e dn a n o p a r t i c l e s ( s i o 却o o n ) 谢t l lt h ef u n c t i o ng r o u p c a r b o x y lg r a f t e do nt h es u r f a c eo ft h es i l i c an a n o p a t t i c l e sa sw e l la sv i n y lt h r o u g ht w o s t e p s u s i n gt h es i o “o o hn a n o p a r t i c l e sa ss u p p o r t s ，c o r e s h e l ls t r u c t u r ei m p r i n t e d n a n o p a r t i c l e sf o rl y sw e r ep r e p a r e d t e m ，t gd e m o n s t r a t e dt h a tt h i np o l y m e rw e r e c o a t e do u t s i d et h el y s - m i pa n dn i pp a r t i c l e sa n dc l e a rc o r e - s h e l ls t r u c t u r ec a nb e s e e ni nt h et e mi m a g e s i nb a t c hr e b i n d i n gt e s t s ，c o m p a r e d 、7 r i t l lt h es u p p o r t s s i 0 2 - m p s ，l y s - m i pp r e p a r e db a s e do nt h es i o 弗o o hs u p p o r t ss h o w e dh i g h e r s a t u r a t e da d s o r p t i o na m o u n ta n dt h es i g n i f i c a n th i g h e ra d s o r p t i o ns e l e c t i v i t yt o w a r d t h et e m p l a t ep r o t e i n t h er e a s o n a b l ee x p l a n a t i o ni sa sf o l l o w s ，t h ef u n c t i o n a lg r o u p c a r b o x y lo nt h es u r f a c eo ft h es i o 心o o hs u p p o r t sc a nr i c ht h et e m p l a t e si nt h e p r e - p o l y m e r i z a t i o ns o l u t i o nd u r i n ga s s e m b l i n ga n ds u b s e q u e n t l yc o n s t r u c ti m p r i n t e d s i t e sc o o p e r a t i n g 晰t i lt h ef u n c t i o n a lm o n o m e r s ，r e s u l t i n gi nt h ei m p r o v i n go ft h e i v a b s t r a c t q u a n t i t y ( d e n s i t y ) a n dq u a l i t y ( a c c u r a c y ) o f t h es p e c i f i cr e c o g n i t i o ns i t e s k e yw o r d s ：m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n g ，s u r f a c ei m p r i m i n g ，p r o t e i ni m p r i m i n g ， n a n o p a r t i c l e s ，l y s o z y m e v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章前言1 第一节分子印迹l 1 1 1 分子印迹基本原理1 1 1 2 分子印迹聚合物的制备方法3 1 1 2 1 本体聚合3 1 1 2 2 悬浮聚合4 1 1 2 3 乳液聚合4 1 1 2 4 多步溶胀4 1 1 2 5 沉淀聚合4 1 1 2 6 表面印迹5 1 1 3 分子印迹聚合物的应用7 第二节蛋白质分子印迹8 1 2 1 蛋白印迹的特点8 1 2 2 蛋白印迹的方法9 1 2 2 1 包埋法9 1 2 2 2 抗原决定簇法l o 1 2 2 3 表面印迹法1 l 1 2 2 4 优化功能单体1 5 1 2 2 5 采用特殊印迹方法1 7 第三节纳米尺度蛋白印迹聚合物1 9 1 3 1 牺牲材料法制备纳米线、纳米须2 0 目录 1 3 2 细乳液聚合制备纳米颗粒2 2 1 3 3 采用特殊功能单体的制备方法2 3 1 3 4 沉淀聚合制备蛋白印迹纳米粒子2 4 第四节本课题提出2 7 第二章纳米硅球表面接枝蛋白印迹聚合物的新方法2 8 第一节前言2 8 第二节试验部分2 9 2 2 1 试剂及其精制2 9 2 2 2 仪器与设备3 0 2 2 3 硅球的制备以及m p s 修饰3 0 2 2 4s i o 舢s 表面接枝聚合物3 0 2 2 5 吸附等温线3 l 2 2 6 吸附动力学3 l 2 2 7 特异性吸附试验3 2 2 2 8 l y s ，c y tc 的竞争吸附试验3 2 2 2 9 表征3 2 第三节结果讨论3 3 2 3 1s i o 棚s 及l y s - - - m i p , n i p 的合成及表征3 3 2 3 1 1 透射电镜( t e m ) 3 4 2 3 1 2 热重分析( t g ) 3 4 2 3 1 3 光电子能谱( x p s ) 3 5 2 3 2l y s m i p 及n i p 对l y s 的吸附容量及动力学3 7 2 3 2 1 平衡吸附量的计算3 7 2 3 2 2 吸附热力学及饱和吸附容量3 7 2 3 2 3 吸附动力学3 9 2 3 3l y s m i p 和n i p 的吸附选择性4 0 第四节小结4 3 第三章纳米粒子表面接枝蛋白印迹聚合物的条件优化4 4 i i 目录 第一节前言4 4 第二节试验部分4 5 3 2 1 试剂及其精制4 5 3 2 2 仪器4 5 3 2 3 纳米s i 0 2 的制备4 5 3 2 4 纳米硅球修饰- n i l 2 4 5 3 2 5s i 0 2 - n h 2 偶联- c o o h 4 6 3 2 6s i 0 2 c o o h 表面接枝聚合物4 6 3 2 7 离子强度的影响4 6 3 2 8 吸附动力学4 7 3 2 9 吸附等温线4 7 3 2 1 0 特异性吸附试验4 7 3 2 1 1l y s ，c y tc 的竞争吸附试验4 7 3 2 1 2l y s 。c y tc 的交叉印迹及吸附试验4 7 3 2 1 3 表征4 7 第三节结果讨论4 9 3 3 1s i 0 2 - c o o h 。l y s m i p 及n i p 的合成及表征4 9 3 - 3 1 1 纳米粒子载体的功能基团改进4 9 3 3 1 2 聚合条件的改进5 l 3 3 1 3t g 分析5 2 3 3 2 离子强度对吸附量g e 及影响因子a 的影响5 3 3 3 3 基于s i o 旧s 和s i o z - c o o h 的l y s - m i p 吸附容量及动力学比较5 4 3 3 3 1 吸附热力学及饱和吸附容量5 4 3 3 3 2 吸附动力学5 5 3 3 4 基于s i o r m p s 和s i o o o h 的l y s - - m i p 吸附选择性比较5 6 3 3 5 l y s 与c y tc 的交叉印迹：5 8 第四节小结5 9 第四章全文总结6 0 i i i 目录 参考文献6 2 致谢6 8 个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果6 9 i v 第一章前言 第一章前言 第一节分子印迹 分子识别是自然界中普遍存在的想象，在生物活性方面发挥着非常重要的 作用，典型的如酶与底物、抗体与抗原等。这种特异识别作用在生物分离、生 物传感器、疾病诊断及药物释放等领域常常涉及。但是抗体的筛选和生产过程 很复杂，成本高，加之稳定性差，不易贮存，所以价格十分昂贵。因此，研究 合成廉价且稳定的亲和材料，以取代昂贵的抗体来选择性识别目标分子。 分子印迹技术正是基于这种需求，作为一种化学分析技术在二十世纪八十 年代迅速发展起来。它是模拟自然界所存在的分子识别作用，以目标分子为模 板，通过与功能单体预组装、聚合、洗脱模板等过程合成对模板分子具有特异 识别作用的印迹聚合物( m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r s ，m i p ) 的一种方法。 1 9 7 2 年w u l 仃小纠1 】成功制备出对糖类化合物有较高选择的共价型分子印迹 聚合物( m i p ) 。但由于他们的研究主要集中在共价型模板聚合物上，动力学过程较 慢，制备过程复杂，其应用受到限制。8 0 年代后出现了非共价型模板聚合物，尤其 是m o s b a c h 2 】用比较简单的非共价方法得到了茶碱的分子印迹聚合物，引起了许 多研究者的关注。随着w u l f f 和m o s b a c h 的开拓性工作，分子印迹得到迅速发 展。 1 1 1 分子印迹基本原理 分子印迹的基本过程是选择能够与模板分子特异作用( 如氢键，静电等) 的功能单体与模板分子预组装，聚合后洗脱模板就得到m i p 。由于具有与模板 分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴，所以对模板分子及其类似物具 有特异选择性。 分子印迹聚合物的制备过程如图1 1 所示，主要分为以下几个阶段：( 1 ) 印 迹分子与功能单体通过共价或非共价键作用相互结合，形成主客体配合物；( 2 ) 通过功能单体、交联剂的共聚合行程交联网状结构，将该主客体配合物进行固 定；( 3 ) 洗脱印迹分子，得到m i p ，因含有与模板分子形状和功能基团排列相 第一章前言 匹配的空穴，所以对其模板分子具有高度选择性。 图1 1 分子印迹聚合物( m i p ) 的制备过程 根据印迹分子和功能单体之间的作用力不同，分子印迹可分为共价印迹法、 非共价印迹法、半共价印迹法。 兴纷助燃印迹分子和功能单体之间通过共价键作用相联结的方法叫共 价印迹法，也叫预组装法( p r e - o r g a n i z e da p p r o a c h ) 。共价印迹法中单体与模板分 子的联结必须既“稳定 又可逆，聚合过程中联结作用保持不变，聚合后，在 温和的条件下易于解离，而不使印迹效应有所损坏。因此，共价联结点的形成 和分解都要具有很快的反应速度，能满足上述过程热力学和动力学的共价键种 类并不多，主要有：硼酸酯，乙缩醛( a c e t a l ) ，缩酮( k e t a l ) ，席夫碱，二硫键等。 该方法的特点是专一性强。 c o v a l e n ti m p r i n t i n g 匆= 豳竺已墼 图1 2 共价印迹法制备m i p 2 第一章前言 嚣兴笏钐边法，印迹分子和功能单体之间通过非共价键作用( 氢键、静电 相互作用、疏水作用、范德华力等) 制备m i p 的方法称为非共价印迹法，也叫自 组装法( s e l f - a s s e m b l y a p p r o a c h ) 。相对于共价印迹，反应步骤简单，不必在聚合 前需要共价配合物的合成过程。聚合后模板可以通过简单的萃取除去。但是， 这样制备的m i p 专一性削弱。 n o n c o v a l e n ti m p r i n t i n g 誊= 西= 国兰臣篓 q r - , - -参一毋一豳一池一 图1 3 非共价印迹法制备m p 半菇笏印迹拱，结合共价作用专一性强和非共价作用条件温和的优点， w h i t c o m b 等发展【3 1 出半共价形式的分子印迹。聚合时单体和模板分子之间以共 价键结合，在识别过程中，二者的作用以非共价键结合。例如，先用4 乙烯基苯 基碳酸酯单体与胆固醇通过共价作用组装聚合，其后利用水解脱羧洗脱模板， 得到的印迹孔穴就可以通过氢键等非共价作用对模板分子进行识别。 1 1 2 分子印迹聚合物的制备方法 本体聚合研究分子印迹聚合物的最早期方法，但是本体聚合得到块状聚合 物，需要研磨，得到形状不规则的聚合物颗粒，限制了其应用，而形貌规整的 m i p 有着更加广泛的用途，因此如何制备形貌规整、粒径分布均匀的m i p 成为 主流研究方向。常用的方法有悬浮聚合、乳液聚合，多步溶胀，以及最近新发 展起来的沉淀聚合。另外还有属于本体聚合范畴的制备整体柱的原位聚合及最 近备受关注的表面印迹。 1 1 2 1 本体聚合 本体聚合【4 l 是将高浓度的功能单体、交联剂与模板分子的溶液，在自由基引 发、光引发或热引发聚合交联成块状聚合物。将其研磨、破碎、筛分洗脱模板 分子后得到一定粒径的分子印迹聚合物。虽然制备简便，但是后续处理繁琐， 费时，在筛分过程中损失严重，产品形状不规则。并且由于本体聚合单体浓度 3 大，聚合产生的热量不易扩散，因此不适宜用于大规模的工业生产。模板分子 的识别位点包埋在聚合物内部，模板洗脱以及再吸附的传质扩散阻力大。 与本体聚合类似的一种是应用原位聚合直接制得连续柱状的m i p 。女 m a t s u i 等【5 ，6 1 将预聚物溶液注入到空色谱柱中，然后将两端密封，热引发聚合一定时间 后，将色谱柱连接到色谱仪上，利用将洗脱液作为流动相洗脱模板分子，即得 到了可直接用于色谱分离的m i p 色谱柱。该色谱柱在对映体分离的应用中受到了 很好的效果。原位聚合的关键一点是制备时需要加入制孔剂，使制备的整体柱 具备一定的孔结构，以减小应用于色谱柱时的柱压。 1 1 2 2 悬浮聚合 将模板分子、功能单体、交联剂溶于有机溶剂，分散到溶有稳定剂的水或高 极性的有机溶剂，高速搅拌形成悬浊液；加入引发剂后，进行引发聚合，可制 备球形的m m 。应用悬浮聚合可以得到几岬到几十岬的规整颗粒。但是，水或 其它强极性溶剂会减弱功能单体与模板分子间的相互作用，因此发展了反相悬 浮聚合等方面的研究【刀。m o s b a c h 8 】采用化学惰性的全氟化碳液体作为悬浮介质， 代替传统的有机溶剂一水悬浮介质，从而消除了非共价印迹中存在的不稳定的 预组织体。 1 1 2 3 乳液聚合 将模板分子、功能单体、交联剂溶于有机溶剂中，加