（分析化学专业论文）分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西 北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 签名：i ! i ! k 磊一日期：丝望也 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 躲出：6 导师躲雠盈e l i i ：盈立王芝 硕士学位论文分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 摘要 分子印迹技术是制备对特定目标分子( 也称模板分子) 具有特异预定选择性 的高分子化合物。分子印迹聚合物以其具有模拟天然受体的分子识别能力，越来 越成为一类重要的人工合成材料。分子印迹聚合物的制备一般要通过三个步骤： 1 、印迹分子( 目标分子) 的功能基与功能单体在适当溶剂中通过共价或非共价 键作用结合，形成复合物。2 、加入交联剂，引发聚合成高交联的聚合物。3 、将 聚合物中的模板分子抽提出来，在聚合物中就形成了能够识别模板分子的结合位 点。这种印迹聚合物可作为液相色谱的固定相、选择性催化剂、化学传感器的传 感元件和固相萃取剂等，在临床药物分析中也有广泛的应用 目前有许多方法应用于实验室研究分子印迹聚合物的制备及分子印迹技术 的应用，基于上述事实和观点，本论文首先对近年来人们关于分子印迹技术的研 究进行了概述和总结，然后用热聚合方法制备了2 ，4 - 二氯苯氧乙酸分子印迹聚合 物并研究了它的识别特性，接着用热聚合和电化学聚合两种不同的方法制备了槲 皮素印迹聚合物，并分别考察了两种印迹聚合物的性能。 具体内容主要由以下四部分组成： 第一部分：综述 主要综述了：1 分子印迹技术的基本原理预组织法自组装法；2 分子印迹聚合物的制备；3 分子印迹技术的应用在色谱分析方面的应用 分子印迹模拟传感器固相萃取抗体与受体模拟物及模拟酶；并且综 述了分子印迹技术的现存问题和发展趋势，确立了立题依据。 第二部分：2 , 4 - - 氯苯氧乙酸分子印迹聚合物的制备及识别特性 2 , 4 - - - 氯苯氧乙酸( 简称2 , 4 - d ) 是一类常用的农田除草剂，有很强的生物活 性，可以杀死多种害虫。其毒性较小，但仍对人畜有一定的毒副作用，且能在土 壤、环境水、果实中残留。因此，作为一种环境污染物，研究检测残留在环境中 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 专业：分析化学 ， 硕士学位论文分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 的微量2 ，4 - 二氯苯氧乙酸具有十分重要的意义。传统的检测方法主要有气相色谱 法和薄层色谱法。但这些方法或者操作繁琐费时，或者结果重现性差，而用分子 印迹方法克服了这些缺点。 本部分是以2 ，4 二氯苯氧乙酸为模板分子，永甲基丙烯酸( m a a ) 为功能单 体，偶氮二异丁腈( a i b n ) 为引发剂和乙二醇二甲基丙烯酸酯( e d m a ) 为交 联剂，制备了有特异性识别2 ，4 d 功能的分子印迹聚合物。采用紫外可见分光光 度法对印迹聚合物的吸附性能进行了研究，并用高效液相色谱法( 删c ) 对印迹 聚合物的选择性进行考察。用s c a t c h a r d 法分析表明，该分子印迹聚合物通过氢键 作用力结合，对2 ，4 _ d 的最大表观吸附量q 。为6 9 7 m o l g - 1 ，平衡离解常数硒为 9 9 6 x 1 0 - 3 m 0 1 l 1 。h p l c 实验表明，与2 , 4 - d 结构类似的分子相比，印迹聚合物对 2 d 显示了很好的选择性。 第三部分：槲皮素印迹聚合物的合成与性能研究 槲皮素是植物界分布最广泛的黄酮类化合物之一。槲皮素具有抗炎、抗过敏、 降血压、抗心律失常、抗血小板凝聚、抗氧化、抗肿瘤等广泛的药理作用。近十 几年来，分子印迹技术因其特异的识别功能引起了国内外的广泛兴趣。据我们所 知，槲皮素的检测、提取方法已经很多，但用分子印迹方法检测槲皮素的文献却 少有报道。 在这部分我们是以槲皮素为模板分子，丙烯酰胺为功能单体，偶氮二异丁腈 为引发剂和乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，制备了有特异性识别槲皮素功能的 分子印迹聚合物。采用紫外可见分光光度法对印迹聚合物的吸附性能进行了研 究，结果表明印迹聚合物吸附能力高于非印迹聚合物。并用电化学方法对印迹聚 合物的选择性进行考察。电化学实验表明，与槲皮素结构类似的分子相比，印迹 聚合物对槲皮素显示了很好的选择性。 第四部分：槲皮素分子印迹电聚合膜的制备及检测 黄酮类化合物具有降血压，降血脂的药理作用。据我们所知，槲皮素的监测、 提取方法已经很多，但是通过电聚合方法来制备、检测槲皮素印迹聚合物的方法 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 专业：分析化学2 硕士学位论文分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 还未有报道。 这部分内容中，我们以邻苯二胺作为电聚合单体，在模板分子槲皮素的存在 下，在玻碳电极表面制备了槲皮素电化学电流型传感器，并详细研究了其最佳制 备条件。用循环伏安法和交流阻抗技术对该印迹膜进行了表征。并结合差示脉冲 伏安法对印迹效应进行了表征，当加入分析物时，响应电流改变。可检测到的槲 皮素最大浓度可达2 x l o 3 m o l l ，检测下限为5 x 1 0 5 m o l l 。该法简单且所制备的 电极稳定性较好。 关键词：分子印迹技术，分子印迹聚合物，热聚合，分子印迹电聚合膜，电化学 传感器，模板分子，2 ，4 二氯苯氧乙酸，槲皮素。 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 专业：分析化学3 硕士学位论文分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 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 gt e c h n o l o g y ( m r r ) i san f wa n dp o t e n t i a ls e p a r a t i o n t e c h n i q u ef o rp r e p a r i n gs p c c i 删r e c o g n i t i o nm e d i at h a ti s c a l l e dm o l e c u l a r l y i m p r i n t e dp o l y m e r ( m i p ) m i p sa r eb e c o m i n g a l li m p o r t a n tc l a s so fs y n t h e t i c m a t e r i a l sm i m i c k i n gm o l e c u l a rr e c o g n i t i o nb yn a t u r a lr e c e p t o r s t h ep r o c e s so ft h e p r e p a r a t i o nc o n s i s t so f 1 m i 】【啦t h et e m p l a t em o l e c u l ew i t ha f u n c t i o n a lm o n o m e r h a v i n gc o m p l e m e n t a r y f u n c t i o n a lg r o u p s ，2 h e a to rp h o t o - i n d u c e di n i t i a t i o na n dt h e n p o l y m e r i z a t i o n , a n d3 e x t r a c t i n gt h et e m p l a t em o l e c u l ef r o mt h ep o l y m e r , w h i c h l e a v e sc a v i t i e si n s i d et h ep o l y m e r st h a ta r ec o m p l e m e n t a r yi nt e r m so fs i z e ，s h a p e ， a n df u n c t i o n a lg r o u p so r i e n t a t i o nt ot h o s eo ft h et e m p l a t em o l e c u l e s t h et e c h n i q u e h a sb e e na p p l i e dw i d e l yi ne n a n t i o s e l e c t i v es e p a r a t i o n ，b i c - t r a n s d u c e r , a n ds i m u l a t i o n o fa c c e p t o ro ra n t i b o d y , a n ds oo n a tp r e s e n t , av a r i e t yo ft e c h n i q u e sh a v eb e e nu s e dt os t u d yt h ep r e p a r a t i o no f m 口a n dt h ea p p l i c a t i o n so fm r ri nt h el a b o r a t o r i e s b a s e do nt h ea b o v es t a t e m e n t s , i nt h i s p a p e rw ef i r s t l yp r o v i d eag e n e r a li n t r o d u c t i o na n ds u m m a r i z a t i o no ft h e r e s e a r c ha b o u tt h em ms e c o n d l y , 2 , 4 - d i c h l o r o p h e n o x y a c e t i ca c i dm o l e c u l a r l y i m p r i n t e dp o l y m e r ( m w ) w a sp r e p a r e db yh e a ti n i t i a t i o na n dt h es e l e c t i v er e c o g n i t i o n a b i l i t yo fm i pw a ss t u d i e d q u e r c e t i nm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r ( m 矾w a s p r e p a r e db yh e a ti n i t i a t i o n a n de l e c t r o p o l y m e r i z a t i o nr e s p e c t i v e l y t h em w s p e r f o r m a n c e sw e r es t u d i e d c h a p t e ri r e v i e w i nt h i sp a r t , b r i e fr e v i e w sa r ee x p r e s s e da sf e l l o w s ：1 t h eb a s a lp r i n c i p l eo f m o l e c u l a r i m p r i n t i n gt e c h n o l o g y p r e - o r g a n i z e d a p p r o a c h s e l f - a s s e m b l y a p p r o a c h ；2 t h ep r e p a r a t i o no fm o l e c u l a ri m p r i n t i n gp o l y m e r , 3 t h ea p p l i c a t i o no f m o l e c u l a ri m p r i n t i n gt e c h n o l o g y t h ea p p l i c a t i o n0 1 1c h r o m a t o g r a p h i c ； 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 专业：分析化学 4 硕士学位论文分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 m i p s b a s e ds e n s o r s ；s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ( s p e ) w i t hm o l e c u l a r l yi m p r i n t e d m a t e r i a l s ； m i m i c so fa n t i b o d i e s a n dr e c e p t o r s , e n z y m e - a n a l o g u e t h ee x i s t i n g p r o b l e ma n dd e v e l o p i n gt r e n do fm o l e c u l a rp r i n t i n gt e c h n o l o g yh a v eb e e ns u m m e d u p , w h i c he s t a b l i s h e ds e t t i n gu pt h ep r o b l e m b a s i s c h a p t e r s t u d yo np r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no f2 , 4 - d m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e t 2 4 d i c h i o r o p h e r o x y a c e t i ca c i d ( 2 ，4 - d ) w a sak i n do fh e r b i d d ew h i c hu s e d n o r m a l l y i th a sl i t t l et o x i c i t y , a n di t sr e s i d u ee x i s t e di ns o i l ，e n v i r o n m e n t a lw a t e r , 自m i 乜s oi ti si m p o r t a n tt h a td e t e r m i n a t i o no f2 4 - di ne n v i r o n m e n t m r ru s e da sa n e wm e t h o dt od e t e c t2 ，4 - di nt h i sp a p e r 2 4 _ dm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e rw a sp r e p a r e du s i n g2 , 4 - da st e m p l a t e m o l e c u l e ，a - m e t h y l a c r y l i ca c i da sf u n c t i o n a lm o n o m e r , 2 ，2 - a z o b i s i s o b u t y r o n i t r i l e ( a i b n ) a si n i t i a t o ra n de t h y l e n eg l y c o ld i m e t h a c r y l a t e ( e d m a ) a sg 葛o s s l i n k e r t h e a d s o r p t i o np e r f o r m a n c eo fm w sw a ss t u d i e db yu vs p e c t r o p h o t o m e t r ya n d s e l e c t i v e r e c o g n i t i o na b i l i t yo fm i p sw a ss t u d i e db yh i g h - p e r f o r m a n c ef i q u i dc h r o m a t o g r a p h y o i p t c ) s c a t c h a r da n a l y s i ss h o w e dt h a tt h i sm 口c o u l dr e c o g n i z e2 , 4 - dt h r o u g h h y d r o g e n - b o n di n t e r a c t i o n , t h em a x i m u mn u m b e ro ft h e s eb i n d i n gs i t ea n dt h e d i s s o c i a t i o nc o n s t a n to fm i pt o w a r d2 , 4 dw e r c6 9 7 p m o l 菩1a n d9 9 6 x 1 0 3m o l l 1 r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t so f 肿l cs h o w e dt h a tt h ei m p r i n t e dp o l y m e re x h i b i t e dm u c h h i g h e rs e l e c t i v i t yf o r2 ，4 - da m o n g t h et e s t e dc o m p o u n d s c h a p t e r s t u d y o n p r e p a r a t i o n a n dc h a r a c t e r i z a t i o no f q u e r c e t i nm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r q u e r c e t i ni so n eo fb i o f l a v o n o i d s , w h i c ha r eal a r g ef a m i l yo fo r g a n i c c o m p o u n d sw i d e l yd i s t r i b u t e di n t h ep l a n tk i n g d o m i nf a c t , q u e r c e t i nh a v eb e e n r e p o r t e d aw i d e l y p h a r m a c o l o g i c a lp r o p e r t i e s s u c ha sa n t i v i r a la n t i - a l l e r g i c , a n t i p l a t e s ，a n t i - i n f l a m m a t o r y , a n da n t i - t u m o ra c t i v i t i e s ，a n dp o s s i b l ye v e np r o t e c t i v e 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 专业：分析化学5 硕士学位论文分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 e f f e c ta g a i n s tc h r o n i cd i s e a s e s i nr e c e n td e c a d e s , m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gt e c h n i q u e h a sr e c e i v e dal o to fa t t e n t i o nf o ri t sh i g ha f f n i t yt ot h et a r g e tm o l e c u l e a sw ek n o w , t h e r ew e r em a n ym e t h o d st od e t e c ta n da b s t r a c tq u e r c e t i n b u tt h e r ew e r ef e w l i t e r a t u r e so nd e t e c t i n gq u e r c e t i nw i t hm ： i nt h i sp a r t , q u e r c e t i nm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r ( m w ) w a sp r e p a r e du s i n g q u e r c e t i na st e m p l em o l e c u l e , a c r y l a m i d ea s f u n c t i o n a lm o n o m e lt h ea d s o r p t i o n p e r f o r m a n c ea n ds e l e c t i v er e c o g n i t i o na b i l i t y o fm i p sw e r es t u d i e db yu v s p e c t r o p h o t o m e t r y s c a t c h a r da n a l y s i s s h o w e dt h a tt h i sm i pc o u l dr e c o g n i z e q u e r c e t i nt h r o u g hh y d r o g e n - b o n dj l l t c r a c t i o n t h er e s u l t so fe l e c t r o c h e m i c a la n a l y s i s s h o w e dt h a tt h ei m p r i n t e dp o l y m e re x h i b i t e dm u c hh i g h e ra f f i n i t yf o rq u e r c e t i n a m o n gt h et e s t e dc o m p o u n d s c h a p t e ri v c h e m i c a ls e n o rf o rq u e r c e t i nb a s e do n e l e c t r o p o i ) 7 m e r i z e dm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r b i o f l a v o n o i d sh a v eb e e nr e p o r t e daw i d e l yp h a r m a c o l o g i c a lp r o p e r t i e ss u c ha s a n t i - t u m o ra c t i v i t i e s a sw ek n o w , t h e r ew e r em a n ym e t h o d st od e t e c ta n da b s t r a c t q u e r c e t i n b u t t h e r ew a sn ol i t e r a t u r eo np r e p a r a t i o no fq u e r c e t i nm o l e c u l a r l y i m p r i n t e dp o l y m e r ( m i p ) b ye l e c t r o p o l y m e r i z a t i o n ac h e m i c a ls e n s o rf o rq u e r c e t i nw a sp r e p a r e db ye l e c t r o p o l y m e r i z a t i o no f o i t h o - p h e n y l e n e d i a m i n eo n t ot h es u r f a c eo fg l a s s - c a r b o ne l e c t r o d e i nc o n j u n c t i o n w i t ht h eu o fc y c l i cv o l t a m m e t r y ( c v ) a n da ci m p e d a n c em e a s u r e m e n t s , t h e i n s u l a t i n gp r o p e r t i e so ft h es e n s o rw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l b yd i f f e r e n t i a lp u l v o i t a m m e t r y ( d p v ) t h es e l l s o rh a sb e e ni n v e s t i g a t e do nt h eb a s i so ft h ec h a n g ei n p e a l 【c u r r a n tc a u s e db yt h ea n a l y t ew h i c hw a su s e da st h et e m p l a t ei nt h ef o r m u l a t i o n o f a n e l e c t r o p o l y m e r i z e am o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r a s r e c e p t o rl a y e r c o n c e n t r a t i o no fq u e r c e t i nc o u l db ed e t e c t e dw i t hal i n e a rd e t e r m i n a t i o nr a n g eu pt o 2 x 1 0 3 m o f la n dad e t e c t i o nl i m i to f5 x 1 0 r 5m o l lt h er e s u i t ss h o w e dt h a tt h es e n s o l e x h i b i t e dar e l a t i v e l yn i c es e l e c t i v i t yf o rq u e r c e t i na m o n gt h ec o m m o nc o e x i s t i n g s u b s t a n c e s 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授，卢小泉教授 专业：分析化学6 硕士学位论文分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 k e y w o r d s ：m o l e c u l a ri m p r i n t i n gt c c l m o l o g y ；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 ； h e a tp o l y m e r i z a t i o n ；e l e c t r o p o l y m e r i z e dm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dm e m b r a n e ；c h e m i c a l s c n s o rt e m p l a t e ；m o l e c u l e ；2 , 4 - d i c h l o r o p h e n o x y a c e t i ca c i d ；q u e r c e t i n 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 专业：分析化学 7 硕士学位论文分子印迹聚合物的制各及其分子识别性能的研究 1 1 分子印迹技术简介 第一章绪论 分子印迹技术( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gt e c h n o l o g y , m i t ) 又称为分子烙印技术， 是结合高分子化学、生物化学和材料化学等学科发展起来的一门边缘学科。所谓 分子印迹技术，是指制备对某一特定的目标分子( 也称模板分子，印迹分子) 具 有特异预定选择性的聚合物的一项技术。所制备的聚合物称为分子印迹聚合物 ( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gp o l y m e r , m i p ) 分子印迹聚合物由于具有与天然抗体相似 的识别选择性和高分子材料的抗腐蚀性能的双重优点，因而正逐步应用于分析化 学、生物工程、临床医学、环境监测、食品工业等众多领域。 分子印迹技术起源于免疫学早在2 0 世纪4 0 年代，p a u l i n g 在研究抗体和 抗原的相互作用时，提出了以抗原作为模板来铸造抗体的空间结合位点理论 f 1 】。虽然这一理论经后人的实践证明是错误的，但正是基于这一理论，化学家们 发展了一项有效的分析技术称为分子印迹技术。1 9 4 9 年，d i c k e y 首先提出了“专 一性吸附”这一概念，但在很长一段时间内没有引起人们足够的重视【2 】。直到 1 9 7 2 年，由德国的w u l f f 研究小组首次报道了人工合成有机分子印迹聚合物之 后，分子印迹技术才逐渐被人们所认识【3 】。1 9 9 3 年，m o s b a c hk 等人在n a t u r e 上发表有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道后【4 】，分子印迹技术开始得到了迅 猛的发展。 分子印迹技术由于其卓越的分子识别性能已成为化学工作者的热门研究课 题之- 1 5 - 7 1 。迄今为止，在分子印迹技术的作用机理，分子印迹聚合物的制备方 法，分子印迹技术在各个领域的应用研究等方面的研究读取的了很大的进展，特 别是分子印迹技术在分析化学方面的应用取得了很大的进展。在此期间，有关分 子印迹技术的文章大量涌现。其中有综述 s - 1 8 ，研究论文【1 9 2 3 】等。 分子印迹技术之所以发展如此迅速，应用如此广泛，主要是因为它有三大特 点，也是三大优点，即构效预定性( p r e d e t e r m i n a t i o n ) ，特异识别性( s p e c i f i c r e c o g n i t i o n ) 和广泛实用性( p r a c t i c a b i l i t y ) 【2 4 1 。基于该技术制备的印迹聚合物 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 专业：分析化学8 硕士学位论文分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 具有亲合性和选择性高，抗恶劣环境的能力强，稳定性高和使用寿命长等优点 【2 s ，所以分子印迹技术的应用研究所涉及的领域非常广泛，包括食品 2 6 1 、医 药【2 7 】、环境 2 8 1 、军事1 2 9 1 等。 1 2 分子印迹技术的基本原理 分子印迹聚合物通过以下三个步骤来制备： 首先使具有适当功能基的功能单体与所选的模板分子混合，它们之间通过共 价或非共价键相互作用形成单体一模板分子复合物； 随后选择适当的交联剂和引发剂，引发聚合反应，使模板分子和单体形成的 复合体系被紧紧地固定在聚合物的三维网状结构中，从而使功能单体上的功能基 在空间排列和空间定向上固定下来： 通过一定的方法将模板分子从所得的高聚物中去除，以获得具有与模板分子 在空间结构上相匹配，并含有与模板分子专一结合功能基的三维空穴的高聚物。 这个三维空穴可以选择性地重新与模板分子再结合，即具有对模板分子专一性识 别的功能( 如图1 1 ) 图1 1 分子印迹示意图 这个三维空穴的空间结构和功能单体的种类是由模板分子的结构和性质所 决定的。由于用不同的模板分子制备的分子印迹聚合物具有不同的结构和性质， 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 专业：分析化学 9 硕士学位论文分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 所以一种印迹聚合物只能与一种分子结合，类似于“锁”与“钥匙”的关系，也 就是说印迹聚合物对该分子具有选择性结合作用。s r e c n i v a s a n 的研究表明【3 0 】， 经水杨酸( s a l i c y l i ca c i d ) 印迹过的m i p 与n m i p ( 未加水杨酸，其余步骤和印 迹聚合物制备相同) 相比，m 口所吸附的尿液中水杨酸的量有明显差异，而吸附 的尿液中苯二甲酸的量无明显差异，从而证明了m 口的分子识别性质。 根据功能单体与模板分子形成配合物时作用力的不同，分子印迹的制备过程 基本上可分为预组织方法( p r e - o r g a n i z e d a p p r o a c h ) 和自组装方法( s e l f - a s s e m b l y a p p r o a c h ) 两种。预组织方法是将印迹分子和功能单体以可逆的共价键结合在一 起，再进行聚合反应。而自组装方法是用非共价键作用如氢键作用、静电作用、 1 | 讥作用、疏水作用、金属配体结合作用、电荷转移作用等超分子作用形成主 客体配合物。 1 2 1 预组织法 预组织法又称为共价法，由德国的w u l f f 及其同事在2 0 世纪7 0 年代初期创 立【1 】。在这种方法中，模板分子与功能单体通过可逆的共价作用形成复合物， 如形成可逆的酯、席夫碱、和金属配位化合物等。然后交联聚合，聚合后再通过 化学的方法将共价键打开以除去模板分子。 共价法的优点在于聚合过程中，功能单体和模板分子问的作用力强，形成的 复合物稳定，可获得空间精确固定排列的结合基团，所得的印迹聚合物对模板分 子具有高的选择性。但是印迹过程比较复杂，而且由于共价键的作用一般较强， 模板分子的除去较为困难，同时其在识别过程中结合和离解的速度慢，难以达到 热力学平衡，不适于快速识别。再者较慢的结合动力学也不利于分离，所以这种 方法的发展较为缓慢。 1 2 2 自组装法 自组装法又称为非共价法，由m 嘴b a c h 及其同事在2 0 世纪8 0 年代末期创 立，他们最早将分子自组装方法应用于分子印迹技术【4 】。实验中，他们以茶碱 为模板分子，甲基丙烯酸( m a a ) 为功能单体，利用两者间的氢键作用在惰性 硕士生：刘小育专业：分析化学 l o 指导教师：康敬万教授，卢小泉教授 硕士学位论文 分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 溶剂中形成主客体配合物。在偶氮二异丁腈( a m n ) 的引发下，以7 , - - 醇二甲 基丙烯酸酯( e d m a ) 为交联剂进行自由基共聚合，形成刚性聚合物。反复洗去 模扳分子后，即在聚合物中形成对茶碱有特异性选择的印迹空穴。 在此方法中，模板分子与单体之间自组装排列，以非共价键自发形成具有多 重作用位点的复合物，经交联聚合后将这种作用保存下来。常用的非共价作用包 括静电引力、疏水作用、氢键、电荷转移、范德华力及金属螯合作用等。 与预组织法相比，自组装法主要是利用较弱的分子间作用力来形成复合物， 印迹过程简单易行，而且可以在较温和的条件下除去模板分子，其识别过程也 更接近于天然的分子识别系统，如“抗原抗体”和“酶一底物”等。同时可 利用的单体范围也更加广泛，印迹分子的种类也较多，是目前较为通用的方法。 然而在非共价印迹技术中，形成的并不是单一的复合物，通常导致所得到的空穴 对模板分子亲和力的不均一性。 1 2 3 其它方法 在以上两种基本制备方法的基础上，近年来又出现了一些新的印迹方法。其 中有一种综合了二者的技术，即聚合时单体和模板分子之间是共价作用的，在识 别过程中，二者的作用是非共价的，例如w h i t c c o m b 和v u l f s o n 等人报道的“牺 牲空间法”( s a c r i f i c i a ls p a c e rm e t h o d ) 。他们采用共价键将模板分子和聚合单体结 合，洗脱模板时脱去一个c 0 2 分子，得到的分子印迹聚合物既有共价印迹聚合 物亲合专一性强的优点，又具有非共价印迹操作条件温和的优点 3 1 ，3 2 。 p i l e t s k y 等人【3 3 1 报道的硅酸分子印迹聚合物也是采用分子自组装和分子预 组装相结合的方法：以烯丙基胺和乙烯基苯基硼酸为功能单体，甲基丙烯酸乙撑 酯为交联剂。首先使模板分子硅酸和乙烯基苯基硼酸发生酯化反应，形成功能单 体1 模板分子复合物，然后该复合物与另一功能单体烯丙基胺自发形成单体1 - 模板分子单体2 复合物，加交联剂后发生共聚合反应形成硅酸分子印迹聚合物， 最后脱去硅酸。当硅酸分子重新进入聚合物空穴后，两种功能单体都以非共价键 与硅酸分子结合。尽管这两种方法可以克服在同一聚合物中同时使用两种功能单 体的缺点，但化学合成步骤还是较为复杂。 最近m o s b a c h 等人发明了一种固定模板法( t e m p l a t ei m m o b i l i z a t i o nm e t h o d ) 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 专业：分析化学 1 1 硕士学位论文分子印迹聚合物的制各及其分子识别性能的研究 【3 4 1 。首先将模板分子茶碱固定到一个固态硅胶基质上，然后使其与功能单体三 氟甲基丙烯酸自组装形成复合物，然后加入交联剂- 7 , 烯基苯交联聚合。聚合完 成后，用氢氟酸除去固态基质，从而得到所需的m m 。使用这种方法不仅可以控 制键合空穴的定位，而且可以控制所得m 口的表面形状。其类似于免疫学中用 半抗原蛋白结合物产生抗体的方法。 1 3 分子印迹聚合物的制备 1 3 1 分子印迹聚合物制备过程 如前所述，分子印迹聚合物的制备通常有三个步骤。具体包括以下步骤： 一、使具有适当功能基的功能单体与所选的模板分子混合。它们之间通过共 价键或非共价键相互作用形成单体一模板分子复合物，在这一步中，功能单体和 交联剂的选择非常重要。 1 、功能单体的选择：功能单体的选择是非常重要的，它不但要可以与交联 剂进行共聚合反应。而且分子内必须要具有能与印迹分子发生化学作用的结构 单元。常用的共价单体主要有含乙烯基的硼酸或二醇以及含硼酸酯的硅烷混合物 等；常用的非共价单体主要有羧酸类( 丙烯酸，m a a 、三氟甲基丙烯酸、乙烯 基苯甲酸、亚甲基丁二酸等) 、磺酸类( 2 丙烯酸胺- 2 甲基1 丙磺酸) 、杂环弱 碱( 乙烯基吡啶、乙烯基咪唑) ，其它的还有甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙 酯、丙烯酰胺及n _ ( 4 乙烯苄基1 亚氨基- - 7 , 酸铜等。此外，利用计算机辅助设 计的方法可以根据具体的印迹分子来设计适合它的单体，这也是今后发展的方向 之一。 2 、交联剂的选择：交联剂在分子印迹中起着非常关键的作用，印迹过程中 它必须聚合形成小易形变的剐性结构，从而能够“记住”模板分子的形状。但与 之相矛盾的是，为了保证把模板分子从印迹空穴中洗脱出来，还必须保证交联后 的结构具有一定的柔性，这同时也是分子识别的过程中目标分子能够扩散进入印 迹空穴的必要条件。常用的交联剂有二乙烯基苯( d v b ) 、二甲基丙烯酸乙二醇 酯( e d m a ) 、三丙烯酸季戊四醇酯( p e x r a ) 、三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯 o r i 0 、季戊四醇四甲基丙烯酸酯( p e r f _ , a ) 、n n 二亚甲基二丙烯酰胺、3 , 5 硕士生：刘小育 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 专业：分析化学 1 2 硕士学位论文分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究 二( 丙烯酰胺) 苯甲酸、n , o 二丙烯酰山苯丙氨酸等。在几种常用的交联剂中 3 5 1 ， 二甲基丙烯酸乙二醇酯( e d m a ) 是最常用的交联剂，它分子内具有两个乙烯基， 在聚合反应中可以形成网状高分子，从而使高分子被处理后出现的空腔形状固 定。为维持键合空穴的稳定性，一般在聚合中都使用较高的交联度( 通常都高于 8 0 ) 。 二、聚合反应：分子印迹聚合物大多都是通过自由基引发制备，一般以偶氮 二异丁睛( j 岫n ) 或偶氮二异庚腈为引发剂，引发方式主要是高温热引发和低 温光引发两种，此外还有丫- 射线辐射引发等【3 6 】。 聚合方式主要有本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合、原位聚合、表面印迹等。 影响聚合反应的因素包括反应单体浓度、聚合温度、压力、光照强度、溶剂种类 及极性等。一般来说，低温聚合对制备是有利的，因为在低温下单体和印迹分子 能形成更加有序和稳定的排列。s e l l e r g r e n 等人在高压下( 1 0 0 0 b a r ) 制备了 m i p 3 7 ，发现在高压条件下制备的m i p 比在低压条件下制备的m i p 有更紧密的 结构、更低的孔体积、更高的密度和更好的耐溶胀性能。 三、印迹分子的去除：通常采用乙腈、水、甲醇乙酸( 或三氟乙酸) 、乙腈 乙酸等高极性溶剂反复洗涤分子印迹聚合物以彻底除去印迹分子。对颗粒状的 m m 一般采用索氏提取器反复回流和萃取。此外还有热处理、超临界萃取、微波 辅助溶剂萃取等方法【3 8 】。文献 3 9 1 研究了用不同方法移出模板分子的效果，包 括热退火、微波辅助萃取、索氏萃取和超临界流体萃取等。 由于不同的应用领域对所用的m 口要求不同，所以在实际操作中要综合分 析研究的对象和目的，选择最佳的合成方案。迄今为止，分子印迹聚合物主要有 以下几种制备方法。 1 3 2 封管聚合法 封管聚合法是传统的分子印迹聚合物合成方法，目前大多数分子印迹聚合物