（分析化学专业论文）基于多模板分子印迹聚合物电化学传感器的研究.pdf

摘要 摘要 分子印迹聚合物敏感材料具有记忆功能，脱除模板分子后，可以选择性地吸附模板 分子，完成对目标分析物或结构类似物的分离。人们大多致力于研究以单一化合物作为 模板分子制成的单模板分子印迹体系，以期得到对目标分子具有特定选择性的印迹材 料。然而，交叉选择( 指对结构相差较小的类似物也具有一定的识别能力) 不可避免。 正是由于这些特性，拓宽了模板分子的选择，如可以用一种价廉易得、与模板分子结构 上相似的化合物作为名义上的模板分子，所制得的分子印迹聚合物对目标分子也有较好 的分子识别能力；此外，采用混合模板分子技术制备得到的分子印迹聚合物膜传感器可 能做到对一组同系物总量的检测，本文即采用这一策略，探究对四种尼泊金酯有相似响 应灵敏度的m i p s 传感器，从而成功地构建了可快速检测尼泊金酯总量的双模板m i p s 传 感器。在此基础上，对于结构差异较大的分析物，将各自模板分子印迹在同一分子印迹 聚合物上，得到混合模板m i p s 传感器，期望实现不同类别目标化合物的同时检测。主要 内容如下： 第一部分：首次研制出可检测化妆品中尼泊金酯类物质总量的双模板分子印迹聚合 物膜电化学传感器，该方法选择性好，灵敏度高，快速稳定。本文以对羟基苯甲酸甲酯 ( m p ) 和对羟基苯甲酸丙酯( p p ) 作为双模板分子，甲基丙烯酸( m a a ) 为功能单体， 三缩丙二醇二丙烯酸酯( 1 p g d a ) 为交联剂，在玻碳电极表面合成了分子印迹聚合物 敏感膜制得尼泊金酯传感器。采用方波伏安法对四种尼泊金酯在裸电极和m i p s 传感器上 的电化学氧化行为进行了研究，0 9 4v ( v s s c e ) 处，峰电流值与尼泊金酯呈线性关系， 当印迹膜中m p ：p p 为1 ：1 2 5 时，四种尼泊金酯的回归方程很相似，取该四条回归方程的 平均值，得到的回归方程可用于检测尼泊金酯总量。该m i p s 传感器对尼泊金酯类物质有 较好的选择性，加入至少1 0 倍的结构类似物如对羟基苯甲酸，对氨基苯甲酸和苯酚对尼 泊金酯的测定不干扰，而结构不相似的共存物维生素c 在传感器上几乎无响应。同一支 m i p s 传感器对对羟基苯甲酸甲酯响应值的r s d 为3 9 ( n _ 5 ) 。用该m i p s 传感器对实际样 品中尼泊金酯总量进行了分析，加标回收率在9 8 7 1 0 1 8 。试验表明混合模板m i p s 传感器有望用于对一组同系物总量的检测。 第二部分：首先，采用原位聚合法制成了以水杨酸为模板的分子印迹聚合物( m i p s ) 膜电化学传感器，并用方波伏安法对该m i p s 传感器进行了分析研究。当响应时间为6m i n 时，m i p s 传感器对水杨酸浓度响应的线性范围为1 0 x 1 0 巧2 6 x 1 0 4m o l l ，检出限 ( s n = 3 ) 为2 0 x 1 0 。6m o l l ，同一支m i p s 传感器对水杨酸响应值的r s d 为3 7 ( 1 f 7 ) ， 该m i p s 传感器对水杨酸具有良好的选择性，对结构相似的对羟基苯甲酸和对氨基苯甲酸 的选择性系数分别为1 2 和6 9 。该分子印迹膜传感器对实际化妆品样品进行分析，加标回 收率在9 9 9 - 10 6 7 。 第三部分：在前面工作的基础上，以水杨酸( s a ) 和对羟基苯甲酸丙酯( p p ) 作 为双模板分子在玻碳电极表面制备分子印迹聚合物敏感膜，调节模板分子间比例，当 s a ：p p = 3 ：i 时，所得峰形和分离度最好，制成了可同时检测s a 和p p 的混合模板m i p s 摘要 传感器。当响应时间为7m i n 时，m i p s 传感器对s a 浓度响应的线性范围为1 0 x 1 0 巧 3 6 x 1 0 4m o l l ，检出限( s n = 3 ) 为5 0 x 1 0 西m o l l ，s a 响应值的r s d 为2 4 ( n - 5 ) ， 同一支m i p s 传感器对p p 浓度响应的线性范围为1 0 x 1 0 弓1 2 1 0 4m o l l ，检出限 ( s n = 3 ) 为1 0 x 1 0 一m o l l ，p p 响应值的r s d 为2 6 ( n - - 4 ) 。该分子印迹膜传感器对 实际化妆品样品进行分析，加标回收率在9 9 2 - - - 1 0 4 8 之间。 基于混合模板分子印迹技术的传感器，调节模板分子的比例，既可以实现同系物总 量的测定，又可以进行不同类别化合物的同时测定。且制作简单，操作方便，并具有一 定的灵敏度和选择性以及良好的重现性。本文为混合模板的分子印迹技术做了有益的尝 试。 关键词：分子印迹聚合物膜；电化学传感器：双模板；尼泊金酯类；水杨酸；方波伏安 法 a b s t r a c t a b s t r a c t 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 s ) a r em a d eb ys y n t h e s i z i n gh i g h l yc r o s s l i n k e d p o l y m e r si nt h ep r e s e n c eo f “i m p r i n t ”m o l e c u l e s ( t h et e m p l a t e ) a f t e rr e m o v a lo ft h et e m p l a t e 。 t h ep o l y m e rc a l lb eu s e d 嬲as e l e c t i v eb i n d i n gm e d i u mf o rt h ep r i n tm o l e c u l eo ro t h e r s t r u c t u r a l l ya n a l o g u e s i ng e n e r a l ，o n ek i n do fm o l e c u l ei si m p r i n t e di nm i p st oo b t a i nh i 曲 s e l e c t i v i t yo n l yt ot h et e m p l a t ec o m p o u n di t s e l f n e v e r t h e l e s s c r o s s s e l e c t i v i t yi sa l s ou s e f u l f o rp a r t i c u l a ra p p l i c a t i o n s o w i n gt oc r o s s - s e l e c t i v i t y ，m i p s ，u s i n gd u m m yt e m p l a t e 谢t h s i m i l a rm o l e c u l a rs t r u c t u r et ot h et a r g e tm o l e c u l e s ，s t i l lh a v em o l e c u l a rr e c o g n i t i o na b i l i t yf o r t a r g e tm o l e c u l e a d d i t i o n a l l y ，a n o t h e rs t r a t e g y i st oo b t a i n g r o u ps e l e c t i v i t yb y m u l t i t e m p l a t e si m p r i n t e dp o l y m e r i nt h ep r e s e n tw o r k ，i tw a sa t t e m p t e dt og a i ns i m i l a r r e s p o n s e sf o ra l l f o u rk i n d so fp a r a b e n so nt h em i p ss e n s o rb a s e do nm u l t i t e m p l a t e s i m p r i n t e dp o l y m e r a c c o r d i n g l y ，i ti sp o s s i b l et od e t e r m i n et h et o t a lc o n t e n t so fp a r a b e n r a p i d l y i na c t u a ls a m p l e s 嘶mt h e d u a l t e m p l a t e sm i p ss e n s o r o nt h eo t h e rh a n d ， m u l t i - t e m p l a t e si m p r i n t e dp o l y m e rh a sp o t e n t i a l t od e t e c ta n a l y t e s 、析t l l n o n a n a l o g o u s s t r u c t u r e ss i m u l t a n e o u s l y ，a st h e s et a r g e tm o l e c u l e si m p r i n t e di nt h ep o l y m e rm e m b r a n e t h e m a i nc o n t e n t sa r el i s t e d 懿f o l l o w s ： i nt h ef i r s tp a r t ，as e l e c t i v e ，s e n s i t i v e ，r a p i da n dr e l i a b l em e t h o db a s e do 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 s ( m i p s ) 诵t l ld u a lt e m p l a t e st od e t e r m i n et o t a lc o n t e n to fp a r a b e n si n c o s m e t i c sw a s d e v e l o p e d w i mm e t h y l p a r a b e n ( m p ) a n dp r o p y l p a r a b e n ( p p ) a s d u a l - t e m p l a t e s ，m e t h a e r y l i ca c i d ( m a a ) a saf u n c t i o n a lm o n o m e ra n dt r i p r o p y l e n eg l y c o l d i a c r y l a t e ( t p g d a ) 嬲ac r o s s l i n k e r , m i p sf i l mo nag l a s s yc a r b o ne l e c t r o d ew a sc o n s t r u c t e d 嬲p a r a b e n ss e n s o r e l e c t r o c h e m i c a lo x i d a t i o nb e h a v i o r so ff o u rk i n d so fp a r a b e n so nt h eb a r e e l e c t r o d ea n dm i p ss e n s o rh a db e e ni n v e s t i g a t e dw i t l ls q u a r ew a v ev o l t a m m e t r y a to x i d a t i o n p o t e n t i a lo f0 9 4v ( v s s c e ) ，t h ep e a kc u r r e n t so nt h em i p ss e n s o rw e r ep r o p o r t i o n a lt ot h e c o n c e n t r a t i o no fp a r a b e n s a st h er a t i oo fm pt op pi nt h em i p sw a s1 ：1 2 5 t 1 1 er e g r e s s i o n e q u a t i o n sf o rf o u rp a r a b e n sw e r ea l m o s tt h es a m e n l et o t a lc o n t e n to fp a r a b e n sc o u l db e c a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h ea v e r a g eo ft h e s ef o u rr e g r e s se q u a t i o n s t h em i p ss e n s o r d i s p l a y e ds p e c i f i cb i n d i n go fp a r a b e n s a t l e a s t10t i m e so fs t r u c t u r a la n a l o g s ，s u c ha s p - h y d r o x y b e n z o i ca c i d ，p - a m i n o b e n z o i ca c i d a n dp h e n o lw o u l dn o ti n t e r f e r e 、 ，i n lt h e d e t e r m i n a t i o no f p a r a b e n s n o n a n a l o g o u sc o e x i s t e n c e ss u c ha sv i t a m i nc h a dn or e s p o n s eo n t h es e n s o ra ta 1 1 t h er s do fp e a kc u r r e n t so fm pw a s3 9 ( n 寻5 1 m i p ss e n s o rh a db e e n u s e dt od e t e r m i n et o t a lc o n t e n to fp a r a b e n si nc o s m e t i cs a m p l e sw i t hr e c o v e r i e sb e t w e e n 9 8 7 a n d101 8 i tr e v e a l st h a tt h em i p ss e n s o r 谢t hm u l t i t e m p l a t e sh a sap o t e n t i a lt o d e t e r m i n et h et o t a lc o n t e n to fa g r o u po f h o m o l o g o n sc o m p o u n d s i nt h es e c o n dp a r t , 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 s ( m i p s ) f i l mw a ss y n t h e s i z e do nt h e s u r f a c eo fag l a s s yc a r b o ne l e c t r o d ew i t ht h es a l i c y l i ca c i d ( s a ) a st e m p l a t e e l e c t r o c h e m i c a l o x i d a t i o nb e h a v i o r so fs ao nt h ei m p r i n t e de l e c t r o d ew a si n v e s t i g a t e db ys q u a r ew a v e v o l t a m m e t r y a st h ei n c u b a t i o nt i m eo f6m i n t h ep e a kc u r r e n t sw e r ep r o p o r t i o n a lt ot h e c o n c e n t r a t i o no fs ai nt h er a n g ef r o m1 o 1o ot 02 6 1 0 一m o l lw i t had e t e c t i o nl i m i to f 2 o xlo 巾m o l l ( s n = 3 ) t 1 1 er s do f p e a kc u r r e n t sw a s3 7 ( n = 7 ) 1 1 1 ei m p r i n e de l e c t r o d e 1 1 1 a b s t r a c t d i s p l a y e dg o o ds p e c i f i c i t y t h es e l e c t i v ec o e f f i c i e n t so fs t r u c t u r a la n a l o g sw e r e1 2a n d6 9f o r p - h y d r o x y b e n z o i ca c i da n dp - a m i n o b e n z o i ca c i d ，r e s p e c t i v e l y t h em i p ss e n s o r sh a db e e n u s e dt od e t e r m i n es ai nc o s m e t i cs a m p l e sw i t hr e c o v e r i e sb e t w e e n9 9 9 a n d10 6 7 i nt h et h i r dp a r t ，b a s e do nt h ea b o v ew o r k ，am u l t i t e m p l a t e si m p r i n t e dp o l y m e rf i l mw a s s y n t h e s i z e do nt h es u r f a c eo fag l a s s yc a r b o ne l e c t r o d ew i t ht h es a a n dp pa sd u a l - t e m p l a t e s ， a d j u s t i n gt h er a t i ob e t w e e nt h et e m p l a t em o l e c u l e si no r d e rt od e v e l o pm u l t i - t e m p l a t e sm i p s s e n s o rw h i c hc a ni n v e s t i g a t et h ec o n t e n to fs aa n dp pt o g e t h e r a st h er a t i oo fs at op pi 1 1 t h em i p sw a s3 ：1 ，t h ep e a ks h a p ea n dr e s o l u t i o nw e r et h eb e s t a st h ei n c u b a t i o nt i m eo f7 r a i n , t h ep e a kc u r r e n t sw e r ep r o p o r t i o n a lt ot h ec o n c e n t r a t i o no fs ai n t h er a n g ef r o m 1 o x l o 弓t o3 6 x 1 0 4m o l lw i t had e t e c t i o nl i m i to f5 0 x 1 0 由m o l l ( s n = 3 ) a n dt h ep e a k c u r r e n t sw e r ep r o p o r t i o n a lt ot h ec o n c e n t r a t i o no fp pi nt h er a n g ef r o m1 0 10 。t o1 2xlo m o l lw i t had e t e c t i o nl i m i to f1 0 x1 0 0m o 儿t h er s do fp e a kc u r r e n t sw e r e2 4 a n d2 6 r e s p e c t i v e l y 伍= 5 ) 1 1 l em i p ss e n s o r sh a db e e nu s e dt od e t e r m i n es aa n dp p i nc o s m e t i c s a m p l es i m u l t a n e o u s l yw i t hr e c o v e r i e sb e t w e e n9 9 2 a n d10 4 8 b a s e do nm u l t i t e m p l a t e sm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dt e c h n i c ，b ya d j u s t i n gt h er a t i ob e t w e e n t h et e m p l a t em o l e c u l e s ，am i p ss e n s o rw a sd e v e l o p e dt od e t e r m i n et h et o t a lc o n t e n to fa g r o u po fh o m o l o g o u sc o m p o u n d sa sw e l la st a r g e tc o m p o u n d sw i t hd i f f e r e n ts o r ta tt h es a m e t i m e t h i sm i p ss e n s o rw a ss i m p l e rt oc o n s t r u c ta n do p e r a t e ，a n dp r o v i d e da na d e q u a t e s e n s i t i v i t y 。g o o dr e p e a t a b i l i t ya n da c c e p t a b l es e l e c t i v i t y k e y w o r d s ：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 sm e m b r a n e ；e l e c t r o c h e m i c a l s e n s o r ； d u a l t e m p l a t e s ；p a r a b e n s ；s a l i c y l i ca c i d ；s q u a r ew a v ev o l t a m m e t r y i v 1 3 5 引发方式的选择5 1 3 6 模板分子的去除5 1 4 分子印迹聚合物的表征6 1 5 分子印迹技术在化学仿生传感器领域的应用6 1 6 分子印迹电化学传感器的制备方法8 1 6 1 自组装法8 1 6 2 电聚合法8 1 6 3 涂附分子印迹聚合物法9 1 6 4 原位聚合法9 1 6 5 溶胶凝胶法9 1 7 现存问题及发展趋势9 1 8 本课题目的和意义1 0 第二章双模板分子印迹聚合物膜电化学传感器的研制1 3 2 1 引言13 2 2 实验部分1 4 2 2 1 主要试剂。1 4 2 2 2 仪器。j 15 2 2 3 样品处理15 2 2 4m i p s 传感器的研制。15 2 2 5 检测条件1 5 2 3 结果与讨论1 6 2 3 1 双模板m i p s 传感器的制备1 6 2 3 1 1 功能单体与双模板分子间的作用机理1 6 2 3 1 2 尼泊金酯在裸电极上的电化学氧化特性1 7 2 3 1 3 印迹膜中双模板分子比例的优化1 7 2 3 1 4m i p s 传感器的评价1 8 2 3 2 双模板m i p s 传感器的分析特性19 2 3 2 1 响应时间19 2 3 2 2 线性范围与检出限1 9 2 3 2 3 选择性试验2 0 2 3 2 4 重现性与稳定性2 2 2 3 2 5 样品分析及回收率实验2 3 目录 2 4 j 、1 2 ；2 3 第三章水杨酸分子印迹电化学传感器的研制2 5 3 1 引言2 5 3 2 实验部分2 5 3 2 1 主要试剂2 5 3 2 2 仪器2 5 3 2 3 样品处理2 6 3 2 4m i p s 传感器的研制。2 6 3 2 5 检测条件2 6 3 3 结果与讨论2 7 3 3 1 功能单体与模板分子间的作用机理2 7 3 3 2 制备条件的优化2 7 3 3 3 缓冲溶液及其p h 的选择2 8 3 3 4 水杨酸在m i p s 传感器上的响应2 9 3 3 5 模板分子的脱除2 9 3 3 6m i p s 传感器的分析特性2 9 3 3 6 1m i p s 传感器的响应时间2 9 3 3 6 2 线性范围与检出限3 0 3 3 6 3 选择性实验与m i p s 传感器的重现性3 1 3 3 6 4 样品分析及回收率实验3 1 3 4 小结31 第四章水杨酸和对羟基苯甲酸丙酯双模板分子印迹电化学传感器的研制3 3 4 1 引言3 3 4 2 实验部分3 3 4 2 1 主要试剂3 3 4 2 2 仪器3 4 4 2 3 样品处理3 4 4 2 4m i p s 传感器的研制3 4 4 2 5 检测条件3 4 4 3 结果与讨论。3 5 4 3 1 功能单体与模板分子间的作用机理。3 5 4 3 2 缓冲溶液及其p h 的选择3 5 4 3 3 印迹膜中两种模板分子比例的选择3 6 4 3 4 双模板m i p s 传感器的分析特性3 6 4 3 4 1 响应时间3 6 4 3 4 2 线性范围与检出限3 7 4 3 4 3 重现性与稳定性3 7 4 3 4 4 样品分析及回收率实验3 8 4 4 ，j 、1 2 ；3 9 致谢4 0 参考文献4 1 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文4 6 l i 第一章绪论 1 1 分子印迹技术的起源与概况 第一章绪论 分子印迹技术又称分子烙印技术( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gt e c h n i q u e ，m i t ) ，是制备对 特定目标分子( 模板分子印迹分子) 具有特异识别选择性的高分子印迹聚合物 ( 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 s ) 的技术。 分子印迹技术起源于免疫学，早在2 0 世纪3 0 年代，b r e i r d 、h a u r o w i t s 和m u d d 就 相继提出：生物体被抗原入侵时会产生相应的抗体。该理论后来由诺贝尔获奖者p a u l i n g 做了进一步阐述【1 1 。虽然之后出现的“克隆选择理论否定了该学说，但它却为分子印 迹理论的产生奠定了基础。从那时起科学家们就对生物分子天然识别的模拟研究产生了 浓厚兴趣，并对分子印迹进行了各种尝试。1 9 4 9 年d i c k c y 首次用染料在硅胶上进行了 印迹实验并提出“专一性吸附 这一概念，但直到2 0 世纪7 0 年代，人们才在聚合物上 成功地实现了印迹【2 】。1 9 7 2 年w u l f f 研究小组首次成功采用分子印迹技术制备出聚合物， 是分子印迹聚合物的最早应用，使这方面的研究产生了突破性的进展【3 】。8 0 年代后非共 价型模板聚合物研究得到进一步发展。1 9 9 3 年，m o s b a c h 4 1 等人在n a t u r e ) ) 上发表了 一篇有关以茶碱为模板的印迹聚合物受体的论文，引起了人们的兴趣，使分子印迹聚合 物在色谱固相分离、人工合成抗体、生物传感器等方面有了新的发展。自此，分子印迹 技术成为生物学和化学交叉领域之一，被世界注目并得到了迅速发展。目前分子印迹技 术己逐渐趋于成熟，有关分子印迹技术理论、分子印迹材料的合成及应用的论文发表数 目逐年增加( 图1 1 ) 。全世界至少有十多个国家、一百个以上的学术机构和企事业团体在 从事对m i p s 的研究和开发工作1 5 j 。 图1 - 1s c i f i n d e r 关于m i p s 近1 5 年的文献数量 f i g 1 1n u m b e ro fp u b l i c a t i o n si nr e c e n t15y e a r su s i n gt h e s e a r c he n g i n es c i f i n d e rw i t ht h ek e y w o r d p h a s e “m o l e c u l a ri m p r i n t e dp o l y m e r s ”( u pt o2 010n o v 11 ) 1 2 分子印迹技术的原理以及分类 分子印迹技术的基本原理：以目标化合物为模板，在适当介质中，模板分子与功能 单体混合，通过共价或分子间作用力使单体在模板分子周围作一定取向并排列形成分子 o o o o o 神 量暑专卫五足-o k 毒e = z 江南大学硕士学位论文 聚集体，再进行交联固定，形成聚合物的模型；当模板分子被脱除以后，在聚合物模型 中形成与模板分子空间结构互补的特异性识别位点，进而对模板分子进行特异性选择结 合。通常，合成分子印迹聚合物包含三个步骤：( 1 ) 模板分子和功能单体两者间的预组装， ( 2 ) 加入交联剂进行聚合反应，( 3 ) 洗脱模板分子。所合成的分子印迹聚合物可以在苛刻 的物理环境下长时间保持性能的稳定而不改变其对模板分子的特异选择吸附的功能【6 j 。 图1 - 2 为分子印迹技术的基本原理。 + ，f 删 一v 繁警矿 ”一 一 + t 图1 - 2 分子印迹聚合物的制备原理 f i g 1 - 2 p r e p a r a t i o no fm 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 s 合成方法依据模板分子与功能单体之间的作用力不同可以分为三类： ( 1 ) 共价印迹法，也称为预组装法，首先由德国教授w u l f f 于1 9 9 5 年提出【川。在该 方法中，模板分子与功能单体之间通过形成硼酸酯、席夫氏碱、缩醛、酯或螯合物实现 连结，需专一试剂处理或通过水解将此共价键破坏才能除去模板。通过共价印迹法制得 的加合物较稳定，模板分子与功能单体之间存在的当量关系使分子印迹过程明确清晰， 选择性也相对较好。但可采用的可逆共价联结体系的数目有限；合成困难且不经济；某 些情况下，会因洗脱模板分子时的剧烈工作条件而使印迹效果变差；因为涉及到键的形 成和断裂问题，印迹分子的结合和释出速度都较慢。 ( 2 ) 非共价印迹法，也称为自组装法，由瑞典教授m o s b a c h t 8 】于1 9 9 4 年首先提出。 在该方法中，模板分子与功能单体间通过离子交换、范德华力、氢键、金属离子螯合作 用、疏水作用、静电引力和空间位阻效应等非共价键作用力结合形成了一类结构明确、 性能稳定、具有某种特定功能的超分子结构。由于该分子识别作用是通过多重作用位点 实现的，故而具有立体效应。尽管共价印迹法有着键合点更均匀的优点，但非共价印迹 法适用性更广泛，其不仅有较多的可应用基团，选择性和亲和性较高，且操作简单。因 此，在实际制各m i p s 过程中较多选择采用非共价法。这种方法广泛应用于各种小分子 和大分子尤其是蛋白质的印迹。但因该印迹法在合成过程中需引入过量的功能单体以保 证印迹效果，故而可能产生较强的非特异性吸附问题。 ( 3 ) 半共价印迹法，又被称为“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 ) ，是由w h i t c o m b e 教授【9 】针对共价印迹和非公价印迹的缺点于1 9 9 5 年提出并发展起来的一种方法。该方法 2 占 飞 ， 一 “ 第一苹绪论 的特点是将分子预组装和分子自组装相结合，这样既可以克服共价印迹法洗脱困难的问 题，又可以减少非共价印迹法带来的分子印迹聚合物的非特异性吸附。 1 3 分子印迹聚合物的制备及原料选择 分子印迹聚合物之所以能够选择性的识别模板分子或其类似物，主要是因为在脱除 聚合物中的模板分子后，高度交联的聚合物中保留下了空间大小和构型都与模板分子相 匹配的具有多重作用位点的“空穴。因此，在制备分子印迹膜时，选择合适的功能单 体、交联剂、溶剂、聚合条件、洗脱条件和制备方法是获得良好专一分子识别能力的关 键。 1 3 1 确定模板分子 模板分子在分子印迹过程中起到了至关重要的作用，它决定了分子印迹过程中所采 用的功能单体的类型。分子中含有强极性基团的化合物能够制备得到高效能的分子印迹 聚合物，因此，在分子印迹中，模板分子一般应具有与适当的功能单体发生作用的官能 团，如羟基、羧基、氨基等，且所含的官能团越多，作用位点越多，选择性越好。目前 模板分子的研究很广泛，主要有碳水化合物、氨基酸及其衍生物、核酸及其衍生物、生 物碱、蛋白质、有机胺类、羧酸类、甾类、药物乃至金属离子等。一些生物大分子：如 肽，也可以作为模板分子制备出印迹聚合物，但由于生物大分子大都是水溶性的，要找 到既能溶于水又能与生物大分子互溶的单体和交联剂不容易，且生物大分子结构柔软和 构象多变，这些都限制了生物大分子印迹技术的进展。 。目前，人们大多致力于研究将分子印迹材料与其它检测技术相结合，以期利用分子 印迹技术改善现有检测手段的选择性。为了实现对某种特定目标化合物的特异选择性， 一般选用目标分子作为模板分子，制成的单模板分子印迹体系对目标分析物有较好的选 择识别性。随着研究的深入，发现选用单一化合物作为模板分子制备得到的分子印迹聚 合物材料不仅对该单一化合物有识别性，同时对与其结构相差较小的类似物有一定的识 别能力。正是由于这些特点，其在某些特殊领域具有一定的应用价值，如m i p s 固相萃 取若能够对某一类物质进行识别，即可达到对样品的净化与富集作用。同时，这种交叉 选择能够拓宽模板分子的选择，例如，可以用一种价廉易得且结构上与模板分子相似的 化合物作为名义上的模板分子( 又称假模板分子) ，所制得的分子印迹聚合物对目标分 子也有较好的分子识别能力。这种采用假模板分子制作分子印迹聚合物的方法，对检测 那些难以得到纯品、价格昂贵、性质不稳定或本身含有双键的化合物非常适用l 此外， 利用混合模板分子制备分子印迹聚合物的方法可实现对某类结构相似物的同时检测。 1 3 2 功能单体的选择 功能单体的选择主要由模板分子决定，功能单体既要能和印迹分子结合又要能和交 联剂共聚，在模板分子洗脱后，能在分子印迹聚合物特异性选择空腔中留下作用位点。 在分子印迹技术中，功能单体的选择是至关重要的。首先功能单体必须能与模板分子成 键，而且二者的相互作用力要适中，因为结合力过小则印迹孑l 穴对模板分子的选择效率 江南大学硕士学位论文 不高，结合力也不是越大越好，过大则难以完全除去模扳分子，另一方面，在合成过程 中，功能单体要能够与交联剂分子具有很好的共聚性能，两者应处于合适的位置，使模 板分子能够恰好镶嵌其中。如果交联剂发生自聚则合成的聚合物不具有识别基团，从而 对印迹分子没有选择识别作用，若功能单体本身发生自聚将不能形成具有一定交联密度 和刚性强度的聚合物，因此，只有功能单体和交联剂反应形成的共聚体才有可能制备出 具有分子识别特性的印迹聚合物。 在非共价键分子印迹聚合物制备过程中，功能单体与模板分子之间主要是靠氢键、 静电作用、离子作用、金属离子螯合作用、范德华力和空间位阻效应等作用相结合。常 用的非共价键功能单体主要可分为酸性功能单体、碱性功能单体和中性功能单体( 见表 1 1 ) 。目前，甲基丙烯酸( m a h ) 和乙烯基吡啶是应用最广泛的两种功能单体，分别适 用于结构中含有胺基和羧基的印迹分子。在印迹过程中，印迹分子中的官能团与功能单 体间通过氢键或静电作用等非共价形式形成加合物，聚合并脱除印迹分子后，在印迹聚 合物膜中所留下的结合位点对印迹分子有选择识别性。功能单体用量也会影响m l p s 的 识别性能，过少不足以形成有效的结合位点，过多则会增加m i p s 对印迹分子的非特异 性吸附。 表1 - 1 常见功能单体 t a b 1 1c h e m i c a ls t r u c t u r eo ff u n c t i o n a lm o n o m e r s 1 3 3 交联剂的选择 交联剂的用量及种类与分子印迹聚合物的刚性有密切的关系，影响着聚合物孔穴的 形状及功能单体基团排列的稳定性。 在制备印迹聚合物过程中交联剂的种类和用量影响着聚合物的孔穴形状、印迹位点 的稳定性及聚合物的机械性能。交联剂必须使模板分子、功能单体聚集体交联聚合并形 成具有特定空间构型的稳定且具有刚性的空穴，通常为了达到这一目的，采用相对大量 的交联剂参与聚合反应。而为了保证把模板分子能够从印迹空穴中脱除，分子识别过程 中目标分子能够扩散进入印迹空穴，还必须保证交联后的聚合物具有一定的柔性，因此， 在制备m i p s 时，需要的交联度一般为7 0