（无机化学专业论文）分子印迹聚合物微球的制备及特性评价.pdf

分子印迹聚合物微球的制备及特性评i 价i i l l i l i l i i l i i i 1 i i i i n v v i l i i i - l i i l u l i i i i l l 7 i i h i 摘要 分子印迹技术是指为获得在空间结构和结合位点上某一分子( 模板分子) 完全匹配的 聚合物的试验制备技术。由于分子印迹聚合物具有预定性、识别性和实用性等特点，使 其在分离、固相萃取、膜分离、传感器等领域显示出广泛的应用前景。目前，有关分子 印迹技术在药学领域的应用半数以上涉及手性药物的分离和分析，而其在中药活性成分 的分离纯化中的应用还不是很多。本文首次以白藜芦醇、大黄酸为模板分子，采用单步 溶胀聚合法在n ，n 二甲基甲酰胺中制备了核桃式分子印迹聚合物微球，并通过紫外光 谱、红外光谱、电子扫描电镜对合成的印迹聚合物的表面形态和吸附特性进行表征： ( 1 ) 以聚苯乙烯微球为种球，采用合适的溶胀及聚合工艺，通过单步溶胀聚合法在 水相中以极性溶剂为溶剂制备出5 岬左右粒径均匀、分散性好的核桃式白藜芦醇的分 子印迹聚合物微球，通过扫描电镜研究了溶剂种类、溶胀时间、交联剂用量等对微球形 态的影响。通过红外光谱进行功能单体和交联剂的共聚情况分析。 ( 2 ) 以白藜芦醇为模板分子，d m f 为溶剂，通过单步溶胀发制备粒径均匀的微米级 核桃式分子印迹聚合物微球。研究了核桃式微球的最佳制备方法，通过s c a t c h a r d 分析 研究了模板聚合物的结合特性；研究模板聚合物的结合动力学。结果表明：所合成的表 面凹槽增加了微球比表面积和结合位点，有效的提高了与白藜芦醇的结合速率和“印迹” 容量。在动力学吸附实验中，分子印迹聚合物微球对白藜芦醇的吸附3 0m i n 几乎达到 平衡。在选择性吸附测试中，分离因子为1 7 4 。s c a t c h a r d 分析表明，m i p m s 在识别白 藜芦醇时存在一类等价结合位点，其平衡离解常数k d = 4 7 5 0m m o l l ，最大表观结合量 q m a x = 9 5 4 3 5o m n o l g 。 ( 3 ) 以大黄酸为模板分子，m a a 为功能单体，成功制备了核桃式分子印迹聚合物微 球，研究大黄酸分子印迹聚合物微球的结合特性。研究结果表明，在核桃式的分子印 迹聚合物微球中，底物比较容易与结合点接近，吸附速度较快，6 0r a i n 左右即可达到吸 附平衡。同时l a n g m u i r 等温吸附分析显示，平衡离解常数k 为0 1 6 3 7l 1 u n o l ，最大表 观结合量q m a x 为1 0 3 4 1g m o l g 。以大黄素为竞争底物时，分离因子a = 1 6 4 。 关键词：分子印迹，分子印迹聚合物微球，白藜芦醇，大黄酸，表征 p 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 fm o i e c u i a r i y i m p r i n t e dp o l y m e r i cm i c r o s p h e r e s 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 sat e c h n i q u ef o rt h ep r e p a r a t i o no fs y n t h e t i c p o l y m e r sw i t l l p r e d e t e r m i n e ds e l e c t i v i t yf o rad e s i r e dt e m p l a t e t h er i 西df e a t u r eo ft h ep o l y m e rn e t w o r ki s r e f l e c t e di nh i g hc h e m i c a l ，m e c h a n i c a l ，a n dt h e r m a ls t a b i l i t y t h ep o l y m e r ss h o wa l o n gs h e l f l i f ea n dc a l lb er e g e n e r a t e da f t e ru s e d u et om e i rf a v o r a b l em o l e c u l a rr e c o g n i t i o nc a p a b i l i t y a n ds t a b i l i t y , p o t e n t i a la p p l i c a t i o n so fm i p sh a v eb e e ni n v e s t i g a t e di nb r o a da r e a s ，s u c ha s s e p a r a t i o n , s o l i d - p h a s ee x t r a c t i o n , m e m b r a n es e p a r a t i o n , s e n s o r s ，e ta 1 a tp r e s e n t ，t h em 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 yi nt h ep h a r m a c yl i t e r a t u r ei nt h ef i e l dm o r et h a nh a l fr e l a t e dt o t h es e p a r a t i o no fc h i r a ld r u g sa n da n a l y s i s ，a n d l c i ra c t i v ec o m p o n e n t si nc h i n e s em e d i c i n e i s o l a t i o na n dp u r i f i c a t i o no f a p p l i c a t i o na r en o tm a n y i nt h i s s t u d y , r e s v e r a t r o la n dp h e i nw e r ef i r s t l yc h o s e na st e m p l a t em o l e c u l e ，t h e s i n g l e - s t e ps w e l l i n ga n dp o l y m e r i z a t i o nw a sd e v e l o p e dt os y n t h e s i z em i p m si np o l a rs o l v e n t h e r e ，t h eu n i q u ec o n c a v e - d i p r e s s i o ns p a t i a ls t r u c t u r eh a ss u c c e s s f u l l yb e e np r e p a r e du s i n g d m fa st h es o l v e n t t h es u r f a c em o r p h o l o g yo ft h em i p m sw a sc h a r a c t e r i z e db ys c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p e t h ea d s o r p t i o na n dc o m b i n ep r o p e r t i e sw e r ec h a r a c t e r i z e db y ta n d u v ： ( 1 ) u s i n g t h e p o l y s t y r e n ep a r t i c l e s a ss e e d s ，a d o p t i n g a p p r o p r i a t es w e l l i n g a n d p o l y m e r i z a t i o nt e c h n i q u e s ，m o n o d i s p e r s em i p m s w e r ep r e p a r e ds u c c e s s f u l l yb yas i n g l e - s t e p s w e l l i n ga n dp o l y m e r i z a t i o nm e t h o d ，t h em i c r o s p h e r e sw e r eu n i f o r ma n dh a dg o o d d i s p e r s i b i l i t yw i m5p a ni nd i a m e t e r i tw a se x c i t e dt of i n dt h a tt h eo b t a i n e dm i c r o s p h e r e sh a d l o t so fc o n c a v e - d i p r e s s i o no rc r a c k s t h ef a c t o r sa f f e c t i n gp a r t i c l es i z ea n dm o r p h o l o g yo f m i p m sw e r es t u d i e d i tw a sf o u n dt h a tt h ed i f f e r e n tc o s s l i n k e rd o s a g ep l a y e dv i t a lr o l eo nt h e p a r t i c l es i z eo fm i p m s i tw a sa l s of o u n dt h a tt h es o l v e n ta n dt h es w e l l i n gt i m ep l a y e dv i t a l r o l eo nt h em o r p h o l o g yo fm i p m s f u n c t i o n a lm o n o m e ra n dc r o s s l i n k e rw o r ei n i t i a t e da n d c o p o l y m e r i z e dt of o r mm i p m sb yi rs p e c t r u m ( 2 ) r e s v e r a t r o la st e m p l a t em o l u c u l a r , d l v i fa ss o l v e n t ，m i p m sw i t hd i a m e t e r so f m i c r o m e t e rw e r ep r e p a r e db yas i n g l e - s t e ps w e l l i n ga n dp o l y m e r i z a t i o nm e t h o d s t u d i e dt h e b e s tw a l n u tb e a dp r e p a r a t i o nm e t h o d ，t h es e l e c t i v eb i n d i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h et e m p l a t e i i p o l y m e rw e r ee v a l u a t e db ys c a t c h a r da n a l y s i s ，s t u d yo nt h ec o m b i n a t i o no ft e m p l a t ep o l y m e r d y n a m i c s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h eg r o o v es u r f a c eo fs y n t h e t i cm i c r o s p h e r e si n c r e a s e d s u r f a c ea r e aa n db i n d i n gs i t e s ，e f f e c t i v e l yr a i s i n gt h er a t ew i t l lt h ec o m b i n a t i o no fr e s v e r a t r o l a n d “i m p r i n t e dc a p a c i t y a f t e r3 0m i n ，t h ea d s o r p t i o na l m o s tr e a c h e de q u i l i b r i u m ，i n d i c a t i n g t h a tt h ei m p r i n t e dc a v i t i e sw e r es a t u r a t e d 、砘mt h et e m p l a t em o l e c u l e s t h e s e p a r a t i o nf a c t o ra w a s1 7 4i n d i c a t e dt h em i p m se x h i b i t e d s p e c i f i cs e l e c t i v i t yf o rr e s v e r a t r 0 1 s c a t c h a r d a n a l y s i ss h o w st h a tt h eb i n d i n gs i t e so fe q u a lc l a s sa r ef o r m e di n t h em i p m s ，a n dt h e d i s s o c i a t i o nc o n s t a n tk da n dm a x i m u ma p p a r e n ta d s o r p t i o nq u a n t i t yq m a xo ft h e s eb i n d i n g s i t e sa r e4 7 5 0m m o l la n d9 5 4 3 5i t m o l g ，r e s p e c t i v e l y ( 3 ) m i p m sa r er e a d i l yo b t a i n e dv i at h es i n g l e - s t e ps w e l l i n ga n dp o l y m e r i z a t i o nu s i n g d m fa ss o l v e n t ，m a aa sf u n c t i o n a lm o n o m e r t h ep r e p a r a t i o n p r o c e s sw a se a s i l yc a r r i e do u t a n dt o o kl i t t l et i m ec o m p a r e dw i t ho t h e rt r a d i t i o n a lp o l y m e r i z a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e p o r o u sm i p m s h a v eah i g ha d s o r p t i o nr a t ef o rt e m p l a t em o l e c u l e sb e c a u s et h e i rb i n d i n gs i t e s c a nb ea c c e s s e dm o r ee a s i l y t h ea d s o r p t i o nk i n e t i c sw a ss h o w nt h a tt h eqa l m o s tr e a c h e d e q u i l i b r i u ma f t e r6 0m i n t h es a t u r a t e db i n d i n gc a p a c i t i e sg 掰o b t a i n e df o rp h e i n m i p m s w a s1 0 3 4 1i lm o l g t h ev a l u eo fkw a s0 1 6 3 7l pm o li nl a n g r n u i ra d s o r p t i o na n a l y s i s t h em i p m se x h i b i tg o o dr e c o g n i t i o np r o p e r t i e sf o r t h ep h e i n t h es e p a r a t i o nf a c t o rq = 1 6 4 k e yw o r d s ：m o l e c u l a ri m p r i n t i n g ，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 m i c r o s p h e r e s ，r e s v e r a t r o l ，p h e i n ，c h a r a c t e r i z a t i o n i i i 目录 摘j i l 兽i a b s t r a c t i i 目蜀匙 第一章绪论l 1 1 分子印迹技术发展简介1 1 2 分子印迹技术的原理和方法2 1 2 1 分子印迹技术的原理。2 1 2 2 分子印迹技术的方法一3 1 3 分子印迹聚合物的制备4 1 3 1 溶剂的选择。5 1 3 2 交联剂的选择5 1 3 3 功能单体的选择6 1 - 3 4 引发剂和引发方式。7 1 3 5 模板分子的选择8 1 4 分子印迹聚合物的制备方法8 1 4 1 本体聚合法8 1 4 2 原位聚合法。9 1 4 3 悬浮聚合法9 1 4 4 乳液聚合法1o 1 4 5 沉淀聚合法1 0 1 4 6 种子溶胀聚合法1 0 1 4 7 表面印迹法1 2 1 5 分子印迹聚合物的识别性能表征1 3 1 5 1 傅里叶交换红外光谱或核磁共振法13 1 5 2 高效液相色谱法1 3 1 5 3 电势测定法1 3 1 6 分子印迹聚合物的应用1 4 1 6 1 用于药物分析与分离1 4 1 6 2 用于周相萃取剂1 5 1 6 3 用于仿生传感器方面l6 1 6 4 用于酶催化方面1 6 1 7 问题与展望1 7 i v 1 8 课题的研究背景和意义1 7 第二章分子印迹聚合物微球在极性溶剂中的制备1 8 2 1 前言1 8 2 2 实验部分l8 2 2 1 主要仪器和试剂1 8 2 2 2 苯乙烯微球的制备1 9 2 2 3 分子印迹微球的制备1 9 2 2 4 分析与表征1 9 2 3 结果与讨论1 9 2 3 1 苯乙烯微球的制备一1 9 2 3 2 种子溶胀机理2 0 2 3 3 分子印迹聚合物微球的制备2 l 2 3 4 影响分予印迹聚合物微球形态的因素2 2 2 3 5 红外光谱分析2 6 2 4 本章小结2 8 第三章白藜芦醇分子印迹聚合物微球制备及吸附特性2 9 3 1 前言一2 9 3 2 实验部分2 9 3 2 1 试剂与仪器2 9 3 2 2 单分散微米级聚苯乙烯微球的制备3 0 3 2 3 分子印迹聚合物及非印迹聚合物微球的制备3 0 3 2 4 分析与表征3 0 3 2 5 白藜芦醇标准曲线的绘制3 1 3 2 6 虎杖甙标准曲线的绘制3 1 3 2 7 测定分子印迹聚合物微球吸附动力学3 1 3 2 8 测定分子印迹聚合物的吸附性能和识别性能3 2 3 3 结果与讨论3 2 3 3 1 白藜芦醇标准曲线的建立3 2 3 3 2 虎杖甙标准曲线的建立3 3 3 3 3 白藜芦醇与功能单体的结合机理分析3 3 3 3 4 核桃式分子印迹聚合物微球的制备3 6 3 3 5m i p m s 对白藜芦醇的吸附动力学3 6 3 3 6m i p m s 的结合特性3 7 3 3 7m i p m s 的选择性吸附3 8 v 3 4 本章小结3 9 第四章大黄酸分子印迹聚合物的制备及特性表征4 0 4 1 前言4 0 4 2 实验部分4 0 4 2 1 试剂及主要仪器4 1 4 2 2 单分散微米级聚苯乙烯微球的制备4 1 4 2 3 分子印迹聚合物及非印迹聚合物微球的制备4 1 4 2 4 大黄酸标准曲线的绘制4 2 4 2 5 大黄素标准曲线的绘制4 2 4 2 6 紫外光谱分析4 2 4 2 7 分析与表征一4 3 4 2 8 测定分子印迹聚合物微球吸附性能4 3 4 3 结果与讨论4 3 4 3 1 大黄酸标准曲线的建立4 3 4 3 2 大黄素标准曲线的建立4 3 4 3 3 大黄酸与a 甲基丙烯酸的作用预测4 4 4 3 4 核桃式分子印迹聚合物微球的制备4 6 4 3 5m i p m s 对大黄酸的吸附动力学4 7 4 3 6m i p m s 的结合特性4 8 4 3 7m i p m s 的选择性吸附5 0 4 4 本章小结51 参考文献。5 2 致谢6 0 个人简历6 1 v i 分子印迹聚合物微球的制备及特性评价 第一章绪论 1 1 分子印迹技术发展简介 分子识别就是指在复杂的混合体系中，依靠具有形状、大小和化学功能与客体分子 互补的主体分子对客体分子的选择结合，具有选择性。在自然界的生物进化过程中，分 子识别不仅普遍存在，而且常常起到决定性的作用。它是从分子水平研究诸如酶反应、 信息传递等生物现象的重要的化学概念，己成为当前研究的热点【”】。分子结构上的细 微差别可以决定某个生物化学反应能否顺利进行，如生物体系中的抗体对抗原、受体对 激素、酶对底物具有特异的分子识别性能，从而决定生物怎样生长。一些天然化合物虽 然不具有酶的活性，但在化学结合中也有选择性的特点，如由糖链组成的环状分子环糊 精等。尽管这些天然的化合物具有优异的分子识别性能，但这些生物分子却存在制取复 杂、稳定性差、存储和操作不便、成本高且品种少、可设计性差等许多缺点，因此在实 际应用中受到了一定的限制。以致长期以来，化学工作者们开始尝试通过化学模拟具有 类似于天然生物分子的活性和分子识别性能的化合物的合成研究。在这些研究中，分子 印迹技术以其研究设备简单，成本低，稳定性好，使用寿命长，具有选择性等优点，成 为研究的热点之一。 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 i q u e ，m i t ) 是制备对特定目标分子( 也称模 板分子或印迹分子) 具有特异预定选择性的高分子化合物分子印迹聚合物( m o l e c u l a r i m p r i n t e dp o l y m e r s ，m i p s ) 的实验制备技术。目前，m i p s 在分离、固相萃取、生物传感 器、生物催化等 4 - 1 0 】方面显示出广泛的应用前景，成为新世纪最具潜力的新材料之一。 在上个世纪4 0 年代，著名诺贝尔奖获得者p a u l i n g t l l 】就提出了利用抗原形成学说， 要点是抗体在形成时其三维结构会尽可能地同抗原形成多重作用位点，抗原作为一种模 板就会“铸造”在抗体的结合部位。1 9 4 9 年d i c k e y t l 2 】首次提出了“分子印迹”的概念，并成 功地将甲基橙或乙基橙印迹在硅胶表面上，但在很长的一段时间内没有引起人们的重 视。直到19 7 2 年，德国h e i n r i c h h e i n e 大学w u l 1 3 】研究组首次报道了人工合成分子印 迹聚合物后才被人们广泛关注。但是由于其研究主要集中在共价型模板聚合物上，且其 应用仅限于催化领域，在分子识别领域的应用没有展开。直到1 9 9 3 年瑞典l u r i d 大学的 m o s b a c hk 等【1 4 j 在n a t u r e 上发表了有关茶碱的分子印迹聚合物的研究报道后，分子印迹 技术便成为国内外的研究热点。 为此，1 9 9 7 年在瑞典成立了分子印迹学会( s m i ) ，目前已有数百名会员。现在全世 界至少有1 0 0 个以上的学术机构和企事业团体在从事m i t 的研究与开发工作，它们主 要是美国、瑞典、德国、日本、英国等，我国从1 9 9 6 年也开始了对m h 的研究，国内 的研究单位主要有中科院大连化学物理研究所、兰州化学物理研究所、南开大学、北京 青海师范大学硕士学位论文 大学、吉林大学等研究院所和高等学校，并取得了一定的成就。 m i p s 的分子识别机理和天然的生物分子识别系统如抗原和抗体、酶和底物、受 体与激素一十分相似。而且m i p s 制备过程简单，稳定性高，抗恶劣环境能力强，使用 寿命长。此外，最重要的一点就是，对于指定的某些小分子如药物来说，要获得合适的 生物识别分子十分困难，但m i p s 可以“量身定做”。理论上，对任何一个小分子均可制 备相应的印迹聚合物。 m 1 1 r 之所以能迅速发展，主要是因为它具有三大特点：预定性、识别性、实用性。 预定性是指人们可以根据不同的目的制备不同的m i p s ，以满足各种不同的需要；识别 性是因为m i p s 是按照模板分子的结构定做的，它具有能识别该模板分子的空腔结构和 识别位点；实用性表现在其制备简单、成本低廉、机械稳定性和化学稳定性好等方面。 1 2 分子印迹技术的原理和方法 1 2 1 分子印迹技术的原理 臼) 础 - - 一 口 一， 聚 图1 - 1 分子印迹示意图 f i g 1 - 1s c h e m a t i cd i a g r a mo f t h ep r i n c i p l eo f m o l e c u l a ri m p r i n t i n g m i p s 一般包括以下三个步骤( 如图1 - 1 ) - ( 1 ) 在一定溶剂( 也称致孔剂) 中，模板分子 ( t e m p l a t em o l e c u l e ) 与功能单体( f u n c t i o n a lm o n o m e r ) 依靠共价或非共价作用形成主客体 2 分子印迹聚合物微球的制备及特性评价 配合物( h o s t g u e s tc o m p l e x ) ( 2 ) 加入交联剂( c r o s s l i n k e r ) ，在热引发或光引发下，在模 板分子一功能单体配合物周围产生聚合反应，聚合物链通过自由基聚合将模板分子和单 体的配合物“捕获”到聚合物的刚性结构中；( 3 ) 用一定的溶剂洗去模板分子，即将聚合物 中的模板分子洗脱或解离，这样在聚合物中便留下了与模板分子的大小和形状相匹配、 结合基团在排列上互补的“立体孔穴”，m i p s 就是基于这些空穴对模板分子进行识别的， 使得m i p s 可以选择性地重新与印迹分子结合，即对模板分子具有专一性识别作用 1 5 , 1 6 】。 1 2 2 分子印迹技术的方法 根据模板分子同功能单体之间作用形式的不同，m i p s 的制备过程可以分为共价键 ( 预组织法) 、非共价键( 自组装法) 、自组装和预组织相结合法、金属离子络合法和固定 模板法五种类型。 1 2 2 1 预组织法 预组织法( p r e - o r g a n i z c da p p r o a c h ) 又称共价法，是由德国的w u l f fg 教授及其同事【3 】 首先提出的。在预组织法的制备中，印迹分子与功能单体以可逆共价键结合，如硼酸酯、 席夫碱、缩醛( 酮) 、酯和鳌合物等【1 7 。2 0 1 形成模板单体复合物，再与交联剂共聚得到高 分子聚合物后，利用化学方法使共价键断裂以除去模板分子，从而得到m i p s 。该法获 得的m i p s 可以利用共价作用识别模板分子。 目前使用的共价结合作用的物质中最具有代表性的是硼酸酯，硼酸基能够与二醇类 化合物形成稳定而可逆的三角形硼酸酯【2 1 1 ，在碱性溶液或含氮的碱中则生成四边形的硼 酸酯。目前，通过预组织法已经合成各种具有特异识别性的m i p s ，如甘油酸及其衍生 物、氨基酸及其衍生物、糖类及其衍生物、二醛、三醛、芳香酮、铁转移蛋白及甾类等 化合物【2 2 。2 6 1 。 预组织法能获得在空间上精确排列的结合基团，即m i p s 的识别位点均匀，选择性 高，但由于共价键作用普遍较强，模板分子不易于洗脱，同时可以印迹的模板分子也有 限，在模板预组装或识别过程中，模板分子的结合和解离速度普遍较慢，不适于快速的 识别。其识别机理与生物识别相差甚远。因此这一方法发展缓慢。 1 2 2 2 自组装法 自组装法( s e l f - a s s e m b l ya p p r o a c h ) 又称非共价法，是由瑞典的m o s b a c h 及其同事1 1 4 j 提出的。m i p s 与模板分子之间最常用的结合作用是非共价键作用。把能发生非共价作 用( 氢键、静电作用力( 离子交换) 、离子键、觚、电荷转移、疏水作用以及范德华力等) 的功能单体和模板分子形成模板一单体复合物，再与交联剂聚合，识别过程是依靠模板 分子与m i p s 之间的这种多重分子间的非共价键作用实现的。由于模板分子与功能单体 之间的这种非共价键作用力的强弱直接影响到m i p s 的识别效果，因此在分子自组装过 3 青海师范大学硕士学位论文 程中应当尽量选择以弱极性有机溶剂为溶剂来确保m i p s 的成功识别。自组装法主要应 用于下列物质的分离中：氨基酸及其衍生物、多肽、激素、二胺类、核酸、蛋白质和维 生素等【2 7 刁5 1 。 由于用分子自组装方法制备的m i p s 的识别位点不均匀，过量的功能单体会随意排 列在聚合物中，导致非特异识别点增加，减低选择性；但是分子印迹聚合物制备简单， 模板容易去除，且其识别过程更接近天然生物分子的识别系统，所以分子自组装法是分 子印迹技术的研究热点，发展速度较快。 1 2 2 3 自组装和预组装相结合法 自组装和预组装相结合法又称为半共价印迹法( s e m i - c o v a l e n ti m p r i n t i n g ) 【3 6 】。该法是 聚合时功能单体和模板分子通过共价键相互作用，形成印迹分子的单体一印迹分子复合 物，这一步相当于分子预组织过程，随后交联聚合，使功能基团固定在聚合物链上，除 去印迹分子后，功能基团留在空穴中，而在识别过程是通过非共价键作用来实现。半共 价印迹法的优点是既有非共价印迹m i p s 操作条件温和的特点，又有共价印迹m i p s 的 亲和专一性。因此模板分子和功能单体的结合和解离速度较快，识别速度较快，且识别 机制和生物识别比较接近；缺点是洗去模板分子较困难，印迹和再识别时的位点有所不 同，使得识别选择性有所降低。因此，也正因为共价方法中遇到的问题如繁琐的化学合 成与分离阻碍了该方法的推广与应用。 1 2 2 4 金属离子络合法 金属络合作用通常是功能单体与金属离子之间通过配位键产生的【3 7 1 。这类键的优点 是其强度可通过实验条件控制，聚合时有固定的相互作用，不需要过量的结合基团，且 模板分子与聚合物的结合速度较快。f u j i i 等 3 8 , 3 9 首次使用金属络合作用制得了m i p s ， 用( 1 r2 r ) 1 ，2 二氨基环己烷和4 ( 4 乙烯苄氧基) 水杨醛形成的手性席夫碱配基，通过 c 0 2 十离子把氨基酸结合到配基上，在光学拆分n 苄基d ，l 缬氨酸时获得了非常高的选 择性。 1 2 2 5 固定模板法 m o s b a c h 等提出了一种固定模板法( 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 ) 1 4 0 1 。他们将模板 分子茶碱固定到固态硅胶基质上，然后使其与功能单体三氟甲基丙烯酸自组装形成复合 物，交联聚合后，用氢氟酸除去固态基质，从而得到所需的m i p s 。 1 3 分子印迹聚合物的制备 在设计分子印迹聚合体系时，首先要考虑选择与模板分子尽可能由特异结合性的功 4 分子印迹聚合物微球的制备及特性评价 能单体，然后选择合适的溶剂和交联剂。制备过程一般包括三个步骤：在一定条件下， 是功能单体和模板分子相互作用形成复合物；加入交联剂和引发剂，引发聚合反应；除 去聚合物中的模板分子即可获得m i p s 。制备m i p s 至少需要以下几种原材料：溶剂、交 联剂、功能单体、引发剂、模板分子等。 1 3 1 溶剂的选择 溶剂既能使聚合反应的所有成分( 含模板分子、功能单体、交联剂及引发剂) 成为均 相，同时也起着致孔的作用。溶剂的某些性质如溶剂的极性、质子化作用、介电常数等， 对印迹反应的发生有一定的影响。同时这些性质还会影响聚合物的比表面积、空穴、形 状、颗粒均一度和刚性等。在非极性溶剂中模板分子与功能单体主要是以氢键等作用结 合，而在极性溶剂中模板分子主要是靠疏水作用于功能单体结合【4 1 1 。因此应尽可能减小 它对模板分子与聚合物的键合作用的不利影响，选取合适的溶剂。 目前，大部分的分子印迹都在有机溶剂中完成，特别是在非极性溶剂中( 二氯甲烷、 氯仿、丙酮、甲苯、十二醇、环己醇、二甲苯等) 。因为极性溶剂( 尤其是水) 会大大削弱 模板分子与聚合物的相互作用，从而使聚合物的选择性大大降低，甚至消失。由于实际 的应用环境，其中包括在药物拆分、固相萃取、仿生模拟等方面的应用中，许多模板都 是水溶性的，这就需要大量的在水相中印迹得到的m i p s 。因此，对于在水相中合成分 子印迹聚合物的方法及相应识别过程的探讨成为当前分子印迹技术研究的一大热点。 1 3 2 交联剂的选择 交联剂在制备分子印迹聚合物起着非常重要的作用。因为交联剂控制聚合物的形 态、结合位点的稳定性及聚合物的机械稳定性。分子印迹聚合物通常要求很高的交联度 ( 8 0 以上) ，所以在聚合溶液中交联剂占有很大的比例，但是交联剂的用量也会影响聚 合物的识别性，交联剂用量过低时，特异性降低；交联剂用量过高时，聚合物的容量下 降，刚性过强，导致其识别位点可接近性差【4 2 】。因此，在选择交联剂时既要使聚合物具 有一定的刚性以维持空穴的形状，又要要求它具有一定的柔韧性，以使识别点具有较好 的可接近性，从而提高其结合能力【4 3 1 。如图1 2 所示为一些常用的交联剂的分子结构式。 在这些交联剂中最常用的是乙二醇二甲基丙烯酸酯( e d m a ) 。采用多乙烯基交联剂，如 三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯( t r i m ) 、季戊四醇三丙烯酸酯( p e t r a ) 和季戊四醇四丙烯 酸酯( p e t e r ) 锘0 得的m i p s 具有更高的交联度。在保证相同交联度的情况下，采用多乙 烯基交联剂制得的m i p s 具有更高的结合点密度，从而使选择性和结合容量得到显著的 提高【删。 。 5 青海师范大学硕士学位论文 h 乒c h 2 。沙。0 c 嚆 。 c h 2 oh l c 一c = c h 2 hu 千一。一c 一( 一c h 2 hh f i 一( 一c h 2 季戊四醇三丙烯酸酯 h o f i彳h 3 h 乒0 兰 一 一。一喜二p 。 lii h 辱h 2 h h o f ；一千一c h 2 0c h 3 三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯 0h | l 1 0 |i i i h 2 18 h 乒- - c - - o - - ? 一i 一 一。一c 一? = c h 2 hhe 也hh 0 _ f i i = c h 2 oh 季戊四醇四丙烯酸酯 h 2 n , n 亚甲基二丙烯酰胺 二乙烯基苯 图1 - 2 常见的交联剂结构式 f i g 1 - 2s t r u c t u r a lf o r m u l a so fs o m ec r o s s - l i n k e r i nq , o 姗0 1 1u s e 1 3 3 功能单体的选择 因为功能单体的一端能和交联剂共聚，而另一端则能和模板分子结合，所以它是制 备m i p s 的关键【4 5 1 。一般要求功能单体与交联剂必须具有很好的共聚性能，因为交联剂的 自聚体不具有识别基团，所以没有分子识别能力，而功能单体的自聚体由于其交联度太 低也无法形成真正有效的印迹孔穴，因此只有两者的共聚体才是聚合物中的有效部分。 另一方面，功能单体与模板分子的结合力要适中，因为结合力过大则模板分子难以洗脱， 而过小则孔穴对模板分子的选择效率不高。功能单体的选择主要根据模板分子的结构特 征确定。用于制备m i p s 的功能单体必须能与模板分子作用，且此作用的强度是获得好的 m i p s 的关键。 共价型m i p s 的功能单体必须具有能与模板分子发生共价作用的功能基团，同时模板 分子与功能单体之间的共价键应该容易通过适当的方法断裂。因此，适用于共价印迹的 功能单体十分有限。通常使用的功能单体为含有乙烯基的硼酸、醛、胺和酚等，如4 乙 烯苯硼酸、4 乙烯苯甲醛、4 乙烯苯胺、4 乙烯苯酚等( 如图1 3 ) 。 6 旷牛贮 h c h oh 叫= 分子印迹聚合物微球的制备及特性评价 在制备非共价型m i p s 时，只有所选的功能单体与模板分子之间有足够强的作用力，