高分子烙印技术

高分子烙印技术分子烙印技术发展简介1894年,Fischer’s提出“锁匙理论”1940年,Panling的“抗体合成”,1949年Dickey所设想的“特种吸附剂”近代MI理论是上世纪80年代,由Wilff和Mosbach确立1993年Mosbach等在Nature上发表分子印记的“塑料抗体”和仿生免疫分析第2页,共66页，2024年2月25日，星期天有关分子烙印技术的论文发表情况第3页,共66页，2024年2月25日，星期天http://www.smi.tu-berlin.de/index.html2002发表关于MIP文献最多的杂志第4页,共66页，2024年2月25日，星期天什么是分子烙印？分子烙印、分子印迹（molecularimprinting，MI，MIT)又称模板(template）、裁制（tailormade)，是指制备对特定分子（烙印分子）具有特异选择性的聚合物（molecularimprintingpolymer,MTP)的过程。

MIP被广泛应用于各种领域。第5页,共66页，2024年2月25日，星期天分子烙印的基本原理

实现分子烙印要经过的3个步骤

分子烙印的分类

分子烙印聚合物（MolecularImprintedPolymer,MIP）的制备方法第6页,共66页，2024年2月25日，星期天实现分子烙印要经过的3个步骤功能单体和烙印分子在一定条件下形成某种可逆的复合物加入交联剂将这种复合物“冻结”起来,制得高聚物

将烙印分子抽提出来,这样在聚合物的骨架上便留下了一个对烙印分子有“预定(predetermined)”选择性的分子识别位

第7页,共66页，2024年2月25日，星期天第8页,共66页，2024年2月25日，星期天分子印迹技术的基本原理分子印迹技术是指为获得在空间结构和结合位点上与某一分子(印迹分子)完全匹配的聚合物的实验制备技术。

(1)功能单体－印迹分子－结合(2)交联剂－固定(3)脱去－印迹分子第9页,共66页，2024年2月25日，星期天分子印迹技术的基本原理Pre－arrangementPolymerizationExtraction第10页,共66页，2024年2月25日，星期天第11页,共66页，2024年2月25日，星期天分子烙印的分类共价型

:烙印分子和单体通过可逆的共价作用(如形成可逆的硼酸酯和席夫碱)形成复合物Wulff

结合方式：可逆共价键优点：空间精确固定排列非共价型

:烙印分子和单体则通过氢键、偶极、离子、金属螯合、电荷转移、疏水乃至范德华力相互作用形成复合物,非共价型的分子烙印是一种分子自组装的过程。Mosbach

结合方式：非共价键优点：简单易行模板容易除去近似天然牺牲空间法（两者兼备）Vulfson第12页,共66页，2024年2月25日，星期天第13页,共66页，2024年2月25日，星期天第14页,共66页，2024年2月25日，星期天共价型烙印聚合物孔隙第15页,共66页，2024年2月25日，星期天非共价型烙印聚合物孔隙第16页,共66页，2024年2月25日，星期天分子印迹聚合物的制备方法制备材料

模板分子

溶剂

功能单体

交联剂

强极性基团高效MIPs氢键基团高选择性MIPs促进作用减小干扰共价键型含有乙烯基非共价型含有乙烯基和羧基

乙二醇二甲基丙烯酸酯第17页,共66页，2024年2月25日，星期天功能单体和交联剂共价型分子烙印中常用的功能单体有含乙烯基的硼酸和二醇以及含有硼酸酯的硅烷混合物等。

非共价型分子烙印中常用单体是甲基丙烯酸(MAA)等交联剂的作用是使模板分子和功能单体形成高度交联、刚性的聚合物,“固化”单体的功能基团在模板分子周围的特定位置。第18页,共66页，2024年2月25日，星期天常用非共价型功能单体第19页,共66页，2024年2月25日，星期天常见交联剂第20页,共66页，2024年2月25日，星期天单体和交联剂对烙印聚合的影响在聚合时增加交联剂的用量有利于形成稳定和完整的”印记”位点。一般而言,对于易挥发的有机待测物需要制备高度交联的聚合物;对于具有一定形状的模板分子,交联剂的用量适量降低。

单体、模板复合物的刚性大,形成的位点与模板分子的吻合程度高,在位点上发生相互识别和键合作用时熵的变化小,有利于提高亲和力和选择性。第21页,共66页，2024年2月25日，星期天第22页,共66页，2024年2月25日，星期天第23页,共66页，2024年2月25日，星期天第24页,共66页，2024年2月25日，星期天致孔剂(porogen)和溶剂

常用的致孔剂为乙腈、氯仿和甲苯等第25页,共66页，2024年2月25日，星期天模板

模板分子的用量:合成ＭＩＰ时,模板分子、单体和交联剂的相对用量对ＭＩＰ性能有直接的影响。模板分子的最佳量通常为总量的5%,当用三乙烯基化合物作为交联剂时,模板分子的比例可增大。此外,模板分子的用量还受到其溶解性和获取难易程度的影响。

第26页,共66页，2024年2月25日，星期天分子烙印聚合物的制备

热引发光引发

(1)可稳定烙印分子和单体所形成的复合物;(2)可烙印热不稳定的化合物

(3)可以改变聚合物的物理性能以获得更好的选择性。第27页,共66页，2024年2月25日，星期天新型分子烙印聚合物的制备

种子溶涨法悬浮聚合法沉淀聚合法硅胶接枝原位聚合的方法组合化学方法在分子烙印技术中的应用

第28页,共66页，2024年2月25日，星期天种子溶涨法第29页,共66页，2024年2月25日，星期天悬浮聚合法溶液聚合方法:用光照或加热的方式引发自由基进行溶液聚合,聚合后将形成的块状聚合物研磨成一定大小的无定型的颗粒.这种方法操作简单,但比较费时.第30页,共66页，2024年2月25日，星期天原位聚合的方法第31页,共66页，2024年2月25日，星期天原位聚合法:原位聚合采用印迹分子,功能单体,交联剂及致孔剂在柱内直接聚合成整体柱.这是较简便的方法.第32页,共66页，2024年2月25日，星期天MIPs的链引发方式和聚合方法链引发方式自由基引发（低温光引发）引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)

聚合方法大多采用封管聚合印迹分子、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引发第33页,共66页，2024年2月25日，星期天通过非共价键将印迹分子固定。洗脱后留下的空腔有特定选择性。第34页,共66页，2024年2月25日，星期天原理：一种新的、很有发展潜力的分离技术。利用分子印迹技术，能够制备具有特异识别功能的色谱介质。分子印记聚合物(MIP)是通过模板分子、功能单体和交联剂的作用产生有化学选择性的键合位点的一种技术。待测底物通过与模板分子聚合物在形状、大小和功能基团的定位方面吻合而被识别。第35页,共66页，2024年2月25日，星期天共价型分子印记：模板分子和单体通过可逆的共价作用形成复合物。分子和单体间的作用力较强，形成的复合物很稳定，但过程复杂，模板分子需要被单体衍生化，而且模板分子的抽提也较困难。非共价型分子印记：非共价型分子印记方法中，聚合通过弱分子问作用力完成，如氢键、偶极、离子、金属螯合、电荷转移、疏水、范德华力。此法目前应用较广泛。

第36页,共66页，2024年2月25日，星期天在分子烙印过程中，功能单体与烙印分子通过配位作用形成的复合物的构型得以保存，从而在聚合物的网络结构中形成了空间构型和功能单体的排布都与烙印分子相匹配的“记忆”空穴，使得烙印聚合物与烙印分子之间产生了特异性相互作用。分子烙印技术的应用第37页,共66页，2024年2月25日，星期天分子烙印技术的应用对映体及异构体的分离

分子烙印模拟生物传感器分子烙印在固相萃取（SolidPhaseExtraction,SPE）中的应用

临床药物分析模拟酶

中草药有效成分的分离

第38页,共66页，2024年2月25日，星期天组合化学方法在分子烙印技术中的应用第39页,共66页，2024年2月25日，星期天第40页,共66页，2024年2月25日，星期天合成聚合物与分子烙印手性固定相

合成手性聚合物CSP的制备主要通过三种途径：（1）在手性条件下不对称聚合；（2）采用手性单体；（3）手性分子烙印技术。分子烙印(imprinting)手性固定相是在聚合过程中加入一个适当的模板(template)分子，然后从聚合物中除去模板分子，流下一个“形状选择性”(shapeselectivity)孔穴，形成适合于孔穴立体选择的聚合物。第41页,共66页，2024年2月25日，星期天对映体及异构体的分离第42页,共66页，2024年2月25日，星期天第43页,共66页，2024年2月25日，星期天高选择性第44页,共66页，2024年2月25日，星期天识别模型示意图第45页,共66页，2024年2月25日，星期天手性分离膜第46页,共66页，2024年2月25日，星期天第47页,共66页，2024年2月25日，星期天第48页,共66页，2024年2月25日，星期天近来，生物传感器技术的发展极为迅速。但是，用于生物传感器的生物分子却因为性能不稳定易被破坏，且种类太少而不能满足实际应用的需要。由于分子印迹聚合物具有可设计性，种类极其丰富，且坚固耐用，有很强的抗酸、碱能力，环境适应性很强，故科学家们设法用MIPS来替代生物分子以适应生物传感器技术发展的要求。自分子印迹技术用于膜传感器以来，MIPS在生物传感器上的应用就一直是研究热点，尤其是近两年来，该技术发展极为迅速，Malitesta,Haupt,Yano,Ansel等人在这一方面都作了广泛的研究。98年在波士顿召开的有关化学传感器的国际性会议对分子印迹技术在生物传感器中的应用的现状和未来作了全面而系统的探讨，为分子印迹技术和传感器技术的发展开辟了新的道路.分子烙印模拟生物传感器第49页,共66页，2024年2月25日，星期天分子烙印模拟生物传感器第50页,共66页，2024年2月25日，星期天第51页,共66页，2024年2月25日，星期天第52页,共66页，2024年2月25日，星期天第53页,共66页，2024年2月25日，星期天通常，样品的制备都包括溶剂萃取，由于分子印迹技术的出现，这可以用固相萃取代替，并且可利用分子印迹聚合物选择性富集目标分析物。由于印迹聚合物即可在有机溶剂中使用，又可在水溶液中使用，故与其他萃取过程相比，具有独特的优点。分子烙印在固相萃取中的应用第54页,共66页，2024年2月25日，星期天分子烙印在固相萃取中的应用第55页,共66页，2024年2月25日，星期天第56页,共66页，2024年2月25日，星期天三嗪类除草剂的分析第一个MIP类SPE为1994年对pentamidine(AIDS相关肺炎治疗药物),可在非常低浓度的尿样中将药物富集分析第57页,共66页，2024年2月25日，星期天介质对MIP在SPE中应用的影响对于低极性模板分子,有机溶剂作为介质时可达到良好的识别能力。乙腈形成氢键的能力较弱,对识别位点氢键形成的竞争小,同时对甲基丙烯酸酯骨架和多数化合物具有较好的溶解性,因而是一种常用的溶剂和流动相。具有质子性功能基团的模板分子,当用ＭＡＡ或ＶＰＹ作为单体时,合成的ＭＩＰ常在亲水流动相中显示优良的色谱性能和选择性。第58页,共66页，2024年2月25日，星期天模拟酶第59页,共66页，2024年2月25日，星期天催产素第60页,共66页，2024年2月25日，星期天蛋白质烙印聚合物包裹DNA第61页,共66页，2024年2月25日，星期天金属离子烙印第62页,共66页，2024年2月25日，星期天中草药有效成分的分离北京大学的谢建春、朱丽荔、徐筱杰等以黄酮类化合物槲皮素作为模板，制备烙印聚合物，从银杏叶提取液中提取了黄酮类有效成分，并以骆驼蓬种籽中抗肿瘤活性化合物哈尔明及哈马灵的结构类似物哈尔满作为模板,用非共价键法制备了对哈尔明及哈马灵具有强亲和性的分子烙印聚合物.此分子烙印聚合物作为液相色谱固定相与大气压电离飞行时间质谱联用,直接分离鉴定了草药骆驼蓬种籽甲醇粗提物中所含的哈尔明及哈马灵两种抗肿瘤活性成分.实验结果证明了通过分子烙印亲和色谱与质谱联用方法,快速有效地对中草药活性成分分离鉴定是可能的.第63页,共66页，2024年2月25日，星期天人们早就认识到，模板分子难以100%的从MIPS上洗脱