分子印跡的技術(shù)

1、關(guān)于分子印跡技術(shù)第1頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四1 背景介紹 20世紀(jì)80年代 Wulff 首次合成（形成標(biāo)志） Dickey 專一性吸附（萌芽） 20世紀(jì)40年代 Pauling 鎖匙理論（理論基礎(chǔ)） 80年代后 Mosbach 茶堿分子印跡聚合物（發(fā)展） 1997年 Lund University 成立分子 印跡學(xué)會(huì)分子印跡技術(shù)（MIT）的發(fā)展第2頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四分子印跡技術(shù)環(huán)境 1 背景介紹分子印跡技術(shù)用途廣泛監(jiān)測(cè)環(huán)境中的藥物殘留醫(yī)藥食品仿生軍事第3頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四 2 分子

2、印跡技術(shù) 分子印跡技術(shù)（Molecular Imprinting Technique，MIT）又稱分子烙印技術(shù)或分子模板技術(shù)，是近年來集高分子合成、分子設(shè)計(jì)、分子識(shí)別、仿生生物工程等眾多學(xué)科優(yōu)勢(shì)發(fā)展起來的一門新型的交叉學(xué)科。分子印跡技術(shù)來源于生物學(xué)中的免疫學(xué)，是通過想要選擇識(shí)別某一種物質(zhì)而進(jìn)行聚合反應(yīng)形成印跡聚合物的方法。 第4頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四2.1 分子印跡技術(shù)的基本原理 分子印跡技術(shù)基本原理： (1) 功能單體印跡分子結(jié)合 (2) 交聯(lián)劑固定 (3) 脫去印跡分子圖 2. 1分子印跡過程示意圖第5頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，

3、星期四預(yù)組織法（共價(jià)法） Wulff 結(jié)合方式：可逆共價(jià)鍵 優(yōu)點(diǎn)：空間精確固定排列 缺點(diǎn)：識(shí)別能力不夠理想 形成復(fù)合物的過程緩慢 自組裝法 （非共價(jià)法）Mosbach 結(jié)合方式：非共價(jià)鍵 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行 模板容易除去 近似天然 缺點(diǎn)：印跡過程的輪廓不清晰犧牲空間法 （兩者兼?zhèn)洌￢ulfson 2.2 分子印跡技術(shù)的分類分子印跡技術(shù)的分類主要是由其形成其聚合物的印跡分子與功能單體之間的結(jié)合位點(diǎn)的作用性能來決定的，一般可以分為以下三類：第6頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四2.2 分子印跡技術(shù)的分類表2.1 共價(jià)型和非共價(jià)型常用的功能單體 第7頁，共28頁，2022年，5月

4、20日，11點(diǎn)11分，星期四2.2 分子印跡技術(shù)的分類圖2.2 犧牲空間法示意圖 第8頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四2.3 分子印跡效果評(píng)價(jià) 分子印跡聚合物的選擇識(shí)別性能優(yōu)劣可以通過印跡因子來體現(xiàn).印跡因子 可以通過下列兩式計(jì)算， Kd為靜態(tài)分配系數(shù)，ml/g；Cp為吸附平衡時(shí)EGCG在聚合物上的濃度，mol/g；Cs 為吸附平衡時(shí)溶液中EGCG的濃度，mmol/L；Kd,I 為MIP對(duì)EGCG的靜態(tài)分配系數(shù)；Kd,N為相應(yīng)NIP對(duì)EGCG的靜態(tài)分配系數(shù)；體現(xiàn)了印跡聚合物與空白聚合物在分子識(shí)別上的差異，越大表明印跡效果越好。第9頁，共28頁，2022年，5月20日，

5、11點(diǎn)11分，星期四 MIT之所以發(fā)展如此迅速，主要是因?yàn)樗腥筇攸c(diǎn)： 預(yù)定性（predetermination） 根據(jù)不同的目的制備不同的MIPs，以滿足不同的需要。 識(shí)別性（recognition） MIPs是按照模版分子定做的，可以專一地識(shí)別印跡分子。 實(shí)用性（practicability） 它可以與天然的生物分子識(shí)別系統(tǒng)相比擬，例如，酶和底物；抗原與抗體等。2.4 分子印跡技術(shù)的特點(diǎn)第10頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四3 分子印跡聚合物的制備 分子印跡聚合物是由印跡分子、功能基單體在交聯(lián)劑等物質(zhì)作用下形成作用位點(diǎn)，相互聚合，發(fā)生反應(yīng)，形成的一類具有特異選擇

6、識(shí)別功能的物質(zhì)。圖3.1 分子印跡聚合物制備過程示意圖 第11頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四3.1 分子印跡聚合物的制備要素制備材料 模板分子 溶 劑 功能單體 交聯(lián)劑 強(qiáng)極性基團(tuán) 高效MIPs氫鍵基團(tuán) 高選擇性MIPs促進(jìn)作用 減小干擾共價(jià)鍵型 含有乙烯基非共價(jià)型 含有乙烯基和羧基 乙二醇二甲基丙烯酸酯第12頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四3.2 MIPs的聚合形式和方法聚合形式主要有熱化學(xué)聚合和光化學(xué)聚合兩種形式。分子印跡聚合物的制備方法：本位聚合原位聚合沉淀聚合懸浮聚合表面印跡電聚合第13頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)1

7、1分，星期四 3.2 MIPs的鏈引發(fā)方式和聚合方法 鏈引發(fā)方式 自由基引發(fā) （低溫光引發(fā)）引發(fā)劑 偶氮二異丁腈 (AIBN) 聚合方法 大多采用封管聚合 印跡分子、功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑按一定比例溶解在惰性溶劑中然后引發(fā)第14頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四通過非共價(jià)鍵將印跡分子固定。 洗脫后留下的空腔有特定選擇性。第15頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四4 分子印跡聚合物的應(yīng)用 分離領(lǐng)域 抗體與受體的模擬 仿生傳感器 模擬酶催化 其他應(yīng)用 第16頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四固相萃取手性分離膜分離 藥物分析血清

8、中的茶堿、口香糖中的尼古丁、生物樣品中的三苯氧胺、尿樣中戊雙脒、牛肝中三嗪類除草劑的富集。氨基酸、糖類及藥物等物質(zhì)的手性分離。氨基酸及其衍生物、茶堿、莠滅凈、肽、阿特拉津、9-乙基腺嘌呤等。分子印跡聚合物對(duì)藥物具有特殊的選擇和識(shí)別能力，在藥物分析、手性藥物的分離、富集和提純方向也有廣泛應(yīng)用。4.1 在分離領(lǐng)域的應(yīng)用分子印跡技術(shù)用于分離領(lǐng)域第17頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四4.2 抗體與受體的模擬 抗體與受體的模擬主要體現(xiàn)在利用分子印跡技術(shù)以抗原為模板合成抗體，而所制備得到的分子印跡聚合物在性質(zhì)上等同于生物抗體，具有很高選擇性和特異識(shí)別性。可以有效的識(shí)別記憶氨基酸、

9、多肽、糖類、藥物、蛋白質(zhì)等天然抗體的組分。第18頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四4.3 仿生傳感器 生物或者化學(xué)的傳感器都是有轉(zhuǎn)換器和識(shí)別的元件組成的，轉(zhuǎn)換器會(huì)將各種參數(shù)的信號(hào)輸出，一般采用的轉(zhuǎn)換器是微電子轉(zhuǎn)換器。表4.1 應(yīng)用于 MIPs 傳感器的分析和轉(zhuǎn)換器第19頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四4.4 模擬酶催化 在生物中，酶以其高效性、專一性的特點(diǎn)在生命體中起到了至關(guān)重要的作用，這些酶都是大分子，在生命體中所含種類較多，但含量較低，存在提取困難且不易回收利用等缺點(diǎn)，利用這些人們根據(jù)分子印跡技術(shù)模擬酶做催化劑有效的解決了這些問題。表4.2

10、 MIPs 用于模擬酶催化的應(yīng)用 第20頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四4.5 其他應(yīng)用 控制平衡轉(zhuǎn)移 分離副產(chǎn)物 組合化學(xué)庫的放映技術(shù) 第21頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四5 蛋白質(zhì)分子印跡技術(shù) 分子印跡技術(shù)是在聚合物材料的合成過程中構(gòu)建與模板分子在大小、形狀和結(jié)構(gòu)功能上都互補(bǔ)的特異性結(jié)合位點(diǎn), 這樣的材料對(duì)其模板具有選擇性結(jié)合能力。盡管小分子印跡技術(shù)近年來發(fā)展迅速, 蛋白質(zhì)分子印跡卻由于蛋白質(zhì)的體積龐大、結(jié)構(gòu)靈活、構(gòu)象復(fù)雜成為既有意義又具挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。5.1 蛋白質(zhì)分子印跡技術(shù)示意圖第22頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)

11、11分，星期四5.1 蛋白質(zhì)分子印跡特點(diǎn) （1）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)靈活、構(gòu)象復(fù)雜, 極易受到溫度或環(huán)境的影響。從熱力學(xué)角度和實(shí)際操作過程而言都不易實(shí)現(xiàn)印跡。（2）小分子印跡通常采用交聯(lián)程度很高的材料來實(shí)現(xiàn), 因高交聯(lián)度可保證單體材料結(jié)合于模板周圍形成牢固的識(shí)別位點(diǎn)。然而, 高交聯(lián)度材料會(huì)阻止蛋白類大分子自由進(jìn)出聚合物網(wǎng)絡(luò)。（3）傳統(tǒng)小分子印跡材料往往在有機(jī)試劑中進(jìn)行聚合, 而蛋白質(zhì)在有機(jī)試劑中溶解度低, 并在有機(jī)試劑中可表現(xiàn)出與生理?xiàng)l件下完全不同的構(gòu)象, 這種構(gòu)象的改變對(duì)蛋白質(zhì)的生物活性會(huì)產(chǎn)生很大的影響, 極有可能在材料上留下錯(cuò)誤的“印跡”。（4）多數(shù)蛋白質(zhì)印跡材料的構(gòu)建是基于非共價(jià)印跡的原理, 即材

12、料和模板的結(jié)合是通過氫鍵、范德華力、離子相互作用和疏水作用實(shí)現(xiàn)的。第23頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四5.2 蛋白質(zhì)分子印跡材料制備 整體印跡(Bulk imprinting) 表面印跡 (Surface imprinting) 印跡膜材 核-殼結(jié)構(gòu)微球/納米粒 印跡納米粒 抗原決定簇印跡 (Epitope imprinting)第24頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四未來研究發(fā)展方向預(yù)測(cè)：（1）探討分子印跡技術(shù)的識(shí)別過程機(jī)理。（2）合成更多更有用的分子印跡聚合物。（3）分子印跡技術(shù)用于水溶液和極性溶劑。（4）工廠化、商業(yè)化。（5）分子印跡技

13、術(shù)向核苷酸、多肽、蛋白質(zhì)等生物 大分子，甚至生物體活細(xì)胞進(jìn)軍。（6）將MIPs的特殊預(yù)定性用于催化合成領(lǐng)域。（7）將MIPs仿生傳感器做成分子探針。6 分子印跡技術(shù)展望 第25頁，共28頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期四參考文獻(xiàn) 1 Wulff G, Sarhan A, Zabropcki K. Enzyme Analogue Built polymers and Their Use for the Rsoultion of RacematesJ. Tetrahedron Lett, 1973: 4329-4332. 2 Wulff G, Grobe Einsler R, Ves

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