2022年分子印迹技术-.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 分子印迹技术分子印迹,又称分子烙印（ molecular imprinting ）,属超分子化学范畴,是源于高分子化学, 生物化学, 材料科学等学科的一门交叉学科； 分子印迹技术（molecular imprinting technique, MIT）是指制备对某一特定的目标分子（模板分子,印迹分子或烙印分子） 具有特异挑选性的聚合物的过程； 它可以被形象地描画为制造识别“ 分子钥匙” 的“ 人工锁” 的技术；分子识别在生物进化中起着特殊重要的作用,是从分子水平讨论生物现象的重要化学概念,已成为当今讨论的热点课题之一； 挑选性是分子识别的重要特点；人们利用一些自然花合屋如环糊精,或合成化合物如冠醚, 杯芳烃和金刚烷等模拟生物体系进行分子识别讨论, 取得了一些惋惜的进展, 肯定意义上构成了分子 印迹技术的雏形；分子印迹技术的显现直接来源于免疫学的进展,早在20 世纪 30 岁月,Breinl,Haurowitz 和 Mudd就相继提出了一种当抗体侵入时生物体产生抗体的理论；后来在 20 世纪 40 岁月,由闻名诺贝尔奖获得者Pauling 对上述理论做了进一步的阐述, 并提出了以抗原为模板来合成抗体的理论； 该理论认为： 抗原物质进入机体后, 蛋白质或多肽链以抗原为模板进行分子自组装和折叠形成抗体； 虽然 Pauling 的理论被后来的 “ 克隆挑选理论”所推翻, 但是在他的理论中仍有两点具有肯定的合理性, 也为分子印迹的进展奠定了肯定的理论基础, 同时激发了人们以抗原或待测物为模板合成抗体模拟物的设想；外来物质在空间上相互匹配；（1）生物体所释放的物质与1949 年,Dickey 第一提出了 “ 专一性吸附” 这一概念, 实际上可以视为 “ 分子印迹” 的萌芽,但在很长一段时间内没有引起人们足够的重视；直到 1972 年由德国 Heinrich Heine高校的 Wulff 讨论小组首次报道了人工合成分子印迹聚合物之后,这项技术才逐步为人们所熟悉；特殊是 1993 年瑞典 Lund 高校的Mosbach等在《Nature 》上发表有关茶碱分子印迹聚合物 （molecularly imprinted polymers,MIPs ）的讨论报道后,分子印迹技术得到了蓬勃的进展；迄今,在分子印迹技术的作用机理, 分子印迹聚合物制备方法以及分子印迹技术和分子印迹聚合物在各个领域的应用讨论都取得了很大的进展,特殊是分析化学方面的应用名师归纳总结 更是令人瞩目；分子印迹技术的应用讨论所涉及的领域特别宽泛,包括分别纯花,第 1 页,共 7 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 化学催化和模拟生物转化, 分析传感等； 每年公开发表的学术论文数也呈直线趋势上升, 1992 年仅有 12 篇,而 2001年就增至 300 篇左右； 1997 年在瑞典 Lund高校成立了国际性的分子印迹学会（Society for Molecular Imprinting,SMI）,其宗旨是“ 致力于分子印迹科学与技术的全面进展”（committed to excellence in allaspects of molecular imprinting science and technology ）；目前该学会已有数百名来自世界各地的会员；依据 SMI的统计,目前全世界至少有 100个以上的学术机构和企事业团体在从事分子印迹技术的讨论及开发工作, 且主要集中在瑞典, 德国,美国,英国,日本,中国等 10 多个国家； 欧共体（European Commission）于 1998 年启动了一项方案,旨在资助欧洲8 个讨论小组从事分子印迹聚合物的制备, 结构表征以及将分子印迹聚合物用于临床分析, 环境分析以及生物分析等方面的讨论；我国从事该领域的讨论仍不足10 年,主要讨论单位有中科院大连化学物理讨论所, 中科院兰州化学物理讨论所, 军事医学科学院读 物所,防化讨论院,南开高校,天津高校,北京高校,吉林高校,湖南高校,上 海高校等科研院所和高等学校；2000 年 7 月英国加的夫高校举办的第一届分子印迹技术国际会议上,来自世界各地的一百多位专家学者沟通了112 篇论文；非共价分子印迹聚合物创始人之一 Mosbach第一回忆了印迹技术的过去和现在, 并绽开了其将来进展趋势和动态；而共价型分子印迹的创始人之一Wullf 就评述了共价型分子印迹技术的优缺点；对分子印迹中如干关键问题, 如分子印迹聚合物的分子设计和组合化学挑选,分子印迹聚合物作为催化剂的讨论进展,分子印迹技术作为分别介质的特殊性分析,基于分子印迹聚合物制作的模拟传感器, 水溶性分子印迹聚合物的制备及其应用等,大会邀请的专家都做了特别出色的专题论述；1999~2002年的上半年,有关分子印迹聚合物的文献中,比较有代表性的综述文章有 32 篇；其中有中文综述8 篇,分别对分子印迹技术原理和特点,分子印迹聚合物的制备方法以及分子印迹聚合在传感器, 液相色谱固定相, 固液翠取等领域的应用讨论进展进行了介绍和评述；英文综述有24 篇,内容分别涉及分子印迹聚合物的制备方法和指导原就（包括制备分子印迹聚合物常用的功能单 体,交联剂,致孔溶剂等）和分子印迹聚合物的应用,这些应用主要有分子印迹 聚合物在化学转化 （化学合成和催化剂） 中的应用, 分子印迹聚合物在生物医学名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - （免疫分析和抗体模拟） 中的应用及其面临的技术挑战,分子印迹聚合物用作色谱（液相色谱, 毛细管电泳色谱等） 固定相,固相萃取材料, 膜分别和传感材料,分子印迹聚合物制备方法的最新进展以及分子印迹技术用于生物大分子的识别 等； 最近几年, 在各种国际科技和学术期刊上发表的有关 篇；《分析化学趋向》（Trends in Analytical ChemistryMIP的论文超过了 300）在 1999 年第 3 期仍出了关于分子印迹聚合物的专刊； 在此期间的美国化学会第 217~224次全国会议上,有 80 篇左右关于分子印迹聚合物的文章,其内容主要涉及以下方面：分子印迹聚合物作为高挑选性和高催化活性的模拟生物催化剂,在水相中制备的分子印迹聚合物对甾族化合物和氨基酸,蛋白质, 多肽等生物活性分子的识别,用分子印迹技术从水中去除有毒有害化合物,印迹聚合物挑选抗体药物等等；分子印迹聚合物的微制造加工, 用分子 分子印迹技术所以进展如此快速,主要是由于它有三大特点：构效预定性（predetetermination ）, 特异识别性（ specific recognition ）和广泛有用性（practica-bility ）；基于该技术制备的分子印迹聚合物具有亲和性和挑选性 高,抗恶劣环境强,稳固性好,有用寿命长,应用范畴广等特点；因此,分子印 迹技术在很多领域,如色谱分别,固相萃取,访生传感,模拟酶催化,临床药物 分析,吸附膜分别等得到日益广泛的讨论和开发,有望在生物工程,临床医学,自然药物,食品工业,环境监测等行业形成产业化规模的应用；同时,分子印迹技术对讨论酶的结构,熟悉受体 理论意义和有用价值；- 抗体作用机理及在分析化学等方面具有重要的名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第2章 分子印迹技术理论 分子印迹技术是指为获得在空间和结合位点上与某一分子 （模板分子, 印迹分子）完全匹配的聚合物的制备技术；实现分子印迹通常要经过 3 个步骤； （1）功能单体和印迹分子在肯定条件下形成某种可逆的复合物；（2）加入交联剂将这种复合物“ 冻结” 起来,制得高聚物；〔3〕 将印迹分子抽提出来, 这样在聚合物的骨架上便留下了一个对印迹分子有“ 预定” 挑选性的空间和结合位点（binding sites）；依据印迹分子和功能单体形成复合物时作用力的性质,分子印迹可以分为共价型和非共价型两种不同类型,其中非共价型的讨论和应用更为普遍；由于分子印迹技术的讨论历史相对较短,不少讨论者都集精力于分子印迹聚合物的制备方法和用途的讨论和探究上, 而有关分子印迹过程的热力学和动力学等相关理论的定量和系统的报道仍比较少见；2．1 分子印迹技术的基本概念和原理在生物体内,分子复合物的形成通常需要借助非共价键（氢键,范德华力,离子键等） 相互作用； 虽然单个非共价键比单个共价键键能低, 但多重非共价键的藕合和多个作用位点的协同就会形成很强的相互作用,从而使复合物具有很高的稳固性； 由 Pauling 抗体形成理论动身, 当模板分子与聚合物单体接触时会尽 可能地同单体形成多重作用点, 假如通过聚合, 把这些多重作用点固定或 “ 冻结”下来,当模板分子除去后, 聚合物中就形成了与模板分子在空间和结合位点上相匹配的具有多重作用点的空穴,这样的空穴对模板分子具有挑选性； 分子印迹技术是通过以下方法实现的； （1）在适当的介质中,具有适当功能基的功能单体通过与模板分子间的相 互作用集合在模板分子四周,形成单体 - 模板分子复合物； （2）功能单体与过量的交联剂在致孔剂的存在下形成聚合物,从而使功能 单体上的功能在特定的空间取向上固定下来；（3）通过肯定的物理或化学方法把模板分子脱除；这样就在聚合物中留下一个与模板分子在空间结构上完全匹配,并含有与模板分子特异性结合的功能基的三维空穴（如图 2-1 ）；这个三维空穴可以挑选性地重新与模板结合,即对模板分子具有专一性识别作用；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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, 所 以一种印迹聚合物只能与一种分子结合,类似于“ 锁” 和“ 钥匙” ,也就是说印 迹聚合物对该分子具有挑选性结合作用；分子印迹与模板聚合类似, 它们都是利用单体或生成的聚合物与模板分子通过氢键,静电结合和范德华力等相互作用,经单体聚合后产生具有肯定结构的聚合物；分子印迹与模板聚合主要的不同之处在于： 模板聚合是指单体与聚合物模板共同存在下所进行的聚合反应； 起模板作用的聚合物对聚合反应速度和聚合物的最终结构有着重要和特殊的影响作用,能得到具有肯定聚合度和规整立体结构的聚合物； 通常,模板聚合是以聚合物为模板, 而分子印迹聚合可以以任何分子为模板；模板聚合产物通常是线型分子, 而分子。