（應(yīng)用化學(xué)專業(yè)論文）24D分子記印聚合物的研究及應(yīng)用.pdf

! ：! ：! 坌主墨! 墨全竺竺竺壟墨生旦圭查苧蘭塑主蘭竺墜2 , 4 d 分子記印聚合物的研究及應(yīng)用摘要本文以2 , 4 二氯苯氧乙酸( 2 ，4 d ) 為模板分子，以。一甲基丙烯酸( m a a ) 、4 一乙烯基毗啶( 4- v p ) 以及m a a + 4 - v p 為功能單體制備了一系列2 二氯苯氧乙酸分子記印聚合物( 2 ，4 dm i p ) 。結(jié)合紫外光譜分析，采用柱色藉法和流動電位法分別考察了2 ，4 - dm i p 對2 , 4 d 的選擇性和結(jié)合性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明聚合反應(yīng)的最佳條件為( 1 ) 以m a a 為功能單體的m i p 和以4 - v p 為功能單體的m i p 的最佳聚合溫度分別為4 5 o 和6 0 8 0 。c ，以4 v p 十m a a 為復(fù)合功能單體的m i p 的聚合溫度8 0 ；( 2 ) 以4 - v p 或m a a 為功能單體制備m i p 時(shí)，當(dāng)功能單體與模板分子的配比為4 ：1 時(shí)，功能單體可對模板分子充分記印，若以4 v p + m a a 復(fù)合功能單體法臺成m i p 時(shí)，只有功能單體與模板分子的配比為8 ：4 ：1 時(shí)可生成硬度和韌度均符合要求的聚合物；( 3 ) 低速攪拌在聚合過程中是不可欠缺的，在無攪拌的清況下生成的聚合物都存在分層，透明度低等缺陷。另外發(fā)現(xiàn)對2 ，4 _ d 的結(jié)合能力以4 - v p 為功能單體的m 1 p 為最強(qiáng)，以m a a 為功能單體的m i p 為最弱，復(fù)合功能單體法合成的m i p 位于兩者之間。此外，本文采用s c a t c h a r d 模型分析了2 , 4 一dm i p 對2 , 4 - d 的結(jié)合方式，發(fā)現(xiàn)單一功能單體制備的m i p 只有一類結(jié)臺位點(diǎn)，而復(fù)合功能單體法制各的m i p 確實(shí)存在兩類結(jié)合位點(diǎn)，說s b ( d 2 a d 作為單功能基團(tuán)的模板分子與功能單體的記印反應(yīng)僅通過- c o o h 這一功能基團(tuán)實(shí)現(xiàn)：( 2 ) 在復(fù)合功能單體法制備m i p 的過程中，兩種功能單體均與2 , 4 d 發(fā)生了預(yù)聚合反應(yīng)，協(xié)同完成了分子記印反應(yīng)。本文還以m i p 代替流動電位法中流通池內(nèi)的填充物質(zhì)，探討了測試過程中流動電位響應(yīng)與m i p 對流動相中模板分子的再結(jié)合反應(yīng)之間的關(guān)系，繪制了流動電位b 對測試時(shí)間r 的盡f曲線，從該曲線可得到兩個(gè)特征時(shí)間( 穩(wěn)定時(shí)間和出蜂時(shí)間) ，依據(jù)這兩個(gè)時(shí)間可進(jìn)行流動相中模板分子濃度的檢測。本實(shí)驗(yàn)中測定了不同濃度的系列2 , 4 d 甲醇溶液的b 和，發(fā)現(xiàn)其與2 , 4 - d 濃度c 的關(guān)系如下：t 。= 68 7 + 8 2 8 ( - l o g c )，f ，= 1 53 7 + 1 9 7 2 ( - o g c )檢測范圍為10 1 礦10 10 1 1 m o v l 。關(guān)鍵詞：2 ，4 _ 二氯苯氧基乙酸，分子記印，復(fù)合功能單體法，柱色譜分析，流動電位分析。2 ，4 - i ) 分子記印聚合物的研究及應(yīng)用上海大學(xué)碩士學(xué)位論文s t u d i e so n2 , 4 - dm o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gp o l y m e ra n di t sa p p l i c a t i o na b s t r a c tas e r i e so t2 ，4 - d i c h l o r o p h e n o x ya c e t i ca c i dm o l e c u l a r l yi m p d n t m gp o l y m e r s ( 2 ，4 dm 1 p s ) b a s e do n2 , 4 d i c h l o r o p h e n o x ya c e t i ca c i d ( 2 ，4 - d ) a st e m p l a t em o l e c u l ew e r ep r e p a r e db yu s i n g4 1 v i n y l p y r i d i n e ( 4 一v v ) ，- m e t h y la c r y l i ca c i d ( m a a ) a n dt h ec o m b i n a t i o no f4 - v pa n dm a a( c o f u n c t i o n a lm o n o m e r s ) a sf u n c t i o n a lm o n o m e rr e s p e c t i v e l yt h es e l e c t i v i t ya n dr e b i n d l l l ga b i l i t yo f2 ，4 - dm i pt o2 , 4 - dh a v eb e e ni n v e s t i g a t e db yc o l t m a nc h r o m a t o g r a ma n ds t r e a m i n gp o t e n t i o m e t r y , a sw e l la su l t r a v i o l e ts p e c t r o p h o t o m e t r y i tw a sf o u n db ye x p e r i m e n t st h a tw h e nm a aa n d4 - v pu s e da st h ef u n c t i o n a lm o n o m e r , t h eo p t i m u mt e m p e r a t u r eo fp o l y m e r i z a t i o ni s4 5 , - 6 0 。ca n d6 0 - - 8 0 cr e s p e c t i v e l y , a n dw h e nt h ec o m b i n a t i o no fm a aa n d4 - v pi su s e da sc o 如n c t l o n a lm o n o m e r st e m p e r a t u r ei s 8 0 w h e nt h em o l er a t i oo f f i m c t i o n a m o n o m e rt ot e m p l a t em o l e c u l e 婦4 ：1 砌u 3 m gm a ao r4 _ v pa sf u n c t i o n a lm o n o m e r , t e m p l a t em o l e c u l ec a l lb ei m p r i n t e dc 伽叩1 e t e l yb vf u n c f i o n a lm o n o m e ri fc o 。f u n c t i o n a lm o n o m e r so f v l a aa n d4 v p & r eu s e d , o n l ym 0 1 er a t i oo fm a a ，4 一v pa n d2 , 4 一da r c8 ：4 ：1 一c o m p a t i b l ep o l y m e rc b 2 2b ep r e p a r e dt h et o ws p e e ds t 積n gl sn e c e s s a r ymt h ep r e p a r a t i o no f2 ，4 dm i p , o t h e r w i s et h ep o l y m e r sw i l lb eb a d 仃a i l s p a r e n c ea 工1 dl a y e ”dt h er e s u l t so b t a m e db ye x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tt h er e b i n d i n ga b i l i t yo f2 4 dm pt o2 , 4 - d1 37 鋤e 5w i t hd i f f e r e n tk i n do ff u n c t i o n a 1 t i o f i o n e r , t h em t pp r e p a r e db y4 v pa st h ef u n c 乜o n a l”。h a st h es t r o n g e s tr e b i n d i n ga b i l i t yt o2 ，4 - d ，a n dt h em i pw i 血m aaa st h e 缸1 c b o n a im o m e rh a st h ew e a k e s tr e b i n d i n ga b i l i t yt o2 ，4 i d ，t h em i pp r 印a r e db yc o 劬c t l o n a l o n o m e r s1 sm i d d l e a tt h es a | i l 。t i m e ，t h eb i n d i n gm o d eo f2 ，4 - dm i pt o2 ，4 dh a sa l s ob e e ns t u d i e db ym e a n so fs 。8 t c h a r da n a l y s j st h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em i p sp r e p a r e db ys i n 9 1 ef u n c t i o n a lm o p o m e r h a v eo n er e c 。g 恥i o nm o d 。，b u tt h em i p sp r e p a r e db yc o - f i m c t i o n a lm o n o m e r sh a v et 、v or e c o g n i t i o nm o d e sa sa 。o n s e q “e 1 1 c 。，t h e 。o m b m a t l o no f2 ，4 - dt e m p l a t em o l e c u l ew i t hf u n c t j o n a lm o n o m e r1 sf i n i s h e d b vb a n da c t l 。“o f 。a r b o x y lr a d i c a l ，a n di nt h ep r o c e d u r eo fp r e p a r a t i o no fm i pw i t hc o 一缸1 c n o n a lm o 珀o m 。r s ，b o 出o f m a aa 1 1 d 4 一v p t a k e p a r t i n t h e p r e - p o l y m e r i 2 a t i o n f o r 2 ，4 d t o g e 血e r2 ，4 - 1 1 分子記印聚合物的研究及應(yīng)用上海大學(xué)碩士學(xué)位論文w i t hs u b s t i t u t i o no fm i pf o rt h es t u f f i n gmc i r c u l a t i n gc e l li ns t r e a m i n gp o t e n t i o m e t r y , t h er e l a t i o n s h i po fs t r e a m i n gp o t e n t i a l ( 壇) a n dt h er e b i n d i n gc a p a b i l i t yo fm i pt ot e m p l a t em o l e c u l ei nm o b i l ep h a s eh a sb e e ni n v e s t i g a t e dt h er e l a t i o n s h i pc u r v eo fs 仃e a m l r t gp o t e n f l n ( e s ) t ot i m e ( t ) w a sp r o t r a c t e d a c c o r d i n gt ot h ec l l r v e ，t w oc h a r a c t e r i s t i ct i m e s ( s t a b l et i m e a n dp e a kt i m e ) c a r lb eo b t a i n e db ym e a i l so f a n d0t h ec o n c e n t r a t i o n so f2 , 4 di nm o b i l ep h a s ec a l lb em e e dt h er e l a t i o n so f s t a b l et i m ekp e a kt i m e a n dt h ec o n c e n t r a t i o n so f 2 ，4 一df i l eg i v e na sf o l l o w s ：r ，= 6 8 7 + 8 2 8 ( 一l o g c )t = 1 53 7 + 1 97 2 ( - l o g c )t h e l i n e a rr a n g e i s1o 1 0 4 1o 1 0 1 m o 兒f o r m e a s u r e m e mo f 2 4 - d i n t h es a m p l ek e y w o r d s ：2 , 4 - d i c h l o r o p h e n o x ya c e t i ca c i d , m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n g ，c o f u n c t i o n a lm o n o m e r sm e t h o d ,c o h m mc h r o m a t o g r a m ，s t r e a m 1 9p o t e m i o m e t r y原創(chuàng)性聲明本人聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果。參與同一工作的其他同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名：工趣日期! ! ! 生：! ：羅本論文使用授權(quán)說明本人完全了解上海大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留論文及送交論文復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容。( 保密的論文在解密后應(yīng)遂守此規(guī)定簽名：_ 三逸導(dǎo)師簽名：疊耋孕日期：0 牛。f! ：! 二! 坌堡! 墨全竺竺塑至墨生旦= 蘭查查蘭墮主蘭! ! 壘墨圖表目錄圖i 1分子記印的兩種基本形式圖1 2兩位點(diǎn)結(jié)合示意圖圖1 3 犧牲空間法制備m i p 示意圖圖1 4 復(fù)合功能單體制備m i p 示意圖圖1 5流動電位裝置示意圖圖1 6 擴(kuò)散雙電層模型表2 1m i p s 配方列表圖2 1流動電位實(shí)驗(yàn)裝置圖圖2 2 流通池實(shí)驗(yàn)裝置圖圖3 12 , 4 dm i p 合成的工藝流程圖表3 1不同功能單體的m i p 的制備條件和性狀圉3 ，22 ，4 一d 甲醇溶液的光譜益線圖3 3p o a c 甲醇溶液的光譜曲線圖3 42 , 4 一d 甲醇溶液的校正曲線圖3 5p o a c 甲醇溶液的校正曲線圖3 6以4 v p 為功能單體制備的m i p 為固定相的a t 曲線表3 2以4 一v p 為功能單體制備的m i p 的飽和時(shí)間圖3 7以m a a 為功能單體制備的m i p 為固定相的a t 曲線表3 3以m a a 為功能單體制備的m i p 的飽和時(shí)間圖3 8 復(fù)合功能單體制備的m i p 為固定相的a t 曲線表3 4 復(fù)合功能單體制各的m i p 的飽和時(shí)間圖3 9以4 - v p 5 為固定相的色譜流出曲線圖3 1 0 以不同功能單體制各的m i p 為固定相的2 , 4 一d 色譜流出曲線圖3 1 12 ，4 一d 在刁i 同聚合物中的色譜流出曲線圖3 1 2 不同流速f 流動電位與時(shí)問的關(guān)系曲線圖3 1 3 流動電位及流動相吸光度與時(shí)間的關(guān)系曲線表3 5 不同濃度的2 , 4 - d 甲醇溶液的粘度圖3 1 42 ，4 一d 甲醇溶液的粘度_ ，7 對( 1 0 9 c ) 的校正曲線v i i26892389o38ol123345667s91z一2衛(wèi)o33ooo3300330o4影4舡一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一2 ，4 - 1 ) 分子記印聚合物的研究及應(yīng)用上海大學(xué)碩士學(xué)位論文3 2 1 32 ，4 dm i p 的色譜行為3 2 2 流動電位法研究2 , 4 dm i p 的性能3 2 2 1 實(shí)驗(yàn)裝置對流動電位測試的影響3 2 2 2 流動電位測試的響應(yīng)機(jī)理3 2 2 - 3 用流動電位法探討2 , 4 dm i p 的結(jié)合性3 2 2 4 用流動電位法探討2 ，4 一dm i p 的選擇性3 2 2 5m i p 與空白聚合物的比較3 2 3m i p 與流動電位法結(jié)合測試模板分子的濃度3 2 12 ，4 dm i p 對2 , 4 一d 的結(jié)合方式的探討第四章結(jié)論參考文獻(xiàn)附錄一蠕動泵流速的測定附錄二紫外工作波長下2 , 4 d 甲醇溶液濃度與吸光度的校正曲線附錄三紫外工作波長下p o a c 甲醇溶液濃度與吸光度的校正曲線發(fā)表論文致謝v l一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一| |一| | ；| | i! ：! 二! 坌至! 莖全竺竺塹塞墨皇旦一一一_ 二墮查蘭堡主蘭堡魚墨1 1 分子記印技術(shù)第一章前言近3 0 年來，高分子化學(xué)與高分子材料工業(yè)發(fā)展迅猛，功能高分子材料也得到了蓬勃發(fā)展。所謂“功能”【1 】是指這類高分子除了機(jī)械特性外，另有其他功能，例如，在溫和條件下有高度選擇能力的化學(xué)反應(yīng)活性，對特定金屬離子的選擇螯合性，薄膜的選擇透氣性、透液性和透離子性，其功能性還有催化性、相轉(zhuǎn)移性、光敏性、光致變色性、光導(dǎo)性、導(dǎo)電性、磁性和生物活性等，這些都與高分子材料中具有特殊結(jié)構(gòu)的官能團(tuán)密切相關(guān)。功能高分子的獨(dú)特性使其在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，引起了人們廣泛注意。近些年來，人們開始開發(fā)適用于生物、制藥和分析等領(lǐng)域的新型功能高分子，其中分子記印技術(shù)( m 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 y m i t ) 是較為突出的一種。m i t 可追溯至1 9 4 0 年，著名的諾貝爾獎獲得者p a u l i n g 2 】在研究抗體和抗原的相互作用時(shí)，試圖用鎖匙理論解釋免疫體系。雖然他的理論經(jīng)后人的實(shí)踐證明是錯(cuò)誤的，但是在他的這種錯(cuò)誤的理論中仍有兩點(diǎn)是正確的：( 1 ) 生物體所釋放的物質(zhì)與外來物質(zhì)有相應(yīng)的結(jié)合位點(diǎn)，( 2 ) 生物體所釋放的物質(zhì)與外來物質(zhì)在空間上相互匹配。正是基于這兩點(diǎn)假設(shè)，化學(xué)家們發(fā)展了一項(xiàng)有效的分析技術(shù)稱為分子記印技術(shù)。在國內(nèi)也有人把它稱為“分子烙印技術(shù)”或“分子印跡技術(shù)”。1 9 4 9 年，d i c k e y 首先提出了“分子記印”這一概念，但在很長一段時(shí)問內(nèi)沒有引起人們的重視。直到1 9 7 3 年由w u l f f1 3 】研究小組首次報(bào)道了人工合成的有機(jī)分子記印聚合物( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gp o l y m e r m i p ) 之后，隨著w u l f f 和m o s b a c h 等人在共價(jià)和非共價(jià)型分亍二記印上的開拓性工作，這項(xiàng)技術(shù)才逐漸為人們所認(rèn)識。并于近1 0 年內(nèi)得到了飛速的發(fā)展。迄今，在記印機(jī)理、制備方法以及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究都取得了很大的進(jìn)展，尤其是在分析化學(xué)方面的應(yīng)用更是令人矚目。在此期間有關(guān)分子記印技術(shù)的文章大量涌現(xiàn)，僅最近3 4 年間在各種刊物上共發(fā)表有關(guān)分子記印方面的文章就有6 0 0 余篇f 4 】，可以說整個(gè)研究工作正處于欣欣向榮的階段。由于m i p 制備簡單，成本低，穩(wěn)定性高和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，它在許多領(lǐng)域，如色譜中對映體和異構(gòu)體的分離i s - g 、固相萃取【1 0 - 1 4 、化學(xué)仿生傳感器1 1 5 - 2 9 1 、有機(jī)合成f 3 0 ，第1 頁共7 1 頁! ：! ：! 坌至壟翌莖全竺盟塹查墾皇旦一一_ 二望生竺蘭墮主蘭堡壘蘭3 1 1 、模擬酶催化【3 2 。3 4 l 、i 臨床藥物分析【3 5 - 3 8 、膜分離技術(shù)p 9 4 3 1 等領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。分子記印技術(shù)的主要研究工作主要集中在瑞典、德國、日本和美國。我國從事這一方向的研究還不到8 年，可以說剛剛起步?，F(xiàn)就m i t 的概念、機(jī)理、性能測試方面的研究現(xiàn)狀作一簡單介紹。1 1 1 分子記印技術(shù)的基本概念與原理分子記印技術(shù)( m i t ) 是指為獲得在空間結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點(diǎn)上與某一分子( 模板分子)完全匹配的聚臺物的實(shí)驗(yàn)制各技術(shù)。它是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：( 1 ) 功能單體和模板分子在一定條件下形成某種可逆的復(fù)合物，( 2 ) 加入交聯(lián)劑將這種復(fù)合物“凍結(jié)”起來，制得高聚物，( 3 ) 將模板分子抽提出來，即通過一定的方法把模板分子從聚合物中脫去。這樣就在高分子共聚物中留下一個(gè)與模板分子在空間結(jié)構(gòu)上完全匹配，并含有與模板分子專一結(jié)合的功能基的三維空穴( 如圖1 1 ) 。這個(gè)三維空穴可以重新與模板分子結(jié)合，且對模板分子有“預(yù)定( p r e d e t e r m i n e d ) ”選擇性，稱為分子識別位。臻髫，赫，j ，。，l 蝴m ”# l 爹警：壤$ # # ：* 、裁耄蓄蠢鑲：藏沁始赫酵擴(kuò)訓(xùn)茹一。露箋；一i 薹l 辮、分早自組裝分子預(yù)組織( s e l f - - a s s e m b l i n g )( p r e o r g a n i z a t i o n )圖1 1 分子記印的兩種基本形式f i g 11t h et w om o d e sf o rm o l e c u l a r l yi m p r i n t i n g分子識別位的空間結(jié)構(gòu)和功能單體的種類是由模板分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)所決定的。由于用不同的模板分于制備的分子記印聚合物( m i p ) 具有不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的分子識別位，所以。種m i p 只能與結(jié)構(gòu)極其類似的一類分子結(jié)合，也就是說m i p第2 頁共7 l 頁窄夸卜謄卜i - 晦2 4 - d 分子記印聚合物的研究廈應(yīng)用上海大學(xué)碩士學(xué)位論文對該類分子具有選擇性結(jié)合作用。迄今報(bào)道過的絕大多數(shù)工作都獲得了較高的選擇性，這也是m i p 最大的優(yōu)點(diǎn)之所在。1 1 2 分子記印技術(shù)的分類1 1 2 1 按結(jié)合方式分類按照功能單體與模板分子結(jié)合方式的不同，分子記印技術(shù)大致可分為分子自組裝( s e l f - - a s s e m b l i n g ) 和分子預(yù)組織( p r e o r g a n i z a t i o n ) ，如圖1 1 所示。兩者的主要區(qū)別在于功能單體與模板分子結(jié)合的機(jī)理不同。分子自組裝是指功能單體和模板分子之間是通過弱的相互作用力( 如靜電力、疏水作用力、氫鍵及金屬配位健等) 形成單體一模板分子復(fù)合物，而且是在溶液中自發(fā)形成的。其研究工作的代表是瑞典的m o s b a c h ；而以德國的w u l f f 和美國的s h e a 為主的研究小組則是通過單體和模板分子之間形成可逆性共價(jià)鍵來合成單體一模板分子復(fù)合物的，這就是分子預(yù)組織f 。1 1 2 2 按制備方式分類根據(jù)m i p 的制備方式，主要可以分為兩大類：包埋法和表面記印法。在包埋法中，傳統(tǒng)的方法是沉淀聚合法：將功能單體和模板分子加入到一定的溶液f 一般是有機(jī)溶劑) ，使單體排列在模板分子周圍，聚合后干燥并經(jīng)研磨或磨碎等工序加工成所需粒度的粒子，該方法簡單、易控制，便于普及；為了能直接得到球形的m i p ，可用乳液聚合法，當(dāng)生成的m i p 作為色譜的固定相進(jìn)行分離或分析時(shí)，常用此方法，該方法是將模板分子、功能單體、交聯(lián)劑溶于有機(jī)溶劑，然后將它們移入水溶液中，攪拌乳化，加入引發(fā)劑聚合，可以直接得到較均一的球形m i p ，另外還有懸浮聚合法、原位聚合法、多步溶脹聚合法等等。包埋法的共同點(diǎn)是合成時(shí)模板分子都包埋在聚合物的內(nèi)部，而在聚合物表面的分布比較有限，在應(yīng)用中就會遇到模板分子不易被洗脫，介質(zhì)內(nèi)部擴(kuò)散阻力大，聚合物的有效尺寸低等問題。為了克服這些缺點(diǎn)，提出了表面記印法，即在可控制條件下生產(chǎn)的機(jī)械穩(wěn)定性好的粒子表面加以記印，制得表面記印m i p ，其識別位點(diǎn)分布在表層。通常采用的方法是通過在微球上進(jìn)彳記印或涂層得到m i p 。早在1 9 4 9 年d i k e y 就曾提出過記印硅膠，k e m p e 等使用二二氧化磷進(jìn)行表面記印，他們在研究中首先將甲基丙烯酸鍵聯(lián)第3 頁共7 1 頁! ：! ：! 坌! 曼! ! 莖全塑竺竺窒壘生墨二蘭曼蟹! 蘭壁蘭蘭墅! 絲主到二氧化硅粒子的表面，前者可以與模板分子產(chǎn)生共價(jià)作用或超分子作用，然后經(jīng)自由基聚合形成表面記印m i p ，利用該方法以羅丹尼羅蘭、堿性桃紅等為模板分子制備m i p ，獲得了滿意的效果。 4 4 。4 6 】1 1 3 分子記印聚合物的性能測試m i p 的性能測試通常集中于以下兩個(gè)方面：1 1 3 1m i p 的結(jié)合睦和選擇性主要通過測定離解常數(shù) d 、容量因子 ，) 和吸附量( q ) 來評價(jià)m i p 的結(jié)合性和選擇性【4 7 j 。為達(dá)到目的，一般需制備空白聚合物( 在聚合過程中不使用模板分子1 作為對照。其中最常用的測試方法是高效液相色譜分析。將篩分過的m i p 做為色譜固定相裝填入色譜柱內(nèi)，用洗提液洗至出現(xiàn)平直基線，然后將含有模板分子的有機(jī)溶液作為分析樣品注入，由分離度口和出峰時(shí)間t 來確定m i p 對模板分子是否具有高選擇性以及高結(jié)合性【4 8 】。紫外光譜分析和熒光檢測法作為高靈敏度的定量檢測方法也廣泛用于其中1 5 0 - 5 2 t 。此外，還有差示脈沖伏安法【5 3 l 和電勢測定法【5 4 j 等等。1 1 3 2m i p 的穩(wěn)定性一般通過考察聚合物的溶漲性、熱穩(wěn)定性能及m i p 的條件耐受性和使用壽命來評價(jià)m i p 的穩(wěn)定性f 5 5 】。使用熱分析天平來測試聚合物的失重溫度來得到聚合物的熱穩(wěn)定參數(shù)【5 6 1 。而m i p 的條件耐受性集中于酸堿耐受性和高溫高壓耐受性，主要通過測試m i p 有效的p h 值范圍和m i p 的失效溫度和壓力來表征。1 1 4 分子記印聚合物中分子識別機(jī)理的研究一般認(rèn)為分子記印聚合物對模板分子的識別主要是由三個(gè)方面的因素決定的 4 1 。1 1 4 1 記印反應(yīng)m i p 中功能單體上功能基團(tuán)與模板分子上功能基團(tuán)的選擇性反應(yīng)，即“記印反應(yīng)”主要有以下兩種方式：第4 頁共7 1 頁2 4 - 1 ) 分子記印聚合物的研究及應(yīng)用上海大學(xué)碩士學(xué)位論文( 1 1分子自組裝形成非共價(jià)鍵( 包括氫鍵、離子鍵、金屬配位鍵、n n作用力、疏水作用力和范德華作用力) 的反應(yīng)。( 2 )分子預(yù)組織形成可逆性共價(jià)鍵的反應(yīng)。成功的記印反應(yīng)是后期m i p 能對模板分子有效響應(yīng)的基礎(chǔ)【5 7 1 ，能影響記印反應(yīng)發(fā)生的因素都能影響m i p 對模板分子的識別作用。這些因素有：( 1 ) 功能基團(tuán)的抑制劑，( 2 ) 功能基團(tuán)空間取向的改變，( 3 ) 靜電斥力和空間位阻效應(yīng)，( 4 ) 溶劑的影響。其中溶劑的某些性質(zhì)對記印反應(yīng)的發(fā)生以及后期m i p 對模板分子的再識別有很大的影響，這些性質(zhì)主要有溶劑的極性、介電常數(shù)、質(zhì)子化作用及絡(luò)合作用等。溶劑對m i p 的影響也可歸于上述第( 1 ) 類因素，即功能基團(tuán)的抑制劑。溶劑的影響是通過與模板分子的功能基團(tuán)形成氫鍵等弱的相互作用，使模板分子與功能基團(tuán)的反應(yīng)活性受到影響啷l 。這對分子自組裝方法的影響尤其大。因?yàn)榉肿幼越M裝就是通過這些弱的相互作用實(shí)現(xiàn)的，模板分子一旦與溶劑形成氫鍵或其他類型的鍵，就很難再與識別位中的功能基團(tuán)發(fā)生作用，所以自組裝分子m i p 的制備大都在非極性有機(jī)溶劑中進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)證明，識別位點(diǎn)的數(shù)量，以及識別位中能與模板分子發(fā)生作用的功能基團(tuán)的個(gè)數(shù)對m i p 的選擇性和結(jié)合性有很大的影響。通常，作用位點(diǎn)越多，m i p 對模板分子的選擇性和結(jié)合性也越高。功能基團(tuán)的數(shù)量一般是由模板分子上功能基團(tuán)的數(shù)量決定的，這方面的研究還很少。同時(shí)也有人認(rèn)為：m i p 對模板分子的選擇性和結(jié)合性不僅是因?yàn)閙 i p 中有可以與模板分子進(jìn)行專一反應(yīng)的結(jié)合位點(diǎn)，更為重要的是功能單體在m i p 上形成了高度有序的結(jié)構(gòu)，這種高度有序的結(jié)構(gòu)與離子或( 和) 疏水作用力一起對m i p 的選擇性和結(jié)合性起主要作用【58 1 。1 1 4 2m i p 識別位的空間結(jié)構(gòu)與模板分子的匹配m i p 識別位的空嵋j 結(jié)構(gòu)與模板分子的構(gòu)型、構(gòu)象的完美匹配有利于識別位中功能基團(tuán)與模板分子功能基團(tuán)的充分靠近并進(jìn)行專一性結(jié)合。識別位的結(jié)構(gòu)和形狀并不是完全剛性和一成不變的。實(shí)際上在溶劑中，不論是通過分子自組裝還是通過分子預(yù)組織方法制備的m i p 都存在溶脹現(xiàn)象。這使得識別位空穴的大小和形狀都發(fā)生改變，從而使選擇性和結(jié)合性發(fā)生不同程度的改變。實(shí)驗(yàn)證明f 5 9 1 ，聚合物構(gòu)象的改變是通過溶劑作用于聚合物鏈而引起的。這種構(gòu)象的改變可以通過測定聚合物與模板分子結(jié)合前后的旋光性的改變而直接檢測出第5 負(fù)共7 l 頁2 4 - 1 ) 分子記即聚合物的研究反壓用上海大學(xué)碩士學(xué)位論文來。聚合物的溶脹對于以分子自組裝和分子預(yù)組織方法制各的聚合物的影響是不同的，對于以分子預(yù)組織方法制備的聚合物來說，除去模板分子的聚合物在溶劑中會發(fā)生溶脹，但當(dāng)聚合物重新與模板分子結(jié)合后，聚合物的體積由于功能基團(tuán)與模板分子的再結(jié)合反應(yīng)而減小，甚至減小到原來的體積。這說明，預(yù)組織分子m i p 功能基團(tuán)與模板分子之間的作用力強(qiáng)于溶劑與聚合物鏈的作用力；而對于分子自組裝方法制備的m i p 來說，則不存在這種體積減小的現(xiàn)象。這說明功能基團(tuán)與模板分子之間的作用力弱于或最多等于溶劑與聚合物鏈之間的作用力。這也可以作為溶劑對分子自組裝的影響比對于分子預(yù)組織方法的影響更大的直接證據(jù)之一?？偟膩碚f，m i p 對摸板分子的作用是功能基團(tuán)和聚合物空穴對于模板分子的選擇性和親和力共同在起作用的結(jié)果。1 1 4 3m i p 對模板分子的識別過程不論是m i p 被用于催化還是被用于分離或其它目的，被選擇底物( 模板分子1 是否能正確進(jìn)入識別位空穴都是很重要的。對于一個(gè)有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)的空穴來說，模板分予進(jìn)入空穴并與功能基團(tuán)結(jié)合有以下兩種情況，如圖1 2 所示：( 1 ) 首先通過單位點(diǎn)結(jié)合，然后通過模板分子的移動使兩個(gè)位點(diǎn)都發(fā)生反應(yīng)，這是最為理想的情況。( 2 ) 單位點(diǎn)結(jié)合以后，由于空間的關(guān)系，通過模板分子的移動無法形成正確的兩位點(diǎn)結(jié)合。這個(gè)模板分子如想形成正確的兩位點(diǎn)結(jié)合就必須斷裂已結(jié)合的鍵。霄一驥彩幽1 2 兩位點(diǎn)結(jié)合示意圖f i g 1 2t h es k e t c ho fd i s i t ec o m b i n a t i o n事實(shí)上，兩位點(diǎn)結(jié)合的結(jié)合常數(shù)大于單位點(diǎn)結(jié)合的結(jié)合常數(shù)，所以說大多數(shù)底物分子都能以正確的方式進(jìn)入空穴并與功能基團(tuán)結(jié)合。這可能是由于聚合物鏈之間的空隙和空穴的形狀已對底物分子進(jìn)行了初步的定向和篩選。但是，兩位點(diǎn)結(jié)合的第6 爽共7 1 班2 4 - d 分子記印聚合物的研究及應(yīng)用上海大學(xué)碩士學(xué)位論文速度卻較慢。實(shí)驗(yàn)證明升高溫度可以大幅度提高m i p 對模板分子的選擇性，這可能是由于在較高溫度下發(fā)生兩點(diǎn)結(jié)合的速度提高，且在較高溫度下分子運(yùn)動加劇，單位點(diǎn)結(jié)合的底物可以較快地落下來，繼而形成正確的雙位點(diǎn)結(jié)合的形式：同時(shí)溫度升高，使聚合物更加膨脹，那些在室溫下不能被利用的空穴由于聚合物的膨脹而得以被利用。對于同一個(gè)m i p 來說，不同識別位的選擇能力是不同的，他們對于m i p 選擇性的貢獻(xiàn)也是不同的。這是由于識別位的功能基團(tuán)與及與模板分子的匹配程度不同所造成的。許多實(shí)驗(yàn)證明，盡管m i p 對于原模板分子的專一性結(jié)合占絕對優(yōu)勢，但由于功能單體在聚合過程中，有相當(dāng)一部分沒有與模板分子結(jié)合的功能基團(tuán)存在于聚合物表面，這些功能基團(tuán)可以和其它分子結(jié)合( 一般稱這類結(jié)合為非特異性結(jié)合) ，聚合物空穴中的功能基團(tuán)也可以進(jìn)行這種非特異性結(jié)合。另外聚合物鏈上還存在的一些其它基團(tuán)也可以和其它分子結(jié)合。這樣聚合物在特異地與模板分子結(jié)合的同時(shí)還可以非特異地結(jié)合其它分子，從而造成對模板分子的選擇性降低，對于色譜分析來說會造成峰的“拖尾”現(xiàn)象；而對于用作傳感器敏感材料來說，則會造成干擾或誤檢。m c n i v e n 等州人通過用碘仿等試劑處理m i p ，在保護(hù)特異性結(jié)合位點(diǎn)的同時(shí)抑制非特異性結(jié)合反應(yīng)，從而獲得了較高的選擇性。1 1 5 分子記印技術(shù)的進(jìn)展由于m i t 具有制備簡單、成本低，穩(wěn)定性高、操作簡單、對模板分子具有高選擇性和高結(jié)合性、應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為廣受世人矚目的門新興交叉學(xué)科。為了獲得更有效的應(yīng)用，眾多科學(xué)工作者致力于提高m i p 的性能，研究主要在以下幾個(gè)方面展，r 。1 1 5 1 改進(jìn)單體與模板分子的結(jié)合方式( 1 ) 結(jié)合分子自組裝和分子預(yù)組織的方法生物界中非共價(jià)的鍵合作用在生命的意義中更加重大，以非共價(jià)鍵即分子自組裝的形式制各的m l p 作用溫和、應(yīng)用范圍廣，能夠更好的模擬生物活性分子。在分子預(yù)組織的形式中，通過條件的改變使共價(jià)鍵形成和斷裂，從而實(shí)現(xiàn)模板分子的吸附和解離，這種方式所需能量大，操作條件要求高，適用的范圍窄，但是由于固定準(zhǔn)確和空間定向嚴(yán)格，親和專一性比分子自組裝形式強(qiáng)。將分子自組裝和分子預(yù)組第7 頁共7 l 頁2 4 - i ) 分子記印聚合物的研完應(yīng)應(yīng)用上海大學(xué)碩士學(xué)位論文織結(jié)合起來，有可能得到更好的m i p ，因此人們尋求綜合了兩種方法優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合方法，使制得的m i p 專一性強(qiáng)且操作條件溫和。圍繞這一點(diǎn)，發(fā)展了許多復(fù)合式的分子記印技術(shù)。v u l f s o n 6 1 】等人發(fā)展了一種稱之為“犧牲空間法( s a c r i f i c i a ls p a c e rm e t h o d ) ”的分子記印技術(shù)。該法實(shí)際上是把兩種方法結(jié)合起來形成的方法。首先，模板分子膽固醇與功能單體4 乙烯基苯碳酸酯以共價(jià)鍵的形式形成模板分子的衍生物( 單體一模板分子復(fù)合物) ，這一步相當(dāng)于分子預(yù)組織過程。然后交聯(lián)聚合，使功能基固定在聚合物鏈上，通過水解使共價(jià)結(jié)合部斷裂形成酚羥基作為功能基留在空穴中。當(dāng)模板分子重新進(jìn)入空穴中時(shí)，模板分子與功能單體上的功能基不是以共價(jià)鍵結(jié)合，而是以非共價(jià)鍵( 氫鍵) 結(jié)合，如同分子自組裝( 如圖1 _ 3 ) 。m e 2聚合”。2抽提再結(jié)臺幽1 3 犧牲空f q 法制備m 1 p 示意圖f i g1 3s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no fs a c r i f i c i a ls p a c e rm e t h o di m p r i n tf o r m a t i o np i l e t s k y l 6 2 1 等人也發(fā)展了一種分子自組裝和分子預(yù)組織相結(jié)合的方法：硅酸受體以烯丙基胺( a 1 1 y la m i n e ) 和乙烯基苯基硼酸( v i n y i p h e n y l b o r o n i ca d d ) 為功能單體。甲基丙烯酸乙撐酯為交聯(lián)劑。首先使硅酸和乙烯基苯基硼酸發(fā)生酯化反應(yīng)，形成功能單體1 一模板分子復(fù)合物，然后該復(fù)合物與另一功能單體烯丙基胺自發(fā)形成單體i 模板分子一單體2 復(fù)合物，加交聯(lián)劑后發(fā)生共聚合反應(yīng)形成硅酸分子記印聚合物，最后脫去硅酸e 當(dāng)硅酸分子重新進(jìn)入聚合物字穴后，兩種功能單體都以非共價(jià)鍵與硅酸分子結(jié)合。上述兩種方法雖然可以克服在同一聚合物中同時(shí)使用兩種功能單體時(shí)存在的困難，但都不可避免預(yù)組織方法所存在的化學(xué)合成的困難。第8 氟共7 l 頃! ：! 二! 坌主壟! 鍪全塑墮塹塞壘生旦一一型望望壁墜蘭塹i 塑墨( 2 ) 復(fù)合功能單體法m o s b a c h f 6 3 】等人則提出以復(fù)合功能單體制備氨基酸衍生物分子記印聚合物的方法。該方法同時(shí)以弱堿2 一乙烯基毗啶( 2 v i n y l p y r i d i n e ) $ 口弱酸甲基丙烯酸( am e t h a c r ) r l i ca c i d ) 為功能單體與模板分子一左旋n - 丹酰基一苯丙氨酸( d a n s y l l - p h e n y l a l a n i n e ) 生成多點(diǎn)結(jié)合的復(fù)合物，加交聯(lián)劑共聚反應(yīng)露定后洗脫模板分子得到多作用點(diǎn)的分子識別位( 如圖1 4 ) ?！?，7 。b 、1i z 、d h 。，。、，：o 嗨“、。n 羔。h nii 一7 ，一、2 型一；一。”2 。，；苧堡，”：蘭叫、刪。wio 一1 i- k w 、ii一一j，p圖1 4 復(fù)合功能單體制備m i p 示意圖f i g1 4s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no fm u l t i p l ef u n c t i o n a lm o n o m e r sm e t h o di m p r i n tf o r m a t i o n當(dāng)再遇到左旋n 一丹?；奖彼岱肿樱鯄A性基團(tuán)與摸板分子上的羧酸基團(tuán)以弱的離子作用相結(jié)合；而弱酸性基團(tuán)則與酰氨基產(chǎn)生氫鍵結(jié)合，其結(jié)合能力經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明顯著高于單個(gè)功能單體合成的m i p 。不過復(fù)合功能單體法就必須面對酸堿功能單體自行先發(fā)生中和反應(yīng)這個(gè)問題。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理所的孟子暉等人【6 7 l 為了則克服了這個(gè)問題，進(jìn)一步提高了分子記印的效率，以2 一乙烯基吡啶( 2 v p ) 和丙稀酰胺( a m ) 堿性復(fù)合功能單體制備了以氨基酸衍生物為模板分子的分子記印手性固定相，進(jìn)一步系統(tǒng)地考察了功能單體對分子記印手性固定相的手性拆分能力的影晌。發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺可以與氨基酸衍生物的酰胺基團(tuán)形成較強(qiáng)的氫鍵作用，堿性功能單體2 一乙烯基口 匕啶則與其羧基形成較強(qiáng)的離子作用，兩者的協(xié)同作用使復(fù)臺功能單體丙烯酰胺和2 一乙烯基吡啶對于氨基酸衍生物具有優(yōu)異的選擇結(jié)合性能。1 1 5 2m i p 合成方法的發(fā)展m i p 合成方法的發(fā)展主要圍繞著兩個(gè)問題，一是對材料的性能加以改善( 如提高交換容量、提高材料韌性) ，以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的需要，另一方面是在水溶液體系中進(jìn)行分子記印，以解決對水活性分子，特別是生物大分子的記印問題，擴(kuò)大第9 頁共7 l 匾2 4 - d 分子記印聚合物的研究廈應(yīng)用上海大學(xué)碩士擘住論文分子記印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。( 1 ) 對材料的性能加以改善作為聚合物，m i p 要具有以下特性才能得到較好的分離效果和廣泛使用：具有一定的剛性，以確保m i p 在應(yīng)用過程中保持識別位的空間構(gòu)型和功能基團(tuán)的位置，從而具有高度的選擇性：具有一定的柔韌性以確保再結(jié)合動力學(xué)過程盡快達(dá)到平衡； 親和位點(diǎn)的可接近性； 機(jī)械性能穩(wěn)定以使m i p 能在高壓下應(yīng)用；熱穩(wěn)定性，以使m i p 能承受高溫且有利于再結(jié)合動力學(xué)過程【4 j 。為了制各識別性能較好的材料，常采用較高的交聯(lián)度。從理論上講，網(wǎng)絡(luò)的分子識別性能主要依賴于網(wǎng)絡(luò)的高度交聯(lián)。然而，高交聯(lián)體系中模板分子向內(nèi)或外的擴(kuò)散被交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)所阻礙，導(dǎo)致傳質(zhì)動力學(xué)不理想，動態(tài)吸附容量很低。并且網(wǎng)絡(luò)是脆的( 易碎的) ，材料的物理性質(zhì)往往不能令人滿意，不適合實(shí)用上的要求。因而有必要在設(shè)計(jì)中將分子識別性能與聚合物的物理性質(zhì)分開來考慮。這意味者將不同的聚合物以某種方式結(jié)合，得到復(fù)合的聚合物，通過對聚合物的結(jié)構(gòu)和形態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同聚合物起不同的作用，使材料的識別位有良好的可近性，傳質(zhì)速度快、交換容量高，同時(shí)又具有良好的物理性能【6 8 j 。( 2 ) 在水溶液體系中進(jìn)行分子記印m i p 在水相中的制備和識別是歷來存在的問題，溶劑對模板分子之間的氫鍵等弱的相互作用，使m i p 的反應(yīng)活性受到或大或小的影響，對分子自組裝方法的影響不可忽視。所以自組裝m i p 的制備都是在非極性有機(jī)溶劑中進(jìn)行的，這也是m i p 模擬酶、抗體等與生物酶、生物抗體相比存在的不足之處。但最近關(guān)于用水作為溶劑的m i t 已有了突破性的進(jìn)展【6 9 - 7 2 1 ，在這些研究中，雖然還不能在水相中制各m i p ，但m i p 己能在水相中識別底物，這一點(diǎn)至少可以表明在水相中是可以發(fā)生記印反應(yīng)的。1 1 6 未來展望分子記印技術(shù)已有幾十年的歷史，但僅在近十年才獲得迅速的發(fā)展。目前對于它的研究與應(yīng)用還處在探索階段，從理論到方法都缺乏系統(tǒng)、深入的研究，并且遠(yuǎn)末達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用和影響。m i p 的選擇性吸附、制備簡單、性質(zhì)穩(wěn)定和可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)已獲得公認(rèn)，最突出的優(yōu)勢目前表現(xiàn)在與分離相關(guān)的技術(shù)方面，且在設(shè)計(jì)藥物農(nóng)藥殘留的選擇性凈化和檢測方法方面取得一定進(jìn)展。但是想要達(dá)到大量生產(chǎn)和第1 0 頁共7 1 頁2 4 - d 分子記印聚合物的研究及應(yīng)用上海大學(xué)碩士學(xué)位論文廣泛應(yīng)用，m i p 尚存在以下問題：( 1 ) 制各m i p 時(shí)需使用大量的模板分子，對那些昂貴或不易獲得的化合物，如生物活性物質(zhì)、代謝產(chǎn)物則存在現(xiàn)實(shí)的困難。( 2 ) 能夠進(jìn)行配印的模板分子范圍有限。迄今為止，m i p 的制備大多集中在小分子化合物上，對于生物大分子化合物如蛋白、糖蛋白，甚至整個(gè)細(xì)胞的研究進(jìn)行得尚少。生物大分子不僅結(jié)構(gòu)比較龐大，而且其本身的物理化學(xué)性質(zhì)也有其獨(dú)特之處，這對傳統(tǒng)的聚合方法等都提出了挑戰(zhàn)，比較看來表面記印方法似乎更適合于生物大分子。另一方面對于氣態(tài)小分子的研究也很少有人嘗試過。這可能是因?yàn)闅怏w分子本身體積太小，常溫時(shí)呈氣體，操作中無法控制等原因所致。( 3 ) 目前m i p 對靶向物質(zhì)的親和性明顯低于天然抗體或受體，限制了檢測的靈敏度。m i p 的非特異性吸附也是困擾m i p 用于痕量物質(zhì)分析的主要問題之一。( 4 ) 多數(shù)m i p 的制備和使用僅局限在低極性溶劑中進(jìn)行，不適于那些難溶的模板分子應(yīng)發(fā)展使用極性致孔劑的制各方法。在水相中直接進(jìn)行的m i p 分析，雖簡化了操作步驟，但親和性、選擇性都不高，p h 值、離子強(qiáng)度、緩沖液和有機(jī)改性劑等對m i p 吸附性均有較大影響。( 5 ) m i p 中殘余的模板分子往往難以除盡，在使用過程中又會緩慢釋放出來，影響分析結(jié)果。( 6 ) 在m i p 分析中存在嚴(yán)重的施尾現(xiàn)象，可能是高度交聯(lián)的m i p 限制了模板分子的擴(kuò)散，傳質(zhì)減弱，導(dǎo)致譜帶展寬和分離下降。m i p 識別位點(diǎn)吸附活性不均一也是影響因素之一。不過分子記印聚合物本身范疇也在不斷擴(kuò)展，各種新的方法不斷涌現(xiàn)出來?？傊畆 分子記印技術(shù)具有相