分子印跡技術(shù)及其應(yīng)用課件

分子印跡技術(shù)及其應(yīng)用

06級藥理劉祥國分子印跡技術(shù)及其應(yīng)用

1一分子印跡技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

分子印跡的出現(xiàn)源于免疫學(xué),早在二十世紀(jì)三十年代Breinl和Haurowitz,而后是Mudd提出一種當(dāng)抗原侵入時生物體產(chǎn)生抗體的理論。20世紀(jì)40年代,當(dāng)時諾貝爾獲得者Ｐａｕｌｉｎｇ在免疫學(xué)研究中提出了抗體的形成學(xué)說,認(rèn)為抗體的合成是以抗原為模板的，后來“克隆選擇”理論否定了Pauling的抗體形成學(xué)說,但這種學(xué)說卻為分子印跡理論奠定了基礎(chǔ)。1972年Wulff小組首次報導(dǎo)成功制備出分子印跡聚合物。經(jīng)過二三十年的努力,分子印跡技術(shù)趨于成熟,并在分離提純、免疫分析、模擬酶以及生物傳感器等方面顯示出應(yīng)用潛力和廣泛的應(yīng)用前景。一分子印跡技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

分子印跡的出現(xiàn)源于免疫學(xué),早在2二分子印跡的基本原理

當(dāng)模板分子(印跡分子)與聚合物單體接觸時會形成多重作用點，通過聚合過程這種作用就會被記憶下來，當(dāng)模板分子除去后，聚合物中就形成了與模板分子空間構(gòu)型相匹配的具有多重作用點的空穴，這樣的空穴將對模板分子及其類似物具有選擇識別特性。二分子印跡的基本原理

當(dāng)模板分子(印跡分子)與聚合3功能單體交聯(lián)劑分子空穴功能單體交聯(lián)劑分子空穴4分子印跡的步驟分子印跡技術(shù)一般包括以下幾個步驟：(1)在一定溶劑(也稱致孔劑)中，模板分子(TemplateMolecule，即印跡分子)與功能單體(FunctionalMonomer)依靠官能團之間的共價或非共價作用形成主客體配合物；分子印跡的步驟分子印跡技術(shù)一般包括以下幾個步驟：5(2)加入交聯(lián)劑，通過引發(fā)劑引發(fā)進行光或熱聚合，使主客體配合物與交聯(lián)劑通過自由基共聚合在模板分子周圍形成高聯(lián)的剛性聚合物；(2)加入交聯(lián)劑，通過引發(fā)劑引發(fā)進行光或熱聚合，使主客體配合6(3)將聚合物中的印跡分子洗脫或解離出來，這樣在聚合物中便留下了與模板分子大小和形狀相匹配的立體孔穴，同時孔穴中包含了精確排列的與模板分子官能團互補的由功能單體提供的功能基團。這便賦予該聚合物特異的“記憶”功能，即類似生物自然的識別系統(tǒng)，這樣的空穴將對模板分子及其類似物具有選擇識別特性。(3)將聚合物中的印跡分子洗脫或解離出來，這樣在聚合物中便留7分類

目前，根據(jù)模板分子和聚合物單體之間形成多重作用點方式的不同，分子印跡技術(shù)可以分為兩類:(1)共價鍵法(預(yù)組裝方式)(2)非共價鍵法(自組裝方式)分類目前，根據(jù)模板分子和聚合物單體之間形成多重作用點方8(1)共價鍵法(預(yù)組裝方式)共價結(jié)合型MIPs最早由Wulff等提出,特點是功能單體與模板分子之間以共價鍵結(jié)合。但這種共價結(jié)合型的MIPs印跡分子限制較大，共價作用較強，結(jié)合與解離速度緩慢，難以達到熱力學(xué)平衡，不適合于快速識別，并且識別作用機理與生物識別相差甚遠(yuǎn)，且操作復(fù)雜，因此這種方法發(fā)展緩慢。(1)共價鍵法(預(yù)組裝方式)共價結(jié)合型MIPs最早由Wulf9(2)非共價鍵法(自組裝方式)非共價鍵法是制備分子印跡聚合物最有效且最常用的方法。這些非共價鍵包括靜電引力(離子交換)、氫鍵、金屬螯合、電荷轉(zhuǎn)移、疏水作用以及范德華力等。其中最重要的類型是離子作用，其次是氫鍵作用。(2)非共價鍵法(自組裝方式)非共價鍵法是制備分子印跡聚合物10與共價法相比非共價法簡單易行，模板分子易于除去，其分子識別過程也更接近于天然的分子識別系統(tǒng)，如“抗體一抗原”和“酶一底物”等。在印跡過程中還可以同時采用多種單體以提供給模板分子更多的相互作用，改善印跡效果。因此是分子印跡技術(shù)的研究熱點，發(fā)展很快。與共價法相比非共價法簡單易行，模板分子易于除去，其分子識別過11三分子印跡技術(shù)的特點

由上可見MIP有三大特點：(1)預(yù)定性(2)識別性(3)實用性三分子印跡技術(shù)的特點

由上可見MIP有三大特點：12(1)預(yù)定性即它可以根據(jù)不同的目的制備不同的MIPs，以滿足各種不同的需要(1)預(yù)定性13(2)識別性即MIP是按照模板分子定做的，可專一地識別印跡分子(2)識別性14(3)實用性即它可以與天然的生物分子識別系統(tǒng)如酶與底物、抗原與抗體、受體與激素相比擬，但由于它是由化學(xué)合成的方法制備的，因此又有天然分子識別系統(tǒng)所不具備的抗惡劣環(huán)境的能力，從而表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性和長的使用壽命。(3)實用性15四分子印跡技術(shù)的應(yīng)用

1分子印跡聚合物在層析上的應(yīng)用2抗體/受體結(jié)合模擬3色譜分析分子印跡4酶模擬5生物傳感器

四分子印跡技術(shù)的應(yīng)用

1分子印跡聚合物在層析上的應(yīng)用16分子印跡聚合物在層析上的應(yīng)用由于目前有相當(dāng)?shù)乃幬镂吹玫讲鸱?而分子印跡聚合物可用于層析固定相來分離對應(yīng)體,因此分子印跡層析(MolecularImprintingchromatography)對解決藥物拆分就具有很大潛力。分子印跡聚合物在層析上的應(yīng)用由于目前有相當(dāng)?shù)乃幬镂吹玫讲鸱?17抗體/受體結(jié)合模擬MIPs與印跡分子之間作用的強度與選擇性在一定程度上可以和抗原與抗體之間的作用相媲美，因而可用于抗體模擬。Mobasch等用茶堿分子印跡的聚合物測定病人血清中的茶堿含量，所得結(jié)果與酶聯(lián)免疫分析結(jié)果一致。這種模擬抗體制備簡單、成本低，在高溫、酸堿及有機溶劑中具有較好的穩(wěn)定性，此外還可以重復(fù)使用?？贵w/受體結(jié)合模擬MIPs與印跡分子之間作用的強度與選擇性在18色譜分析分子印跡色譜技術(shù)是分子印跡聚合物的又一應(yīng)用,可以用作分析,用于建立高效液相色譜或毛細(xì)管電泳方法,在此,分子印跡聚合物類似于免疫色譜中的免疫吸附劑。聚合物本體合成后研細(xì)裝柱或直接原位合成用作色譜柱。色譜分析分子印跡色譜技術(shù)是分子印跡聚合物的又一應(yīng)用,可以用作19酶模擬分子印跡最富挑戰(zhàn)性的應(yīng)用研究是對酶的人工模擬.同抗體酶一樣,人們試圖用分子印跡來獲得酶的結(jié)合部位和催化基團,從而顯示酶的活性。Sarhan以吡多醛為印跡分子,用4-乙烯基咔唑為單體制備出分子印跡高聚物,它促進了氨基酸衍生物的質(zhì)子轉(zhuǎn)移。應(yīng)用聚乙烯咔唑作為印跡聚合物能促進模板分子的酯水解能力。由于過渡態(tài)能促進產(chǎn)物的形成,所以印跡過渡態(tài)類似物成為最普遍地制備模擬酶的方法。酶模擬分子印跡最富挑戰(zhàn)性的應(yīng)用研究是對酶的人工模擬.同抗體酶20生物傳感器傳感器通常是指由敏感部件與轉(zhuǎn)化器緊密配合,對特定物質(zhì)組分具有選擇性和可逆響應(yīng)的分析裝置。傳感器的敏感層與復(fù)雜樣品中特定的目標(biāo)分析物之間的識別反應(yīng)會產(chǎn)生一些物理學(xué)信號的變化,再通過效應(yīng)器轉(zhuǎn)換成第二信號,用于物質(zhì)的檢測；

生物傳感器傳感器通常是指由敏感部件與轉(zhuǎn)化器緊密配合,對特定物21分子印跡聚合物為傳感器提供敏感材料,分子印跡聚合物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,成本低。應(yīng)用分子印跡聚合物取代天然物質(zhì)制備的傳感元件可能具有潛在的優(yōu)勢,它們很穩(wěn)定,可在苛刻的環(huán)境下使用。如果沒有生物識別元件發(fā)現(xiàn),分子印跡聚合物則是唯一的選擇。分子印跡聚合物為傳感器提供敏感材料,分子印跡聚合物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)22五需要更深入研究的問題是

1分子識別機理研究相對膚淺。對主客體的識別機制沒有統(tǒng)一說法,有些研究者認(rèn)為主客體分子間空間有方向性非共價鍵起決定作用,有些研究者認(rèn)為空間效應(yīng)起到關(guān)鍵作用。對結(jié)合位點的作用機理和傳質(zhì)機理了解也較少。

五需要更深入研究的問題是232目前單體得數(shù)量有限,合成方法有限,產(chǎn)量低。同一方法不同批次合成的聚合物識別能力不同,同一聚合物中結(jié)合位點在聚合物中的分布不均勻。

3在應(yīng)用中，非特異性吸附,影響檢測結(jié)果。模板分子難完全去除,在檢測中污染樣品。2目前單體得數(shù)量有限,合成方法有限,產(chǎn)量低。同一方法不同批24六展望

在未來一段時間，分子印跡技術(shù)的研究有可能主要集中在如下幾個方面：(1)分子印跡和識別過程的機理將從目前的定性和半定量描述向完全定量描述發(fā)展，從分子水平上認(rèn)識印跡和識別過程。(2)合成種類更多性能更好的功能單體和交聯(lián)劑，提高分子印跡聚合物的吸附行為和吸附容量。

六展望在未來一段時間，分子印跡技術(shù)的研究有可能主要集25(3)分子印跡和識別過程將從有機相轉(zhuǎn)向水相。(4)手性分離和固相萃取氨基酸手性藥物將步入產(chǎn)業(yè)化階段。

(3)分子印跡和識別過程將從有機相轉(zhuǎn)向水相。26(5)印跡技術(shù)將從氨基酸藥物等小分子超分子過渡到核苷酸、多肽、蛋白質(zhì)等生物大分子甚至生物活體細(xì)胞。(6)MIPs用于輔助合成和仿生傳感器將獲得較快發(fā)展。(5)印跡技術(shù)將從氨基酸藥物等小分子超分子過渡到核苷酸、多肽27謝謝大家

謝謝大家

28體育場體育場29校園草坪校園草坪30教學(xué)樓教學(xué)樓31冬天景色冬天景色32分子印跡技術(shù)及其應(yīng)用

06級藥理劉祥國分子印跡技術(shù)及其應(yīng)用

33一分子印跡技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

分子印跡的出現(xiàn)源于免疫學(xué),早在二十世紀(jì)三十年代Breinl和Haurowitz,而后是Mudd提出一種當(dāng)抗原侵入時生物體產(chǎn)生抗體的理論。20世紀(jì)40年代,當(dāng)時諾貝爾獲得者Ｐａｕｌｉｎｇ在免疫學(xué)研究中提出了抗體的形成學(xué)說,認(rèn)為抗體的合成是以抗原為模板的，后來“克隆選擇”理論否定了Pauling的抗體形成學(xué)說,但這種學(xué)說卻為分子印跡理論奠定了基礎(chǔ)。1972年Wulff小組首次報導(dǎo)成功制備出分子印跡聚合物。經(jīng)過二三十年的努力,分子印跡技術(shù)趨于成熟,并在分離提純、免疫分析、模擬酶以及生物傳感器等方面顯示出應(yīng)用潛力和廣泛的應(yīng)用前景。一分子印跡技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

分子印跡的出現(xiàn)源于免疫學(xué),早在34二分子印跡的基本原理

當(dāng)模板分子(印跡分子)與聚合物單體接觸時會形成多重作用點，通過聚合過程這種作用就會被記憶下來，當(dāng)模板分子除去后，聚合物中就形成了與模板分子空間構(gòu)型相匹配的具有多重作用點的空穴，這樣的空穴將對模板分子及其類似物具有選擇識別特性。二分子印跡的基本原理

當(dāng)模板分子(印跡分子)與聚合35功能單體交聯(lián)劑分子空穴功能單體交聯(lián)劑分子空穴36分子印跡的步驟分子印跡技術(shù)一般包括以下幾個步驟：(1)在一定溶劑(也稱致孔劑)中，模板分子(TemplateMolecule，即印跡分子)與功能單體(FunctionalMonomer)依靠官能團之間的共價或非共價作用形成主客體配合物；分子印跡的步驟分子印跡技術(shù)一般包括以下幾個步驟：37(2)加入交聯(lián)劑，通過引發(fā)劑引發(fā)進行光或熱聚合，使主客體配合物與交聯(lián)劑通過自由基共聚合在模板分子周圍形成高聯(lián)的剛性聚合物；(2)加入交聯(lián)劑，通過引發(fā)劑引發(fā)進行光或熱聚合，使主客體配合38(3)將聚合物中的印跡分子洗脫或解離出來，這樣在聚合物中便留下了與模板分子大小和形狀相匹配的立體孔穴，同時孔穴中包含了精確排列的與模板分子官能團互補的由功能單體提供的功能基團。這便賦予該聚合物特異的“記憶”功能，即類似生物自然的識別系統(tǒng)，這樣的空穴將對模板分子及其類似物具有選擇識別特性。(3)將聚合物中的印跡分子洗脫或解離出來，這樣在聚合物中便留39分類

目前，根據(jù)模板分子和聚合物單體之間形成多重作用點方式的不同，分子印跡技術(shù)可以分為兩類:(1)共價鍵法(預(yù)組裝方式)(2)非共價鍵法(自組裝方式)分類目前，根據(jù)模板分子和聚合物單體之間形成多重作用點方40(1)共價鍵法(預(yù)組裝方式)共價結(jié)合型MIPs最早由Wulff等提出,特點是功能單體與模板分子之間以共價鍵結(jié)合。但這種共價結(jié)合型的MIPs印跡分子限制較大，共價作用較強，結(jié)合與解離速度緩慢，難以達到熱力學(xué)平衡，不適合于快速識別，并且識別作用機理與生物識別相差甚遠(yuǎn)，且操作復(fù)雜，因此這種方法發(fā)展緩慢。(1)共價鍵法(預(yù)組裝方式)共價結(jié)合型MIPs最早由Wulf41(2)非共價鍵法(自組裝方式)非共價鍵法是制備分子印跡聚合物最有效且最常用的方法。這些非共價鍵包括靜電引力(離子交換)、氫鍵、金屬螯合、電荷轉(zhuǎn)移、疏水作用以及范德華力等。其中最重要的類型是離子作用，其次是氫鍵作用。(2)非共價鍵法(自組裝方式)非共價鍵法是制備分子印跡聚合物42與共價法相比非共價法簡單易行，模板分子易于除去，其分子識別過程也更接近于天然的分子識別系統(tǒng)，如“抗體一抗原”和“酶一底物”等。在印跡過程中還可以同時采用多種單體以提供給模板分子更多的相互作用，改善印跡效果。因此是分子印跡技術(shù)的研究熱點，發(fā)展很快。與共價法相比非共價法簡單易行，模板分子易于除去，其分子識別過43三分子印跡技術(shù)的特點

由上可見MIP有三大特點：(1)預(yù)定性(2)識別性(3)實用性三分子印跡技術(shù)的特點

由上可見MIP有三大特點：44(1)預(yù)定性即它可以根據(jù)不同的目的制備不同的MIPs，以滿足各種不同的需要(1)預(yù)定性45(2)識別性即MIP是按照模板分子定做的，可專一地識別印跡分子(2)識別性46(3)實用性即它可以與天然的生物分子識別系統(tǒng)如酶與底物、抗原與抗體、受體與激素相比擬，但由于它是由化學(xué)合成的方法制備的，因此又有天然分子識別系統(tǒng)所不具備的抗惡劣環(huán)境的能力，從而表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性和長的使用壽命。(3)實用性47四分子印跡技術(shù)的應(yīng)用

1分子印跡聚合物在層析上的應(yīng)用2抗體/受體結(jié)合模擬3色譜分析分子印跡4酶模擬5生物傳感器

四分子印跡技術(shù)的應(yīng)用

1分子印跡聚合物在層析上的應(yīng)用48分子印跡聚合物在層析上的應(yīng)用由于目前有相當(dāng)?shù)乃幬镂吹玫讲鸱?而分子印跡聚合物可用于層析固定相來分離對應(yīng)體,因此分子印跡層析(MolecularImprintingchromatography)對解決藥物拆分就具有很大潛力。分子印跡聚合物在層析上的應(yīng)用由于目前有相當(dāng)?shù)乃幬镂吹玫讲鸱?49抗體/受體結(jié)合模擬MIPs與印跡分子之間作用的強度與選擇性在一定程度上可以和抗原與抗體之間的作用相媲美，因而可用于抗體模擬。Mobasch等用茶堿分子印跡的聚合物測定病人血清中的茶堿含量，所得結(jié)果與酶聯(lián)免疫分析結(jié)果一致。這種模擬抗體制備簡單、成本低，在高溫、酸堿及有機溶劑中具有較好的穩(wěn)定性，此外還可以重復(fù)使用?？贵w/受體結(jié)合模擬MIPs與印跡分子之間作用的強度與選擇性在50色譜分析分子印跡色譜技術(shù)是分子印跡聚合物的又一應(yīng)用,可以用作分析,用于建立高效液相色譜或毛細(xì)管電泳方法,在此,分子印跡聚合物類似于免疫色譜中的免疫吸附劑。聚合物本體合成后研細(xì)裝柱或直接原位合成用作色譜柱。色譜分析分子印跡色譜技術(shù)是分子印跡聚合物的又一應(yīng)用,可以用作51酶模擬分子印跡最富挑戰(zhàn)性的應(yīng)用研究是對酶的人工模擬.同抗體酶一樣,人們試圖用分子印跡來獲得酶的結(jié)合部位和催化基團,從而顯示酶的活性。Sarhan以吡多醛為印跡分子,用4-乙烯基咔唑為單體制備出分子印跡高聚物,它促進了氨基酸衍生物的質(zhì)子轉(zhuǎn)移。應(yīng)用聚乙烯咔唑作為印跡聚合物能促進模板分子的酯水解能力。由于過渡態(tài)能促進產(chǎn)物的形成,所以印跡過渡態(tài)類似物成為最普遍地制備模擬酶的方法。酶模擬分子印跡最富挑戰(zhàn)性的應(yīng)用研究是對酶的人工模擬.同抗體酶52生物傳感器傳感器通常是指由敏感部件與轉(zhuǎn)化器緊密配合,對特定物質(zhì)組分具有選擇性和可逆響應(yīng)的分析裝置。傳感器的敏感層與復(fù)雜樣品中特定的目標(biāo)分析物之間的識別反應(yīng)會產(chǎn)生一些物理學(xué)信號的變化,再通過效應(yīng)器轉(zhuǎn)換成第二信號,用于物質(zhì)的檢測；

生物傳感器傳感器通常是指由敏感部件與轉(zhuǎn)化器緊密配合,對特定物53分子印跡聚合物為傳感器提供敏感材料,分子印跡聚合物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,成本低。應(yīng)用分子印跡聚合物取代天然物質(zhì)制備的傳感元件可能具有潛在的優(yōu)勢,它們很穩(wěn)定,可在苛刻的環(huán)境下使用。如果沒有生物識別元件發(fā)現(xiàn),分子印跡聚合物則是唯一的選擇。分子印跡聚合物為傳感器提供敏感材