分子印迹的技术

1、关于分子印迹技术第1页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四1 背景介绍 20世纪80年代 Wulff 首次合成（形成标志） Dickey 专一性吸附（萌芽） 20世纪40年代 Pauling 锁匙理论（理论基础） 80年代后 Mosbach 茶碱分子印迹聚合物（发展） 1997年 Lund University 成立分子 印迹学会分子印迹技术（MIT）的发展第2页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四分子印迹技术环境 1 背景介绍分子印迹技术用途广泛监测环境中的药物残留医药食品仿生军事第3页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四 2 分子

2、印迹技术 分子印迹技术（Molecular Imprinting Technique，MIT）又称分子烙印技术或分子模板技术，是近年来集高分子合成、分子设计、分子识别、仿生生物工程等众多学科优势发展起来的一门新型的交叉学科。分子印迹技术来源于生物学中的免疫学，是通过想要选择识别某一种物质而进行聚合反应形成印迹聚合物的方法。 第4页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四2.1 分子印迹技术的基本原理 分子印迹技术基本原理： (1) 功能单体印迹分子结合 (2) 交联剂固定 (3) 脱去印迹分子图 2. 1分子印迹过程示意图第5页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，

3、星期四预组织法（共价法） Wulff 结合方式：可逆共价键 优点：空间精确固定排列 缺点：识别能力不够理想 形成复合物的过程缓慢 自组装法 （非共价法）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 缺点：印迹过程的轮廓不清晰牺牲空间法 （两者兼备）Vulfson 2.2 分子印迹技术的分类分子印迹技术的分类主要是由其形成其聚合物的印迹分子与功能单体之间的结合位点的作用性能来决定的，一般可以分为以下三类：第6页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四2.2 分子印迹技术的分类表2.1 共价型和非共价型常用的功能单体 第7页，共28页，2022年，5月

4、20日，11点11分，星期四2.2 分子印迹技术的分类图2.2 牺牲空间法示意图 第8页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四2.3 分子印迹效果评价 分子印迹聚合物的选择识别性能优劣可以通过印迹因子来体现.印迹因子 可以通过下列两式计算， Kd为静态分配系数，ml/g；Cp为吸附平衡时EGCG在聚合物上的浓度，mol/g；Cs 为吸附平衡时溶液中EGCG的浓度，mmol/L；Kd,I 为MIP对EGCG的静态分配系数；Kd,N为相应NIP对EGCG的静态分配系数；体现了印迹聚合物与空白聚合物在分子识别上的差异，越大表明印迹效果越好。第9页，共28页，2022年，5月20日，

5、11点11分，星期四 MIT之所以发展如此迅速，主要是因为它有三大特点： 预定性（predetermination） 根据不同的目的制备不同的MIPs，以满足不同的需要。 识别性（recognition） MIPs是按照模版分子定做的，可以专一地识别印迹分子。 实用性（practicability） 它可以与天然的生物分子识别系统相比拟，例如，酶和底物；抗原与抗体等。2.4 分子印迹技术的特点第10页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四3 分子印迹聚合物的制备 分子印迹聚合物是由印迹分子、功能基单体在交联剂等物质作用下形成作用位点，相互聚合，发生反应，形成的一类具有特异选择

6、识别功能的物质。图3.1 分子印迹聚合物制备过程示意图 第11页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四3.1 分子印迹聚合物的制备要素制备材料 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12页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四3.2 MIPs的聚合形式和方法聚合形式主要有热化学聚合和光化学聚合两种形式。分子印迹聚合物的制备方法：本位聚合原位聚合沉淀聚合悬浮聚合表面印迹电聚合第13页，共28页，2022年，5月20日，11点1

7、1分，星期四 3.2 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14页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四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15页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四4 分子印迹聚合物的应用 分离领域 抗体与受体的模拟 仿生传感器 模拟酶催化 其他应用 第16页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四固相萃取手性分离膜分离 药物分析血清

8、中的茶碱、口香糖中的尼古丁、生物样品中的三苯氧胺、尿样中戊双脒、牛肝中三嗪类除草剂的富集。氨基酸、糖类及药物等物质的手性分离。氨基酸及其衍生物、茶碱、莠灭净、肽、阿特拉津、9-乙基腺嘌呤等。分子印迹聚合物对药物具有特殊的选择和识别能力，在药物分析、手性药物的分离、富集和提纯方向也有广泛应用。4.1 在分离领域的应用分子印迹技术用于分离领域第17页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四4.2 抗体与受体的模拟 抗体与受体的模拟主要体现在利用分子印迹技术以抗原为模板合成抗体，而所制备得到的分子印迹聚合物在性质上等同于生物抗体，具有很高选择性和特异识别性。可以有效的识别记忆氨基酸、

9、多肽、糖类、药物、蛋白质等天然抗体的组分。第18页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四4.3 仿生传感器 生物或者化学的传感器都是有转换器和识别的元件组成的，转换器会将各种参数的信号输出，一般采用的转换器是微电子转换器。表4.1 应用于 MIPs 传感器的分析和转换器第19页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四4.4 模拟酶催化 在生物中，酶以其高效性、专一性的特点在生命体中起到了至关重要的作用，这些酶都是大分子，在生命体中所含种类较多，但含量较低，存在提取困难且不易回收利用等缺点，利用这些人们根据分子印迹技术模拟酶做催化剂有效的解决了这些问题。表4.2

10、 MIPs 用于模拟酶催化的应用 第20页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四4.5 其他应用 控制平衡转移 分离副产物 组合化学库的放映技术 第21页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四5 蛋白质分子印迹技术 分子印迹技术是在聚合物材料的合成过程中构建与模板分子在大小、形状和结构功能上都互补的特异性结合位点, 这样的材料对其模板具有选择性结合能力。尽管小分子印迹技术近年来发展迅速, 蛋白质分子印迹却由于蛋白质的体积庞大、结构灵活、构象复杂成为既有意义又具挑战性的研究领域。5.1 蛋白质分子印迹技术示意图第22页，共28页，2022年，5月20日，11点

11、11分，星期四5.1 蛋白质分子印迹特点 （1）蛋白质结构灵活、构象复杂, 极易受到温度或环境的影响。从热力学角度和实际操作过程而言都不易实现印迹。（2）小分子印迹通常采用交联程度很高的材料来实现, 因高交联度可保证单体材料结合于模板周围形成牢固的识别位点。然而, 高交联度材料会阻止蛋白类大分子自由进出聚合物网络。（3）传统小分子印迹材料往往在有机试剂中进行聚合, 而蛋白质在有机试剂中溶解度低, 并在有机试剂中可表现出与生理条件下完全不同的构象, 这种构象的改变对蛋白质的生物活性会产生很大的影响, 极有可能在材料上留下错误的“印迹”。（4）多数蛋白质印迹材料的构建是基于非共价印迹的原理, 即材

12、料和模板的结合是通过氢键、范德华力、离子相互作用和疏水作用实现的。第23页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四5.2 蛋白质分子印迹材料制备 整体印迹(Bulk imprinting) 表面印迹 (Surface imprinting) 印迹膜材 核-壳结构微球/纳米粒 印迹纳米粒 抗原决定簇印迹 (Epitope imprinting)第24页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四未来研究发展方向预测：（1）探讨分子印迹技术的识别过程机理。（2）合成更多更有用的分子印迹聚合物。（3）分子印迹技术用于水溶液和极性溶剂。（4）工厂化、商业化。（5）分子印迹技

13、术向核苷酸、多肽、蛋白质等生物 大分子，甚至生物体活细胞进军。（6）将MIPs的特殊预定性用于催化合成领域。（7）将MIPs仿生传感器做成分子探针。6 分子印迹技术展望 第25页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四参考文献 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

14、per W, et al. Enzyme Analogue Built PolymerJ. Macromol chem, 1977, 178: 2817-2825. 3 Klaus Mosbach, Andreas Leonhardt. Enzyne-mimicking polymers exhibiting specific substrate binding and catalytic functionsJ. Reactive Polymers, Ion Exchangers, sorbents, 1987, 6(2-3): 258-290. 4 Pauling L J. A Theory

15、 of the structure and process of Formation AntibodiesJ. Am Chem. Soc, 1940, 62(3): 2643-2657. 5 胡小刚, 汤又文, 黄招发. 阿司匹林分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能研究J.精细化工, 2005, 22(1): l-4. 6 姜忠义, 贾琦鹏. 分子印迹技术及其应用J. 石油化工, 2002, 31(8): 669-671. 7 张学炜, 孙慧, 等. 分子印迹技术及其应用研究进展J. 天津农学院学报, 2002, 9(3): 23-28. 8 史瑞雪, 郭成海, 等. 分子印迹技术研究进展J.

16、 化学进展, 2002, 14(3): 182-191. 9 小宫山真, 竹内俊文, 务川高志, 等. 分子印迹学-从基础到应用M. 北京: 科学出版社, 2006. 10 Davies Matthew P, Vern de Biasi, David Perrett. Approaches to the rational design of molecularly imprinted polymersJ. Analytica Chimica Acta, 2004, 504: 7-14. 第26页，共28页，2022年，5月20日，11点11分，星期四参考文献 11 Riskin M, Tel-

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18、Wen-zhi，Zeng Jin-xiang, et al. Application of a novel electrosynthesized polydopamine-imprinted film to the capacitive sensing of nicotineJ. Anal Bioanal Chem，2006, 385: 724-729. 14 卢春阳, 何海成, 马向霞, 等. 除草剂青莠分子印迹聚合物的合成及结合性能研究J.化学学报, 2004, 62(8): 799-803. 15 Kim J B, Terabe S. Online sample preconcentration techniques in micellar electrokinetic chromatographyJ. Pharm Biomed Anal, 2003(30): 1625-1643. 16 李萍, 戎非, 朱馨乐, 等. 右旋临氯扁桃酸分子印迹聚合物的制备及结合特性研究J.高分子学报, 2003, 5: 724-727. 17 蒲