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分子印迹

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分子印迹是一种在聚合物基质中产生具有预定选择性和高亲和力的模板形空腔的技术。该技术基于酶用于底物识别的系统,称为锁和钥匙模型。酶的活性结合位点具有特定于底物的形状。与结合位点具有互补形状的底物选择性地与酶结合;无法识别不适合绑定位置的替代形状。分子印迹材料是使用模板分子和围绕模板组装并随后相互交联的功能单体制备的。通过模板和单体上的官能团之间的相互作用在模板分子周围自组装的单体聚合形成印迹基质(在科学界通常称为分子印迹聚合物(MIP))。随后将部分或全部移除模板,留下与模板在尺寸和形状上互补的空腔。获得的空腔可以作为模板分子的选择性结合位点。近几十年来,分子印迹技术已被开发用于药物输送、分离、生物和化学传感等。利用空腔的形状选择性,也促进了在某些反应的催化中的使用。

分子印迹的历史

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分子印迹的xxx个例子归功于1931年的MVPolyakov,他在硅酸钠与碳酸铵的聚合方面的研究。当聚合过程伴随有诸如苯之类的添加剂时,所得二氧化硅显示出更高的该添加剂吸收。到1949年,Dickey使用了教学理论分子印记的概念;他的研究在有机染料存在下沉淀硅胶,并表明印迹二氧化硅对模板染料具有高选择性。根据Dickey的观察,Patrikeev发表了一篇关于他的“印迹”二氧化硅的论文,其方法是用凝胶二氧化硅孵育细菌。干燥和加热二氧化硅的过程比其他参考二氧化硅更好地促进了细菌的生长,并表现出对映选择性。他后来将这种印迹二氧化硅方法用于进一步的应用,例如薄层色谱法(TLC)和高效液相色谱法(HPLC)。1972年,Wulff和Klotz将分子印迹引入有机聚合物。他们发现,通过在聚合物的印迹空腔内共价引入官能团,可以实现分子识别。Mosbach小组随后证明可以通过非共价相互作用将官能团引入印迹空腔,从而导致非共价印迹。

分子印迹类型

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共价

在共价印记中,模板分子与功能单体共价键合,然后聚合在一起。聚合后,聚合物基质从模板分子上裂解下来,留下一个空腔,形成模板。在与原始分子重新结合后,结合位点将与目标分子相互作用,重新建立共价键。在此重建过程中,与键结合和键断裂相关的动力学被恢复。然后,印记的分子从模板中释放出来,然后它会与目标分子重新结合,形成与聚合前相同的共价键。利用这种方法的优点包括功能组仅与结合位点相关,避免任何非特异性结合。印迹分子还显示出结合位点的均匀分布,增加了模板-聚合物复合物的稳定性。然而,有一些化合物可以通过共价键与模板分子进行印迹,例如醇、醛和酮,它们都具有高形成动力学。在某些情况下,聚合物基质与模板的重新结合可能非常缓慢,这使得这种方法对于需要快速动力学的应用(例如色谱)来说时间效率低下。

非共价

对于非共价印迹,模板分子与功能单体之间的相互作用力与聚合物基质与分析物之间的相互作用力相同。此过程中涉及的力可以包括氢键、偶极偶极相互作用和诱导偶极力。由于易于制备且可与模板分子结合的功能单体种类繁多,该方法是创建MIP最广泛使用的方法。在官能团中,甲基丙烯酸是最常用的化合物,因为它能够与其他官能团相互作用。另一种改变模板分子和聚合物之间非共价相互作用的方法是通过SergeyA.Piletsky教授和SreenathSubrahmanyam开发的“咬合转换”技术。在这个过程中,

离子/金属

涉及金属离子的离子印迹是一种增强水中模板分子和功能单体相互作用的方法。通常,金属离子在压印过程中充当介质。存在金属离子的交联聚合物将形成能够与金属结合的基质。金属离子还可以通过与一系列功能单体结合来介导分子印迹,其中配体将电子提供给金属离子的最外层轨道。除了介导压印外,金属离子还可用于直接压印。例如,金属离子可以作为压印过程的模板。

分子印迹的应用

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分子印迹技术的一种应用是用于生物医学、环境和食品分析的基于亲和性的分离。样品预浓缩和处理可以通过使用MIP去除样品中的目标痕量分析物来进行。MIP在固相萃取、固相微萃取和搅拌棒吸附萃取中的可行性已在多个出版物中进行了研究。此外,色谱技术如HPLC和TLC可以利用MIP作为填充材料和固定相来分离模板分析物。观察到非共价印迹材料的动力学比通过共价方法制备的材料快,因此非共价MIP更常用于色谱法。另一个应用是使用分子印迹材料作为化学和生物传感器

分子印迹

它们已被开发用于针对除草剂、糖、药物、毒素和蒸汽。基于MIP的传感器不仅具有高选择性和高灵敏度,而且还可以产生输出信号(电化学、光学或压电)用于检测。这使得它们可用于荧光传感、电化学传感、化学发光传感和UV-Vis传感。深入检测非法药物、违禁运动药物、毒素和化学战剂的法医应用也是一个越来越受关注的领域。分子印迹在药物输送和生物技术等领域稳步出现。模板和聚合物基质之间的选择性相互作用可用于制备人工抗体。在生物制药市场,使用MIP吸附剂可以实现氨基酸、手性化合物、血红蛋白激素的分离。已经研究了利用分子印迹技术模拟线性和聚阴离子分子(例如DNA蛋白质碳水化合物)的方法。一个挑战领域是蛋白质印记。大型水溶性生物大分子给分子印迹带来了困难,因为它们的构象完整性在合成环境中无法确保。当前的导航方法包括将模板分子固定在固体基质的表面,从而xxx限度地减少聚集并控制模板分子定位在印迹材料的表面。然而,乌得勒支大学的科学家对蛋白质的分子印迹进行了批判性审查,发现需要进一步测试。制药应用包括选择xxx物递送和控制药物释放系统,这些系统利用MIP的稳定构象、快速平衡释放以及对酶和化学应力的抗性。还探索了智能药物释放,即由于特定刺激而释放治疗剂。纳米级胰岛素和其他药物的分子印迹材料显示出对其各自靶标的高吸附能力,显示出新发现的药物输送系统的巨大潜力。与天然受体相比,MIPs还具有更高的化学和物理稳定性,更容易获得,成本更低。MIP尤其可用于稳定蛋白质,特别是选择性保护蛋白质免受热变性。


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词条目录
  1. 分子印迹
  2. 分子印迹的历史
  3. 分子印迹类型
  4. 共价
  5. 非共价
  6. 离子/金属
  7. 分子印迹的应用

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