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李伟等新型功能高分子材料及其应用#55#

新型功能高分子材料及其应用

李伟,方东宇,陈钟秀
(浙江大学材料与化工学院,浙江杭州310027)

摘要:功能高分子是一类具有特殊用途的高分子材料,印迹高分子、敏感性水凝胶和固定化酶是三种较有
特色的功能高分子材料。该文将对上述三种功能高分子材料以及它们在生化分离、生物催化、物质分析与
检测以及药物控制释放中的应用做一介绍,同时也对它们的不足和发展前景进行了评述。
关键词:功能高分子;分子印迹;敏感性水凝胶;固定化酶;生物技术
中图分类号:O63;Q81文献标识码:A文章编号:1005-9954(2002)01-0055-05

近30年来,高分子化学与高分子材料工业发
展迅猛,功能高分子材料也得到了蓬勃发展。所谓
/功能0[1]是指这类高分子除了机械特性外,另有其
他功能,例如,在温和条件下有高度选择能力的化
学反应活性,对特定金属离子的选择螯合性,薄膜
的选择透气性、透液性和透离子性,其功能性还有
催化性、相转移性、光敏性、光致变色性、光导
性、导电性、磁性和生物活性等,这些都与高分子
材料中具有特殊结构的官能团密切相关。功能高分Fig.1Schematicrepresentationofthemolecular-imprintingprinciple:
(a)sel-fassemblyapproach(non-covalent)and(b)covalentapproach[3]
子的独特性使其在诸多领域得到了广泛应用,并具
有巨大的发展潜力,引起了人们广泛注意。近些年
利用这一技术,可以简单迅速地合成构造出针
来,人们开始开发适用于生物、制药等领域的新型
对不同印迹分子的,具有特定选择性识别位点的聚
功能高分子,其中分子印迹技术、智能凝胶和固定
合物,并且这些聚合物具有可重复使用等诸多优
化酶是较为突出的几种。
点。目前印迹高聚物主要应用在以下几个方面[4]:
¹亲和分离;º模拟抗体结合;»模拟酶;¼生物
1分子印迹技术
模拟传感器。
分子印迹是Wulff等人[2]在1972年最早提出的
印迹高聚物的形成需要基质单体、官能团单体
新技术,它模拟了抗体-抗原相互作用原理。其基
和印迹分子三者的相互作用,其制备方法一般分为
本原理是:在印迹分子的存在下,带有特殊官能团
两种:共价键法和非共价键法,见图1。
的单体与大量的基质单体进行模板聚合。聚合过程
Wulff[3]等人创立和发展了共价健法,印迹分
中,单体分子上的特殊官能团会根据与印迹分子相
子与官能团单体以共价键形式结合而形成印迹分子
互作用的需要调整并形成特定的空间构象。聚合结
的衍生物,该衍生物在交联剂的存在下接枝到聚合
束后通过洗脱等方法除去聚合物上结合的印迹分
物的基质上。这一方法要求共价键容易被打断。在
子,聚合物中就形成了与印迹分子空间匹配的具有
印迹聚合物形成后,打断这些共价键,并将印迹分
多重作用位点的空穴。这样的印迹聚合物对印迹分
子洗脱出来,从而形成具有吸附活性的聚合物,见
子及其他与印迹分子结构相似的物质具有高特异性
文献[5)6]。
的结合能力,见图1。
Mosbach等人[3]开发的非共价键法使分子印迹

y作者简介:李伟(1977)),硕士研究生,研究方向为聚合反应工程;陈钟秀为通讯联系人。

y
#56#化学工程2002年第30卷第1期

技术获得了突飞猛进的发展。印迹分子与单体通过溶胀,高温收缩的温度响应。Kabanov和Papisov发
非共价键结合在一起,这些非共价键包括离子键、现在相对分子质量为2000的PEG水溶液的存在下,
氢键、疏水相互作用及范德华力等。由于这种方法PMAA膜的孔径随温度升高而收缩,在20)30e之
与溶剂的极性有关,所以这种印迹高聚物的形成是间收缩十分明显,膜内收缩力约为4000)
在有机溶剂中完成的[5,7]。单体与基质结合后,聚6000N[13]。
合物逐渐将印迹分子包围,形成与印迹分子在形水溶胀的交联高分子电解质凝胶放入电场中并
状、功能上互补的识别位点。同样,在聚合物形成通直流电时,凝胶会显示各向同性的收缩。Osada
后将印迹分子洗脱掉,使聚合物具有吸附活性。和Kishi等人[10,14]通过实验证明由于在凝胶中的水
合离子定向移动造成凝胶内外的离子强度不均,产
2敏感性高分子水凝胶生渗透压变化而引起凝胶变形,孔径变化。他们观
高分子凝胶由具有弹性的交联高分子网络组察到:中性水合凝胶完全不会收缩;阴离子型凝胶
成,有着固体材料的机械强度,在网络的间隙中能在阴极附近有轻微收缩,在阳极附近有明显收缩;
充满液体,可保持湿润和柔软,又能产生较为明显阳离子凝胶正好相反。收缩率与电流大小成正比。
的变形[8]。凝胶的这种结构决定了其在外界环境发某些凝胶中