分子印迹聚合物及其应用.pdf

vn1．1l功能高分予学报
1998年l2月Joun~ofFunctionalP0【vIT1ers

分子印迹聚合物及其应用’
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刘俊秋罗贵氏沈家骢
(1：工程实验室，长：‘ij_23)／／
(2吉林大学超分子结构与光谱开放实验室，长春130023)

摘要综述分子印迹原理、分子印迹聚合物的制备和特性．毗及分子印进聚合物在对映体拆分、
人工抗体、模拟酶、以厦分子器件方面的应用。
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分子印迹(molecularimprint[ng)属于超分子研究范畴。它是指制备对某一特定分子(模板
分子或印迹分子)具有选择性的聚合物的过程。它通常可描述为制造识别“分子钥匙”的人工
“锁”的技术。
在天然生物体如酶、受体和抗体中．分子识别在生物活性方面发挥着重要作用，这种高选
择性来源于与底物相匹配的空穴的存在。为获得这样的空穴，人们应用小分子环状或橘状化
合物如冠醚【、环番【、环糊精L3]、杯芳烃【等来模拟生物体系。应用分子印迹同样可以在聚
合物中制造相似的空穴。如果以一种分子充当模板，其周围用聚合物交联，当模板分子除去
后，聚合物就留下了与此分子相匹配的空穴。如果构建合适，这种分子印迹聚合物就象锁一样
对此钥匙具有选择性。
分子印迹的出现源于免疫学，早在二十世纪三十年代Breinl和Haumwi~z．而后是Mudd
提出一种当抗原侵入时生物体产生抗体的理论．后来由Pauling做进一步说明[53，它的基本
点是抗体在形成时其三维结构会尽可能的同抗原形成多重作用点，抗原作为一种模板就会“铸
造”在抗体的结合部位。后来“克隆选择”理论否定rPauling的抗体形成学说，但这种学说却
为分子印迹理论奠定r基础。
从Pauling理论出发．科学家对分子印迹进行了各种偿试，但直到七、八十年代这一技术才
真正有所突破。1972年Wuf小组首次报导成功制备出分子印迹聚合物L6-7J。经过二三十年
的努力，分子印迹技术趋于成熟，并在分离提纯、免疫分析、模拟酶以及生物传感器等方面吲
显示出应用潜力和广泛的应用前景。
分子印迹与模板聚合类似，它们都是利用单体或生成的聚合物与模板分子通过氢键，
静电结合和范德华力等相互作用，经单体聚合后产生具有一定结构的聚合物。但它却不同于
模板聚合。模板聚合是指单体与聚合物模板共同存在下所进行的聚合反应。起模板作用的聚
合物对聚合速度和结构有着特殊的影响作月{．能得到具有一定聚合度，立体规整结构的聚合
物。通常，模板聚合是以聚合物为模板，而分子印迹聚合可以以任何分子为模板。模板聚合产

*收稿日期：19980—02—20
--通讯人

刘俊秋罗贵民沈家骢

物通常是线型分子，而分子印迹聚合物则是高交联度的热固型高分子。

1分子印迹原理

在生物体中，分子复合物通常通过非共价键如氢键或离子键相互作用而形成。同共价键
相比，非共价键相互作用力很弱．但几个或多个相互作用点会导致复合物相互作用很强，使复
合物具有很高的稳定性。由Paullng理论出发．当模板分子与聚合物单体接触时会尽可能地同
单体形成多重作用点，如果通过聚合，这种作用就会被固定下来，当模板分子被除去后．聚合物
中就形成与模板分子空间匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴对模板分子具有选择

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目前，分子印迹的发展有两个基本趋向：①预组织趋向。主要由wulff及其同事创
立[1。在此方法中，印迹分子先共价联结到单体上，然后聚合，聚合后再打开共价键去除印迹
分子。②自组织趋向。主要由Me．bach及其同事[11J创立。在此方法中印迹分子与功能单体
之间预先自组织排列．以非共价键形成多点相互作用，聚合后这种作用保存下来。

2分子印迹聚合物的制备

制备分子印迹聚合物的聚合方法和一般聚合方法一致。在设计分子印迹聚合体系时关键
要考虑选择与印迹分子(模板分子)尽可能有特异结合的单体，然后选择适当的交联剂和溶剂。
如在制备对茶碱有特异结合的分子印迹聚合物[时，选择了甲基丙烯酸为单体。因为甲基丙
烯酸的羧基与茶碱的氨基可发生离子相互作用．此体系还存在着氢键和分子偶极相互作用。
选择二乙撑双甲基丙烯酸甲醣为交联剂．氯仿为溶剂。具体操作过程为：在烧瓶中分别加人
4．7g茶碱，9g甲基丙烯酸和93．5g二乙撑双甲基丙烯酸甲酯，然后加人250rnL氯仿使之
溶解。真空脱气5min后加入0．1g偶氮二异丁腈引发反应，在60℃水浴聚合24h。聚合物
经机械研磨后，过筛，得到25vm左右的粒状聚合