分子印迹技术及其应用课件.ppt

1、分子印迹技术及其应用分子印迹技术及其应用0606级药理级药理 刘祥国刘祥国一一 分子印迹技术的产生和发展分子印迹技术的产生和发展n分子印迹的出现源于免疫学,早在二十世纪三十年代Breinl和Haurowitz,而后是Mudd提出一种当抗原侵入时生物体产生抗体的理论。n 20世纪40年代,当时诺贝尔获得者在免疫学研究中提出了抗体的形成学说,认为抗体的合成是以抗原为模板的，后来“克隆选择”理论否定了Pauling的抗体形成学说,但这种学说却为分子印迹理论奠定了基础。n 1972年Wulff小组首次报导成功制备出分子印迹聚合物。 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

2、酶以及生物传感器等方面显示出应用潜力和广泛的应用前景。二 分子印迹的基本原理分子印迹的基本原理 当模板分子(印迹分子)与聚合物单体接触时会形成多重作用点，通过聚合过程这种作用就会被记忆下来，当模板分子除去后，聚合物中就形成了与模板分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性。功能单体功能单体交联剂交联剂分子空穴分子空穴分子印迹的步骤分子印迹的步骤分子印迹技术一般包括以下几个步骤：(1)在一定溶剂(也称致孔剂)中， 模板分子(TemplateMolecule，即印迹分子)与功能单体(FunctionalMonomer)依靠官能团之间的共价或非共价作用

3、形成主客体配合物；n(2)加入交联剂，通过引发剂引发进行光或热聚合，使主客体配合物与交联剂通过自由基共聚合在模板分子周围形成高联的刚性聚合物；n(3)将聚合物中的印迹分子洗脱或解离出来，这样在聚合物中便留下了与模板分子大小和形状相匹配的立体孔穴，同时孔穴中包含了精确排列的与模板分子官能团互补的由功能单体提供的功能基团。这便赋予该聚合物特异的“记忆”功能，即类似生物自然的识别系统，这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性。分类分类 目前，根据模板分子和聚合物单体之间形成多重作用点方式的不同，分子印迹技术可以分为两类:n(1)共价键法(预组装方式)n(2)非共价键法(自组装方式)(1)共价

4、键法(预组装方式)n共价结合型MIPs最早由Wulff等提出,特点是功能单体与模板分子之间以共价键结合。n但这种共价结合型的MIPs印迹分子限制较大，共价作用较强，结合与解离速度缓慢，难以达到热力学平衡，不适合于快速识别，并且识别作用机理与生物识别相差甚远，且操作复杂，因此这种方法发展缓慢。(2)非共价键法(自组装方式)n非共价键法是制备分子印迹聚合物最有效且最常用的方法。这些非共价键包括静电引力(离子交换)、氢键、金属螯合、电荷转移、疏水作用以及范德华力等。n其中最重要的类型是离子作用，其次是氢键作用。n与共价法相比非共价法简单易行，模板分子易于除去，其分子识别过程也更接近于天然的分子识别系

5、统，如“抗体一抗原”和“酶一底物”等。在印迹过程中还可以同时采用多种单体以提供给模板分子更多的相互作用，改善印迹效果。因此是分子印迹技术的研究热点，发展很快。三 分子印迹技术的特点分子印迹技术的特点由上可见MIP有三大特点：n(1)预定性n(2)识别性n(3)实用性(1)预定性 即它可以根据不同的目的制备不同的M IPs，以满足各种不同的需要(2)识别性 即MIP是按照模板分子定做的，可专一地识别印迹分子(3)实用性 即它可以与天然的生物分子识别系统如酶与底物、抗原与抗体、受体与激素相比拟，但由于它是由化学合成的方法制备的，因此又有天然分子识别系统所不具备的抗恶劣环境的能力，从而表现出高度的稳

6、定性和长的使用寿命。四 分子印迹技术的应用分子印迹技术的应用n1分子印迹聚合物在层析上的应用 n2抗体/受体结合模拟 n3 色谱分析分子印迹 n4酶模拟n5生物传感器 分子印迹聚合物在层析上的应用分子印迹聚合物在层析上的应用n由于目前有相当的药物未得到拆分,而分子印迹聚合物可用于层析固定相来分离对应体,因此分子印迹层析(Molecular Imprinting chromatography)对解决药物拆分就具有很大潜力。抗体抗体/受体结合模拟受体结合模拟nMIPs与印迹分子之间作用的强度与选择性在一定程度上可以和抗原与抗体之间的作用相媲美，因而可用于抗体模拟。Mobasch等用茶碱分子印迹的聚

7、合物测定病人血清中的茶碱含量，所得结果与酶联免疫分析结果一致。这种模拟抗体制备简单、成本低，在高温、酸碱及有机溶剂中具有较好的稳定性，此外还可以重复使用。色谱分析分子印迹色谱分析分子印迹n色谱技术是分子印迹聚合物的又一应用,可以用作分析,用于建立高效液相色谱或毛细管电泳方法,在此,分子印迹聚合物类似于免疫色谱中的免疫吸附剂。聚合物本体合成后研细装柱或直接原位合成用作色谱柱。酶模拟酶模拟n分子印迹最富挑战性的应用研究是对酶的人工模拟.同抗体酶一样,人们试图用分子印迹来获得酶的结合部位和催化基团,从而显示酶的活性。Sarhan以吡多醛为印迹分子,用4-乙烯基咔唑为单体制备出分子印迹高聚物,它促进了

8、氨基酸衍生物的质子转移。应用聚乙烯咔唑作为印迹聚合物能促进模板分子的酯水解能力。由于过渡态能促进产物的形成,所以印迹过渡态类似物成为最普遍地制备模拟酶的方法 。生物传感器生物传感器n传感器通常是指由敏感部件与转化器紧密配合,对特定物质组分具有选择性和可逆响应的分析装置。传感器的敏感层与复杂样品中特定的目标分析物之间的识别反应会产生一些物理学信号的变化,再通过效应器转换成第二信号,用于物质的检测； n分子印迹聚合物为传感器提供敏感材料,分子印迹聚合物化学性质稳定,成本低。应用分子印迹聚合物取代天然物质制备的传感元件可能具有潜在的优势,它们很稳定,可在苛刻的环境下使用。如果没有生物识别元件发现,分

9、子印迹聚合物则是唯一的选择 。五五 需要更深入研究的问题是需要更深入研究的问题是 1 分子识别机理研究相对肤浅。对主客体的识别机制没有统一说法,有些研究者认为主客体分子间空间有方向性非共价键起决定作用,有些研究者认为空间效应起到关键作用。对结合位点的作用机理和传质机理了解也较少。 2 目前单体得数量有限,合成方法有限,产量低。同一方法不同批次合成的聚合物识别能力不同,同一聚合物中结合位点在聚合物中的分布不均匀。3 在应用中，非特异性吸附,影响检测结果。模板分子难完全去除,在检测中污染样品。六 展望 在未来一段时间，分子印迹技术的研究有可能主要集中在如下几个方面： (1)分子印迹和识别过程的机理将从目前的定性和半定量描述向完全定量描述发展，从分子水平上认识印迹和识别过程。 (2)合成种类更多性能更好的功能单体和交联剂，提高分子印迹聚合物的吸附行为和吸附容量。 (3)分子印迹和识别过程将从有机相转向水相。(4)手性分离和固相萃取氨基酸手性药物将步入产业化阶段。 (5)印迹技术将从氨基酸药物等小分子超分子过渡到核苷酸、多肽、蛋白质等生物大分子甚至生物活体细胞。 (6)MIPs用于辅助合成和仿生传感器将获得较快发展。谢谢大家谢谢大家体育场校园草坪教学楼冬天景色