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分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymers,MIPs)是一种具有分子识别性能的新型功能高分子材料,由于它具有预定性(predetemination)、识别性(recognition)和实用性(practicability)三大特点,因此在近年来发展非常迅速。分子印迹聚合物基于对模板分子的形状、大小和化学功能基团的分布对其进行识别,类似于生物体系中酶和底物、抗原和抗体、受体和激素之间的作用,具有专一的选择能力。与生物大分子相比,分子印迹聚合物的制备简单,具有抵抗恶劣环境的能力,表现出高度的稳定性和长使用寿命等优点,因此被广泛应用于色谱分离、固相萃取、生物传感器、模拟酶催化和临床药物分析等诸多领域。
本论文分为四章,主要内容概括如下:
1.第一章为序论部分对分子印迹聚合物的最新进展、识别机理、制备技术以及研究应用等方面做了综述。对生物大分子的印迹进行了详细介绍。
2.第二章以邻苯二甲酸--乙酸铜的络合物为模板分子,4-乙烯基吡啶为功能单体,在甲醇中制备了分子印迹聚合物。实验发现,单独以邻苯二甲酸为模板时,由于分子问氢键的作用,聚合物只能显示出极弱的印迹效果;而将二价铜离子引入体系后,分子间氢键作用被削弱,聚合物表现出了明显的印迹效果;而且对模板络合物的配体及其结构类似物、阴、阳离子部分都有很好的识别性能;流动相中少量的添加剂(乙酸)会使聚合物对模板分子的保留急剧下降;而且从结构分析的角度给出了合理的解释。研究结果证明,将金属离子引入聚合体系,对于解决具有分子间氢键的化合物的印迹问题具有指导意义。
3.第三章利用类似于第二章的原理,把金属离子用于大分子蛋白质的印迹研究。以牛血清白蛋白-乙酸铜的络合物为模板,在水相中制备了分子印迹水凝胶聚合物。研究发现,不含铜离子时,聚合物对蛋白分子的吸附能力非常弱,加入铜离子后,对模板蛋白的吸附能力和对其它蛋白的选择识别能力都得到了显著提高;将铜离子改为其它离子后,聚合物也表现出了对金属离子的识别性能;我们推测,即使是在水相中,蛋白分子与铜离子、铜离子与功能单体之间也能形成双重的络合作用,这种作用可以保证模板分子与聚合物之间具有足够强的相互作用力,此外,在金属离子桥连作用的帮助下,模板蛋白与丙烯酰胺之间有可能同时形成氢键。这对于解决蛋白质分子在水相中印迹的难题,具有积极的指导意义。
4. 第四章研究了两种含金属离子的分子印迹模拟酶体系。此项研究是基于多种酶的活性中心都是含铁金属卟啉。本文采用印迹反应物的原理,制备了以邻苯二胺为模板的印迹聚合物,用来模拟辣根过氧化物酶(HRP)氧化邻苯二胺的偶联反应,结果表明,催化速率的提高十分有限,但与非印迹聚合物或HRP相比,印迹聚合物不仅表现出了对底物分子更强的结合作用,而且还具有对模板分子结构类似物的识别能力。另外,采用印迹反应过渡态结构类似物的原理,制备了苯乙酸为模板的聚合物,来模拟细胞色素P450催化苯乙烯的环氧化反应。结果发现,通过印迹确实可以获得具有细胞色素P450催化活性的分子印迹聚合物,且不同的氧化剂对催化反应的结构有重要的影响,这可能与该氧化反应的机理有密切关系。