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硅材料表面印迹技术研究进展


□ 邴乃慈 李庆华 许振良

  摘要:综述了近年来通过把分子识别位点建立在基质材料的表面,来提高识别位点与印迹分子的结合速度。进一步加强印迹材料吸附分离效率的分子印迹技术,即表面印迹技术的研究进展。主要从以硅为基质材料方面综述了表面分子印迹技术的发展现状,对最近几年基于硅表面修饰的分子印迹技术的制备与应用的最新进展进行了总结与评述,并对其将来的发展进行了展望。
  关键词:分子印迹;表面修饰;硅材料;综述
  中图分类号:0658.2
  文献标识码:A
  文章编号:0367-6358(2007)12-754-04
  作者简介:邴乃慈(1979-)。女,满族。抚顺人。博士生,讲师,主要从事聚合物材辩的研究工作。
  
  分子印迹学是基于材料科学、生物化学等学科的一门交叉学科,可以用于获得与模板分子在空间结构和结合位点上完美匹配的聚合物(即分子印迹聚合物,MIPs)。由于MIPs与天然的分子识别系统相比。具有稳定性好、使用寿命长、亲和性和选择性高等特点,自从20世纪70年代以来,MIPs已经广泛应用于分离领域、临床药物分析、仿生催化和生物传感器等诸多领域。目前应用MIPs分离和识别的对象包括药物、氨基酸、肽和多肽、蛋白质、糖等,虽然构象简单的小分子的印迹研究工作已经比较成熟,但是多肽、蛋白质等生物大分子由于存在空间结构复杂、体积庞大、性质脆弱、结构柔软、构象多变以及可结合位点比较多等特点,按照传统方法进行模板印迹的难度很大,因此以生物大分子为模板分子的印迹制备技术无疑仍是一种挑战。
  近年来,很多学者都在致力于开发分子印迹材料新的合成方法和工艺,聚合物的尺寸也在逐渐变小变薄,由于表面分子印迹技术是将MIPs的识别位点最大限度地固定在基质材料的表面,可以提高对印迹分子的结合速度,从而进一步加强印迹材料的吸附分离效率,因此成为大分子印迹最有潜力的方法。由于该方法同样适用于小分子物质的印迹,表面印迹法已日益成为分子印迹领域最受关注的技术之一。
  
  1 硅表面印迹聚合物的制备方法
  
  1949年Dickey用染料甲基橙作为印迹分子,酸化硅酸盐溶液形成染料印迹胶体,干燥并洗去印迹分子后得到的对甲基橙比乙基橙吸附能力高2倍的吸附材料,Dickey的这项研究掀开了基于硅表面修饰的分子印迹技术的崭新一页,从此,硅基分子印迹材料迅速发展起来,表1中列出几种硅表面印迹的制备方法。
  
  2 不同形态硅材料在表面印迹技术中的应用
  
  硅材料不仅具有良好的机械性能及热稳定性,并且具有多种多样的形貌,因此以其为基质的具有分子水平上识别功能的分子印迹材料必将具有优异的性能及广阔的应用前景。表2中列出几种不同形态硅材料在表面印迹技术中的应用。
  
  3 硅表面印迹技术的应用
  
  3.1固相萃取
  固相萃取具有回收率和富集倍数高、环境友好、无相分离操作、操作简单和易于实现自动化等优点,目前已成为最常用的样品前处理方法之一。分子印迹固相萃取由于可以简化样品前处理过程并且能够弥补传统固相萃取剂选择性差的缺点,所以在痕量分析方面前景广阔。
  Koster等以双氯醇胺(Clenbuteml)为模板分子,甲基丙烯酸为功能单体,在硅纤维表面聚合得到了75 pm的印迹聚合物层用于微量固相萃取对双氯醇胺及其结构类似物进行选择性分离。实验结果表明,分子印迹纤维的制备和萃取性能均具有重复性,分子印迹纤维及非印迹纤维在乙腈中对双氯醇胺的结构类似物双溴醇胺(Brombuter01)的萃取效率分别为75%和<5%,重复使用的分子印迹纤维的萃取效率仍然可达45%,由于机械性能好,重复利用率高,基于纤维表面的分子印迹聚合物在生物样品的分离分析中具有很高的实用价值。
  
  
  
  Jiang等将表面印迹技术与溶胶,凝胶过程相结合,在活化的氨基多孔硅胶表面印迹上双酚A(BPA),并将该MIPs用于固相萃取,高效液相色谱耦联技术检测水样中的BPA。实验结果显示所得到的BPA-MIPs-Silica吸附剂具有吸附容量高,选择性好等特点,印迹聚合物及非印迹聚合物的最大的静态吸附容量分别为68.9和34.0 mg/g,选择因子为4.5。
  
  3.2色谱填料
  分子印迹技术自诞生以来,一直在高效液相色谱、气相色谱及毛细管电泳中有着最为广泛的应用,是一种制备色谱固定相尤其是手性固定相的强有力技术。但是由传统包埋法所得到的MIPs由于具有颗粒不均匀、印迹效率低导致柱效低,限制了它的应用,使用分散聚合法、悬浮聚合法等虽然可以得到粒径的印迹聚合物微球,但所得印迹聚合物的识别位点大都在聚合物微球内部,而印迹聚合物内部存在扩散阻力,导致待印迹分子与识别位点结合困难,结合速率低,溶液的分离处理效率不高,因此把识别位点建立在基质表面的表面印迹技术在色谱分离方面必将有着广阔的发展前景。而以硅胶、二氧化硅等为基质的无机硅表面印迹材料不但具有分子印迹功能,而且具有良好的机械稳定性及热稳定性,在色谱分离方面受到了更多的关注。
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