配位印跡聚合物在分析化學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展

1、配位印跡聚合物在分析化學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展    作者：黃健祥 胡玉玲 胡玉斐 李攻科      2012-5-2 14:53:11   來源：畢業(yè)論文網(wǎng)    摘 要 分子印跡聚合物（MIP）是一種對(duì)目標(biāo)分子（模板分子）具有選擇性結(jié)合能力的聚合物。配位印跡聚合物（CIP）是基于金屬離子與功能單體、模板分子間配位作用的分子印跡聚合物, 既沿襲了MIP的優(yōu)點(diǎn), 又具有適用于極性環(huán)境等優(yōu)點(diǎn), 在食品、環(huán)境、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域目標(biāo)物的識(shí)別中

2、有良好的應(yīng)用潛力。本文介紹了CIP的原理和特點(diǎn), 綜述了CIP在分析化學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展, 展望了CIP的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞 分子印跡聚合物； 配位印跡聚合物； 分析化學(xué)； 評(píng)述1 引 言配位印跡聚合物（Complex imprinted polymer, CIP）是一種對(duì)目標(biāo)配合物（模板配合物）具有選擇性結(jié)合能力的聚合物, 是分子印跡聚合物（Molecularly imprinted polymer, MIP）的一個(gè)重要發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。CIP的常見制備流程類似于MIP, 如圖1所示：將模板分子、中心金屬與功能單體混合溶解在聚合溶劑（致孔劑）中, 三者形成配合物；然后加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑, 熱引發(fā)

3、或紫外照射引發(fā)聚合后形成高度交聯(lián)的聚合物；最后通過適當(dāng)?shù)娜軇┫疵摮ツ０迮浜衔? 聚合物中形成了與原模板配合物大小、形狀和空間結(jié)構(gòu)互補(bǔ)并且具有多重作用位點(diǎn)的“空穴”?？昭ǎㄓ≯E空腔）在空間大小和形狀上以及化學(xué)作用方面都是與 圖1 配位印跡聚合物制備流程圖Fig1 Schematic representation of preparation procedures for complex imprinted polymer模板配合物相匹配的, 具有選擇性地與之重新結(jié)合的能力。在制備MIP時(shí), 聚合物與模板分子的結(jié)合是基于靜電作用、范德華力、疏水作用、氫鍵等作用力, 其中氫鍵作用力是應(yīng)用較為廣泛的

4、一種。由于具有結(jié)構(gòu)預(yù)置性、廣泛適用性、良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性, MIP被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。但MIP的選擇性識(shí)別能力存在一些不足之處, 如氫鍵作用力易受極性環(huán)境的影響, 導(dǎo)致MIP的印跡效果減弱, 選擇性降低。因此, 在制備以水溶性分子為對(duì)象的MIP或把MIP應(yīng)用于極性環(huán)境時(shí)受到限制?；诮饘匐x子與功能單體、目標(biāo)分子配位作用的CIP是解決上述問題的有效途徑之一。由于配位鍵比氫鍵、范德華力、靜電作用、疏水作用等具有更強(qiáng)的作用力, 且具有定向性, 有利于制備高選擇性的印跡聚合物；通過金屬配位作用結(jié)合的識(shí)別過程具有結(jié)合快速且可逆的優(yōu)點(diǎn), 改善了共價(jià)作用的不足, 兼?zhèn)淞斯矁r(jià)作用和非共價(jià)作用的優(yōu)點(diǎn)；另外

5、, 金屬配位作用在極性體系中可以穩(wěn)定存在, 這就使水溶性目標(biāo)分子的印跡聚合物的制備和應(yīng)用成為可能；金屬配位作用具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性, 比較容易達(dá)到動(dòng)力學(xué)平衡, 應(yīng)用范圍廣泛；再者, 由于過渡金屬在不同氧化狀態(tài)下具有不同的化學(xué)特性, 以它和模板分子組成的化合物也就具有多種性質(zhì)和催化效應(yīng)。目前, CIP的制備多采用本體聚合法, 后處理過程繁雜, 需經(jīng)過粉碎、篩選等手續(xù), 費(fèi)時(shí)耗力, 且聚合物的吸附性、選擇性和利用率均會(huì)受到影響；其次使用較多的表面修飾法是在各種形狀底材（如膜、微球、纖維）的表面修飾一層CIP。該法可改善本體聚合法等方法中模板包埋過深或過緊, 從而導(dǎo)致無(wú)法洗脫下來和使用過程中“滲漏

6、”的問題, 目標(biāo)物質(zhì)較易離開或接近聚合物的印跡位點(diǎn), 具有良好的應(yīng)用性能。在固載CIP前, 底材往往需經(jīng)過處理, 從而帶有能鍵合聚合物的基團(tuán)；或結(jié)合原位聚合法, 膜狀底材吸附預(yù)聚溶液后引發(fā)聚合得到貫穿底材的CIP。此外電聚合法在鉑電極表面固載CIP也有報(bào)道。雖然CIP的研究尚處于初級(jí)階段, 但因具有適用于極性體系的優(yōu)點(diǎn)已引起了廣泛關(guān)注。有關(guān)CIP研究的報(bào)道日趨增多, 下面將重點(diǎn)評(píng)述其在分析化學(xué)中的應(yīng)用。2 配位印跡聚合物在分析化學(xué)中的應(yīng)用CIP與MIP的在結(jié)構(gòu)上主要差異是CIP的“模板分子”, 即“模板配合物”包括兩個(gè)部分：中心配位金屬和配體（目標(biāo)分子）, 其識(shí)別作用的原理類似于配體交換吸附劑

7、, 但具有更好的選擇性和適應(yīng)性。CIP使用的中心離子經(jīng)常是Cu2, Co2, Zn2, Ni2等過渡金屬離子。制備時(shí)根據(jù)功能單體及目標(biāo)分子的配位能力來選擇中心金屬, 金屬離子和抗衡離子的種類均會(huì)影響印跡效果和選擇性識(shí)別能力；模板分子一般帶有含N, O, S等可提供電子對(duì)的官能團(tuán), 且具有易與金屬形成配合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。生物體內(nèi)的許多物質(zhì), 如蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、核酸、糖等, 均具有多種配位基, 如氨基酸分子中的羧基、氨基和咪唑基；核酸分子中的堿基和磷酸基。近年來, 有關(guān)配位印跡聚合物的研究日趨增多, 本文主要概述了CIP在分析化學(xué)中的應(yīng)用。應(yīng)用對(duì)象包括吡啶類、咪唑類、羧酸類、有機(jī)膦類、氨基酸類

8、、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì)等。2.1 在吡啶類物質(zhì)分析中的應(yīng)用2,2聯(lián)吡啶（2,2Dipyridine, 2,2Dpy）須通過金屬離子才能起特定的藥理作用。Zeng等以4乙烯基吡啶（4Vinylpyridine, 4Vpy）為功能單體, 以Cu2和2,2聯(lián)吡啶為模板分子, 制備了顆粒狀聚合物, 然后制成碳糊電極, 利用循環(huán)伏安法測(cè)試了該電極對(duì)2,2聯(lián)吡啶的結(jié)合能力。2,2聯(lián)吡啶還可與Zn2和Ni2形成配合物。王學(xué)軍等研究了印跡聚合物對(duì)2,2聯(lián)吡啶、4,4聯(lián)吡啶、1,10鄰菲羅啉和4,4二甲基2,2聯(lián)吡啶吸附容量的差異。但以上報(bào)道均未將印跡材料用于實(shí)際樣品的分析。 Huang等首次將配位印跡技術(shù)和固相

9、微萃取（Solid phase microextraction, SPME）技術(shù)結(jié)合, 集成了兩者的優(yōu)勢(shì), 在硅烷化處理后的光纖維上化學(xué)鍵合了2,2DpyCu印跡的CIP涂層, 其制備流程圖如圖2所示。CIPSPME萃取頭可在水相環(huán)境中選擇性識(shí)別模板配合物, 吸附容量分別為MIP和非印跡聚合物（Nonimprinted polymer, NIP）的2.2和2.6倍。由于極性溶劑的干擾, 基于氫鍵作用的MIP只有很弱的印跡效果, 而基于配位鍵的CIP具有較好的印跡效果和選擇性。CIPSPME萃取頭的耐溶劑性和熱穩(wěn)定性較好, 且使用70次后表面形貌沒有明顯改變或者損壞。方法的線性范圍10200Wu

10、等制備了2酰胺基吡啶乙酸銅為模板的印跡聚合物, 邁出了解決分子內(nèi)氫鍵問題的第一步。該研究組在研究2酰胺基吡啶的印跡聚合物時(shí)發(fā)現(xiàn), 模板分子未起到印跡的作用, 推測(cè)是因?yàn)?酰胺基吡啶形成了分子內(nèi)氫鍵, 減弱了與功能單體的作用。而加入Cu2后, 印跡聚合物的選擇性得到了很大的提高。Takeuchi等制備了（）金雞吶啶為對(duì)象的印跡聚合物, 對(duì)比了以甲基丙烯酸（Methacrylic acid, MAA）或金屬卟啉或兩者混合作為功能單體時(shí), 所得聚合物親和能力及選擇性的差異。結(jié)果表明, 使用兩種功能單體時(shí), 印跡聚合物對(duì)模板分子的親和力和選擇性最佳, 這可能是因?yàn)橛≯E和分析過程中同時(shí)利用了配位作用力和

11、氫鍵作用力的結(jié)果。將聚合物制成膜狀, 既克服了顆粒狀印跡聚合物聚合時(shí)間長(zhǎng)和需要篩分的缺點(diǎn), 又縮短了洗脫時(shí)間。馬向霞等采用紫外光引發(fā)原位聚合的方法制備了帶支撐膜的鈷離子配位印跡聚合物膜；膜滲透實(shí)驗(yàn)表明, 在一定濃度Co2存在下, 印跡膜對(duì)模板分子表現(xiàn)出良好的滲透選擇性； 還考察了溶液中陽(yáng)離子和陰離子的種類對(duì)印跡膜滲透模板分子的影響。2.2 在咪唑類物質(zhì)分析中的應(yīng)用二乙酸亞胺能和Cu2形成穩(wěn)定的配合物, Dhal等利用二乙酸亞胺的苯乙烯衍生物為功能單體, 合成了Cu2為中心離子的二咪唑類CIP, 并用電子自旋共振內(nèi)標(biāo)法測(cè)試了該聚合物對(duì)模板分子和結(jié)構(gòu)類似物的結(jié)合能力及選擇性, 分離因子為1.171

12、.35。為了穩(wěn)定功能單體在空腔中的排布, 使用了功能單體交聯(lián)劑=595（摩爾比）的高比例。模板分子既能和中心離子形成二配位的復(fù)合物, 又在聚合物中產(chǎn)生空間結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的空腔, 為分離結(jié)構(gòu)類似物提供了有效的方法。改變金屬離子的種類可以調(diào)節(jié)CIP與模板分子的親和性能。Plunkett等使用Cu2二乙酸（Cu2diacetic acid, CuVBIDA）為功能單體, 以甲醇為致孔劑, 在表面處理過的硅膠上印跡了單咪唑和二咪唑類為模板分子的聚合物, 洗脫模板分子后填充到液相色譜柱中。Cu2與咪唑基的強(qiáng)作用力使聚合物里留下了穩(wěn)定的互補(bǔ)空腔, 但同時(shí)因此模板分子在色譜柱中的保留過強(qiáng), 結(jié)合后難以洗脫。他們先

13、以Zn2沖洗填充柱, 使Cu2被Zn2取代。Zn2與咪唑基的作用力比Cu2小一些, 所得的固定相可較好地分離模板分子及其結(jié)構(gòu)類似物。馬卡迪以烯基卟啉鋅為功能單體, 苯并咪唑?yàn)槟０宸肿雍铣闪擞≯E聚合物, 利用競(jìng)爭(zhēng)吸附法檢測(cè)了印跡聚合物的吸附能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 印跡聚合物對(duì)模板分子具有較高的特異性吸附能力；印跡過程是分子空間匹配以及金屬卟啉配位等多種作用相互協(xié)同的過程。在此基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步采用酪氨酸為模板分子, 利用聚合物柱吸附法考察了含金屬卟啉印跡聚合物在水相中對(duì)模板分子的識(shí)別能力, 獲得了具有水相識(shí)別性能的印跡聚合物。同時(shí)將金屬卟啉負(fù)載于聚苯乙烯二乙烯苯微球上制得了新型HPLC填料, 初步實(shí)

14、驗(yàn)結(jié)果表明, 該填料對(duì)咪唑類化合物能起到一定的分離效果。2.3 在羧酸類物質(zhì)分析中的應(yīng)用Li等以Co2作為模板分子（S）萘普生和功能單體4Vpy間的作用橋梁, 加強(qiáng)了它們之間的自組裝作用。（S）萘普生Co2印跡聚合物對(duì)萘普生對(duì)映體的區(qū)分能力優(yōu)于NIP和（S）萘普生MIP, 說明金屬鈷的引入提高了分子印跡聚合物的特異性吸附能力。劉鶯等以CuVBIDA為功能單體, 甲醇為聚合溶劑, 制備了L扁桃酸的CIP。將它作為色譜固定相, 系統(tǒng)考察了流動(dòng)相的pH值、甲醇含量以及緩沖溶液的濃度對(duì)其手性分離能力的影響。Sumi等研制了Cu2水楊酸的印跡聚合物, 模擬了抗炎藥水楊酸銅的藥物傳遞系統(tǒng)。以X射線分光光譜、火焰原子化吸收光譜和高效液相色譜方法監(jiān)測(cè)了水楊酸銅在聚合物中的洗脫、裝載和釋放, 結(jié)果表明, 印跡聚合物有著更高的裝載容量和釋放量。吡啶二羧酸（Dipicolinic acid, DPA）是桿菌孢子的主要成分之一, Gültekin等利用DPA與Cr3的配位作用力, 使用分散聚合法制備了基于熒光響應(yīng)的金銀納米簇表面印跡傳感器,