Polímeros Molecular Impresos como Media Artificiales de la Salida del Reconocimiento y de la Droga

Por Profesor José J. BelBruno

Profesor José J. BelBruno, Departamento de la Química, Universidad de Dartmouth, Hannover, NH 03755 los E.E.U.U. Autor Correspondiente: jjbchem@dartmouth.edu

El reconocimiento Molecular y la encapsulación molecular son los procesos del nanoscale que ofrecen el gran potencial para las aplicaciones tan diversas como los sensores, el remedio ambiental y la salida apuntada de la droga. Los receptores Biológicos y los materiales naturales tales como liposomas ofrecen las características excelentes para tales aplicaciones. Sin Embargo, estas moléculas son costosas, complejas producir y son sensibles a los ambientes químicos y físicos. La impresión Molecular produce las cavidades molécula-específicas de las cuales imite el comportamiento, y se puede substituir para, los puntos de enlace del receptor o los anticuerpos naturales, sin la sensibilidad de temperatura y el alto costo de los sistemas naturales.1 Por Otra Parte, estos receptores artificiales se pueden sintetizar para casi cualquier molécula de la meta.

Mientras Que existen varios métodos alternativos, el concepto general para imprimir, vía la polimerización, se visualiza en el Cuadro 1. La molécula del modelo o de la meta se mezcla con el monómero. A Través del uno mismo-ensamblaje, el modelo forma un complejo con los grupos funcionales del monómero. La estructura uno mismo-ensamblada es bloqueada en lugar por la polimerización con un agente de reticulación. Después De Que la polimerización sea completa, el modelo se extrae del polímero y el polímero o la MIPS molecular impreso es pronta para usar. La MIPS reencuaderna selectivamente la molécula del modelo de la solución o a partir de la fase de vapor.

Cuadro 1. El procedimiento sintetizado para la producción de MIPS se muestra. El modelo y el monómero son mezclados y se forma un complejo de la pre-polimerización. Se agregan el Crosslinker y el iniciador y el complejo es “bloqueado” en el polímero. Finalmente, se quita el modelo y la MIPS está lista para reencuadernar.

Cuando están acopladas a una técnica que lea la presencia del analito, las MIPS proporcionan a un método molecular específico de determinar un agente químico. Los polímeros Molecular impresos se han utilizado como adsorbentes de la extracción de la fase sólida y como (CROMATOGRAFÍA GASEOSA y CLAR) materiales cromatográficos de la olumna para la separación y la determinación de un rango de metas incluyendo los contaminantes ambientales, los productos farmacéuticos, los pesticidas, los materiales de la guerra química y las secuencias inútiles industriales. La detección de Droga y la salida de la droga son los campos adicionales de la investigación en los cuales las MIPS pueden desempeñar un papel.1 Moléculas biológicas más grandes como por ejemplo las proteínas y una terapéutica más pequeña, comercial se han apuntado.

La formación de MIPS es caracterizada a menudo por los cambios importantes en morfología del polímero, que se observan usando técnicas de la microscopia en el nanoscale.2 El Cuadro 2 presenta imágenes atómicas del microcopy (AFM) de la fuerza de nuestros polímeros unimprinted y glucosa-impresos del polyvinylphenol. Observe que los poros creados en el material polimérico impreso están de la orden de algunos diez de nanómetros.

La formación de la película es controlada por la separación de fase relativa del complejo del ordenador principal del modelo-polímero de los otros componentes, modelo-modelo y polímero-polímero, de la solución de la MIPS. Éstas son imágenes de una película fina de la MIPS, con un espesor medido de ~300nm.

Cuadro 2. imágenes del AFM de una película unimprinted del polyvinylphenol (izquierda) y de una película del polyvinylphenol impresa con la glucosa (derecha).

Las MIPS están de interés como el reconocimiento sintetizadamente formado y agentes astringentes para una variedad de aplicaciones que detectan, que son el enfoque de nuestra investigación actual. Como sensores, los elementos claves de MIPS son la densidad de sitios activos, su velocidad de regulación automático de la reacción del sensor de la accesibilidad geométrica, y la selectividad que exhiben para el analito. Los materiales de la película Fina bastante que polvos se pueden utilizar para optimizar la densidad y la disponibilidad de los sitios del receptor, mientras que se forman a menudo bajo condiciones del desequilibrio, y, cuando es fina, disminuye la distancia de la difusión necesaria para que el analito atraviese durante la extracción y acciones obligatorias.

Diversos mecanismos que detectan se emplean en diversos dispositivos señalados del sensor. Por ejemplo, Sadeghi3 desarrolló un sensor potenciométrico basado en un polímero impreso para el clorhidrato antibiótico del levamisole, que fue embutido en una membrana del cloruro de polivinilo. El sensor, con una sensibilidad en el rango del µM, un tiempo de reacción menos que 15s y una vida útil de cuatro meses, era altamente selectivo al antibiótico en la formulación pura o de la tablilla. Hemos señalado sobre un sensor capacitivo apuntado a las soluciones de aminoácidos y recibido en Nylon-6 una película, una estructura capacitiva de la paralelo-placa verdadera.4 Operatorio en un modo de la CA, estos sensores exhibieron rotaciones importantes en los picos del factor de disipación, proporcionando a la información conectado si el analito de la meta estaba presente en el sensor o había sido quitado. Por Otra Parte, los sensores construidos para un aminoácido específico eran insensibles a la adsorción de otra, aminoácidos competentes.

Más recientemente, nos hemos centrado en los sensores chemiresistive. La solución impresa del polímero está barrena o declive-revestida sobre un chip de silicio sobre el cual un conjunto de electrodos interdigitated litográfico fue producido. Las películas del polímero se mantienen muy finas, 100-300nm, para detectar y esté señalada la acción de la adsorción vía el cambio en la conductividad del dispositivo. Una aplicación importante de esta tecnología es el revelado de una película que detecta para detectar la presencia de humo de segunda mano del cigarrillo específicamente adsorbiendo la nicotina en el aire ambiente.5 Este dispositivo confía en una película conductora del polímero, polyaniline, como el agente de la información. Una reacción típica a la presencia de humo de segunda mano de un único cigarrillo se muestra en el Cuadro 3. El aumento en resistencia es inmediato y el fallecimiento del máximo ocurre mientras que se extingue el cigarrillo. La Incorporación de tal película en un sensor personal proporcionará a los medios de notificar ésos más sensibles a los componentes del tabaco que arde que deben tomar a precauciones.

Cuadro 3. La reacción de un sensor polyaniline-basado al humo de segunda mano del cigarrillo vía la detección de la nicotina.

Un dispositivo similar, empleando una diversa capa adsorbente, pero también usando polyaniline como el elemento de la información, se ha desarrollado para detectar específicamente la presencia de formaldehido gaseoso en los niveles sub-PPM.6 Otra Vez el proporcionar medios de asegurar el seguro de los que pudieron ser afectadas al contrario por la exposición.

Ambos sensores resistencia-basados descritos arriba confían en polyaniline como el elemento conductor. Esto es una situación restrictiva, puesto que el cambio en conductividad requiere que el extracto del analito un protón del polímero dopado. Hemos desarrollado una aproximación más general en la cual el elemento conductor es únicos nanotubes emparedados del carbón.7 Típicamente, una parte de nanotubes del carbón tienen propiedades metálicas y estos tubos sirven como el agente de la información para la adsorción. La MIPS está revestida sobre los nanotubes, que entonces se depositan a través de los electrodos. Ésta es una técnica general, y mientras que preveemos encontrar las aplicaciones numerosas para la tecnología, una aplicación específica que hemos señalado estamos probando para la presencia de cotinine en orina. Cotinine es el metabilito mayor de la nicotina y una prueba más sensible se requiere para evaluar la exposición al humo de segunda mano del cigarrillo en individuos.


Referencias

  1. J.J. BelBruno, “Imprimió Molecular los Polímeros: Receptores Artificiales con aplicaciones amplias”, el Micrófono y Nanosystems, 1, 163 (2009).
  2. S.E. Campbell, M. Collins, L. Xie y J.J. BelBruno “morfología de la Superficie del polímero molecular impreso recubierto barrena el Análisis 41, 347 filma”, de la Superficie y de Interfaz (2009).
  3. S. Sadeghi, F. Fathi y J. Abbasifar, el “detectar Potenciométrico del clorhidrato del levamisole basado en el polímero molecular impreso”, los Sensores y los Actuadores B 122, 158 (2007).
  4. J.J. BelBruno, G. Zhang y U.J. Gibson, el “detectar Capacitivo de aminoácidos en películas de nylon molecular impresas”, los Sensores y los Actuadores B 155, 915 (2011).
  5. Y. Liu, A. Antwi-Boampong, S.E. Tanski, M. Crane y J.J. BelBruno, “Detección del humo de segunda mano del cigarrillo vía la nicotina usando el polímero conductor filma”, la Ciencia (sometida, Sept. de 2012).
  6. S. Antwi-Boampong y J.J. BelBruno, “Detección del vapor de formaldehido usando el polímero conductor filma”, los Sensores y los Actuadores B, (sometidos, Agosto de 2012).
  7. S.W.R. Dunbar y J.J. BelBruno, “imprimieron Molecular el sensor del nanotube del polímero-carbón apuntado al cotinine”, los Sensores Químicos, en la prensa (2012).

Date Added: Sep 6, 2012 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 12:55

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