Polymères Moléculairement Imprimés en tant que Medias Artificiels d'Accouchement de Reconnaissance et de Médicament

Par Prof. Joseph J. BelBruno

Professeur Joseph J. BelBruno, Département de Chimie, Université de Dartmouth, Hannovre, NH 03755 ETATS-UNIS. Auteur Correspondant : jjbchem@dartmouth.edu

La reconnaissance Moléculaire et l'encapsulation moléculaire sont des procédés de nanoscale qui offrent le potentiel grand pour des applications aussi diverses que des senseurs, la réhabilitation de l'environnement et l'accouchement visé de médicament. Les récepteurs Biologiques et les matériaux naturels tels que des liposomes offrent d'excellentes caractéristiques pour de tels usages. Cependant, ces molécules sont chères, complexes pour produire et sont sensibles aux environnements chimiques et matériels. L'impression Moléculaire produit les cavités molécule-particulières imitez dont le comportement, et peut être substituée à, les accepteurs de récepteur naturel ou les anticorps, sans sensibilité de température et coût élevé des systèmes naturels.1 D'ailleurs, ces récepteurs artificiels peuvent être synthétisés pour presque n'importe quelle molécule-cible.

Tandis Que plusieurs approches alternatives existent, la notion générale pour imprimer, par l'intermédiaire de la polymérisation, est affichée sur le Schéma 1. Le descripteur ou la molécule-cible est mélangé à du monomère. Par en kit, le descripteur forme un composé avec les groupes fonctionnels du monomère. La structure auto-assemblée est verrouillée dans la place par polymérisation avec un agent de réticulation. Après la polymérisation est complète, le descripteur est extrait du polymère et le polymère ou le MIP moléculairement imprimé est opérationnel. Le MIP relie de nouveau sélecteur la molécule de descripteur de la solution ou de la phase vapeur.

Le Schéma 1. La procédure synthétique pour la production des MIPs est affichée. Le descripteur et le monomère sont mélangés et un composé de pré-polymérisation est formé. L'Éditeur Absolu et l'amorce sont ajoutés et le composé est « verrouillé » dans le polymère. En Conclusion, le descripteur est retiré et le MIP est prêt pour se relier de nouveau.

Une Fois accouplés à une technique qui donne lecture la présence de l'analyte, les MIPs fournissent une méthode moléculairement particulière de recenser un agent chimique. Des polymères Moléculairement imprimés ont été utilisés en tant qu'adsorbants d'extraction de phase solide et en tant que (CHROMATOGRAPHIE GAZEUSE et CLHP) matériaux chromatographiques de fléau pour la séparation et la détermination d'un domaine des objectifs comprenant les contaminants, les pharmaceutiques, les pesticides, les matériaux de guerre chimique et les flots de déchets industriels environnementaux. Le dépistage de Médicament et l'accouchement de médicament sont des zones supplémentaires de recherches dans lesquelles les MIPs peuvent jouer un rôle.1 De plus grandes molécules biologiques comme comme des protéines et une plus petite, commerciale thérapeutique ont été visées.

La formation des MIPs est souvent caractérisée par les évolutions important dans la morphologie de polymère, qui sont observées utilisant des techniques de microscopie sur le nanoscale.2 Le Schéma 2 présente des images atomiques de microcopy (AFM) de force de nos polymères unimprinted et glucose-imprimés de polyvinylphenol. Notez que les pores produits dans le matériau polymère imprimé sont de la commande de quelques dizaines de nanomètres.

La formation du film est réglée par la séparation de phase relative du composé d'hôte de descripteur-polymère des autres composants, descripteur-descripteur et polymère-polymère, de la solution de MIP. Ce sont des images d'un film mince du MIP, avec une épaisseur mesurée de ~300nm.

Le Schéma 2. images d'AFM d'un film unimprinted de polyvinylphenol (gauche) et d'un film de polyvinylphenol imprimé avec du glucose (droit).

Les MIPs sont d'intérêt en tant que la reconnaissance synthétiquement formée et lieurs pour un grand choix d'applications se sentantes, qui sont le centre de notre recherche actuelle. Comme senseurs, les éléments clé des MIPs sont la densité des sites actifs, leur vitesse de gouvernement de réaction de senseur d'accessibilité géométrique, et la sélectivité qu'ils montrent pour l'analyte. Des matériaux de Film mince plutôt que des poudres peuvent être employés pour optimiser la densité et la disponibilité des sites de récepteur, pendant qu'elles sont souvent formées dans des conditions de non-équilibre, et, si mince, réduisent à un minimum la distance de diffusion nécessaire pour que l'analyte traverse pendant l'extraction et les événements obligatoires.

Différents mécanismes se sentants sont utilisés dans dispositifs enregistrés variés de senseur. Par exemple, Sadeghi3 a développé un senseur potentiométrique basé sur un polymère imprimé pour le chlorhydrate antibiotique de levamisole, qui a été encastré dans une membrane de chlorure polyvinylique. Le senseur, avec une sensibilité dans le domaine de µM, un temps de réponse de moins que 15s et une durée de vie de quatre mois, était hautement sélecteur à l'antibiotique dans la formulation pure ou de tablette. Nous avons rendu compte d'un senseur capacitif visé aux solutions des acides aminés et hébergé dans Nylon-6 un film, une structure capacitive de véritable parallèle-plaque.4 Fonctionné en mode À C.A., ces senseurs ont montré les variations significatives dans les crêtes de facteur de dissipation, fournissant des informations en circuit si l'analyte d'objectif était présente dans le senseur ou avait été retirée. D'ailleurs, les senseurs établis pour un acide aminé spécifique étaient peu sensibles à l'adsorption d'autre, acides aminés de concurrence.

Plus récent, nous nous sommes concentrés sur les senseurs chemiresistive. La solution imprimée de polymère est rotation ou immersion-enduite sur une puce de silicium sur laquelle un ensemble d'électrodes interdigitated ont été lithographique produits. Les films de polymère sont maintenus très minces, 100-300nm, de sorte que l'événement d'adsorption soit trouvé et enregistré par l'intermédiaire du changement de la conductivité du dispositif. Une application importante de cette technologie est le développement d'un film se sentant pour trouver la présence de la fumée de cigarette d'occasion en adsorbant particulièrement la nicotine dans le ciel ambiant.5 Ce dispositif se fonde sur un film conducteur de polymère, polyaniline, comme agent d'enregistrement. Une réaction typique à la présence du tabagisme passif d'une cigarette unique est affichée sur le Schéma 3. L'augmentation de la résistance est immédiate et le décès du maximum se produit pendant qu'on s'éteint la cigarette. La Constitution d'un tel film dans un senseur personnel fournira les moyens d'informer ceux les plus sensibles aux composants du tabac de combustion lente qu'elles doivent prendre à des précautions.

Le Schéma 3. La réaction d'un senseur polyaniline-basé à la fumée de cigarette d'occasion par l'intermédiaire du dépistage de la nicotine.

Un dispositif assimilé, utilisant une couche adsorbante différente, mais également utilisant le polyaniline comme élément d'enregistrement, a été développé pour trouver particulièrement la présence du formaldéhyde gazeux aux niveaux en dessous des ppm.6 De Nouveau fourniture moyens d'assurer la sécurité de ceux qui pourraient être défavorablement influencés par l'exposition.

Les Deux senseurs résistance-basés décrits ci-dessus se fondent sur le polyaniline comme élément conducteur. C'est une situation restrictive, puisque le changement de la conductivité exige que l'abrégé sur analyte un proton du polymère dopé. Nous avons développé un élan plus général dans lequel l'élément conducteur est des nanotubes murés uniques de carbone.7 Type, une fraction des nanotubes de carbone ont les propriétés métalliques et ces tubes servent d'agent d'enregistrement à l'adsorption. Le MIP est enduit sur les nanotubes, qui sont alors déposés en travers des électrodes. C'est une technique générale, et tandis que nous comptons trouver de nombreuses utilisations pour la technologie, une application particulière que nous avons enregistrée détermine la présence de la cotinine en urine. La Cotinine est la métabolite principale de la nicotine et un test plus sensible est exigé afin d'évaluer l'exposition à la fumée de cigarette d'occasion dans les personnes.


Références

  1. J.J. BelBruno, « A Moléculairement Imprimé des Polymères : Récepteurs Artificiels avec les applications étendues », le Micro et le Nanosystems, 1, 163 (2009).
  2. S.E. Campbell, M. Collins, L. Xie et J.J. BelBruno « morphologie de Surface de polymère moléculairement imprimé vêtu par rotation l'Analyse 41, 347 filme », de Surface et de Surface Adjacente (2009).
  3. S. Sadeghi, F. Fathi et J. Abbasifar, « se sentir Potentiométrique du chlorhydrate de levamisole basé sur le polymère moléculairement imprimé », les Senseurs et les Déclencheurs B 122, 158 (2007).
  4. J.J. BelBruno, G. Zhang et U.J. Gibson, « se sentir Capacitif des acides aminés dans les films en nylon moléculairement imprimés », les Senseurs et des Déclencheurs B 155, 915 (2011).
  5. Y. Liu, A. Antwi-Boampong, S.E. Tanski, M. Crane et J.J. BelBruno, « Dépistage de fumée de cigarette d'occasion par l'intermédiaire de nicotine utilisant le polymère conducteur filme », la Science (soumise, Septembre 2012).
  6. S. Antwi-Boampong et J.J. BelBruno, « Dépistage de vapeur de formaldéhyde utilisant le polymère conducteur filme », les Senseurs et les Déclencheurs B, (soumis, Août 2012).
  7. S.W.R. Dunbar et J.J. BelBruno, « Ont moléculairement imprimé le senseur de nanotube de polymère-carbone visé à la cotinine », les Senseurs Chimiques, en cours d'impression (2012).

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

Last Update: 14. June 2013 12:18

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