Polimeri Molecolare Impressi come Media Artificiali di Consegna della Droga e di Riconoscimento

Da Prof. Joseph J. BelBruno

Il Professor Joseph J. BelBruno, Dipartimento di Chimica, Istituto Universitario di Dartmouth, Hannover, NH 03755 U.S.A. Autore Corrispondente: jjbchem@dartmouth.edu

Il riconoscimento Molecolare e l'incapsulamento molecolare sono trattamenti del nanoscale che offrono il grande potenziale per le applicazioni diverse quanto i sensori, il rimedio ambientale e la consegna mirata a della droga. I ricevitori Biologici ed i materiali naturali quali i liposomi offrono le caratteristiche eccellenti per tali usi. Tuttavia, queste molecole sono costose, complesse produrre e sono sensibili agli ambienti chimici e fisici. La stampa Molecolare produce le intercapedini molecola-specifiche di cui imiti il comportamento e può essere sostituita per, sedi del legame del ricevitore o anticorpi naturali, senza la sensibilità di temperatura e l'alto costo dei sistemi naturali.1 Inoltre, questi ricevitori artificiali possono essere sintetizzati per quasi tutta la molecola dell'obiettivo.

Mentre parecchi metodi alternativi esistono, il concetto generale per la stampa, via la polimerizzazione, video nella Figura 1. La molecola dell'obiettivo o del modello è mista con il monomero. Tramite auto-assembly, il modello forma un complesso con i gruppi funzionali del monomero. La struttura auto-montata è bloccata nel posto tramite polimerizzazione con un agente di reticolazione. Dopo Che la polimerizzazione è completa, il modello è estratto dal polimero ed il polimero o il MIP molecolare impresso è pronto per usare. Il MIP rilega selettivamente la molecola del modello dalla soluzione o a partire dalla fase di vapore.

Figura 1. La procedura sintetica per produzione dei MIPs è indicata. Il modello ed il monomero sono misti e un complesso di pre-polimerizzazione è formato. Il Crosslinker e l'iniziatore si aggiungono ed il complesso è “bloccato„ nel polimero. Per Concludere, il modello è rimosso ed il MIP è pronto per rilegare.

Una Volta accoppiati ad una tecnica che legge fuori la presenza dell'analito, i MIPs forniscono un metodo molecolare specifico di identificazione dell'agente chimico. I polimeri Molecolare impressi sono stati usati come adsorbenti dell'estrazione di fase solida e come (GASCROMATOGRAFIA e HPLC) materiali cromatografici della colonna per la separazione e la determinazione di intervallo degli obiettivi compreso gli agenti inquinanti, i prodotti farmaceutici, gli antiparassitari, i materiali di guerra chimica ed i flussi di rifiuti industriali ambientali. L'individuazione della droga e la consegna della droga sono campi supplementari della ricerca in cui i MIPs possono svolgere un ruolo.1 Sia le più grandi molecole biologiche come quali le proteine che la più piccola, terapeutica commerciale sono state mirate a.

La formazione di MIPs è caratterizzata spesso dai cambiamenti significativi nella morfologia del polimero, che sono osservati facendo uso delle tecniche di microscopia sul nanoscale.2 Figura 2 presenta le immagini atomiche del microcopy (AFM) della forza dei nostri polimeri unimprinted e glucosio-impressi di polyvinylphenol. Si Noti che i pori creati nel materiale polimerico impresso sono dell'ordine di alcuni dieci dei nanometri.

La formazione della pellicola è gestita tramite la separazione di fase relativa del complesso ospite del modello-polimero dalle altre componenti, modello-modello e polimero-polimero, della soluzione di MIP. Queste sono immagini di una pellicola sottile del MIP, con uno spessore misurato di ~300nm.

Figura 2. immagini del AFM di una pellicola unimprinted di polyvinylphenol (sinistra) e di una pellicola di polyvinylphenol impressa con glucosio (destra).

I MIPs sono di interesse come il riconoscimento e leganti sinteticamente formati per varie applicazioni di percezione, che sono il fuoco della nostra ricerca corrente. Come sensori, gli elementi chiave dei MIPs sono la densità dei siti attivi, la loro velocità governante di risposta del sensore di accessibilità geometrica e la selettività che esibiscono per l'analito. I materiali della pellicola Sottile piuttosto che le polveri possono essere usati per ottimizzare la densità e la disponibilità dei recettori, mentre sono formate spesso nelle circostanze di non equilibrio e, una volta sottile, minimizza la distanza della diffusione necessaria affinchè l'analito attraversi durante l'estrazione e gli eventi obbligatori.

I meccanismi di percezione Differenti sono impiegati in varie unità riferite del sensore. Per esempio, Sadeghi3 ha sviluppato un sensore potenziometrico basato su un polimero impresso per il cloridrato antibiotico del levamisole, che è stato incassato in una membrana del cloruro polivinilico. Il sensore, con una sensibilità nell'intervallo del µM, un tempo di reazione di di meno che 15s e una durata della vita di quattro mesi, era altamente selettivo all'antibiotico nella formulazione della compressa o pura. Abbiamo riferito su un sensore capacitivo mirato a alle soluzioni di amminoacidi ed ospitato Nylon-6 in una pellicola, una struttura capacitiva della vera parallelo-zolla.4 Funzionato in un modo di CA, questi sensori hanno esibito le variazioni significative nei picchi di fattore di dissipazione, fornenti informazioni sopra se l'analito dell'obiettivo era presente nel sensore o era stato rimosso. Inoltre, i sensori costruiti per un amminoacido specifico erano insensibili all'adsorbimento di altro, amminoacidi in competizione.

Più recentemente, abbiamo messo a fuoco sui sensori chemiresistive. La soluzione impressa del polimero è la rotazione o immersione-rivestito su un chip di silicio sopra cui un insieme degli elettrodi interdigitated litografico è stato prodotto. Le pellicole del polimero sono tenute molto sottili, 100-300nm, di modo che l'evento dell'adsorbimento è individuato e riferito via il cambiamento nella conducibilità dell'unità. Un'applicazione importante di questa tecnologia è lo sviluppo di una pellicola di percezione per individuare la presenza di fumo di seconda mano della sigaretta specificamente adsorbendo il nicotina nell'aria ambientale.5 Questa unità conta su una pellicola conduttiva del polimero, polyaniline, come l'agente di segnalazione. Una risposta tipica alla presenza di fumo di seconda mano da una singola sigaretta è indicata nella Figura 3. L'aumento nella resistenza è immediato ed il decesso dal massimo accade mentre la sigaretta è estinta. L'Incorporazione di una tal pellicola in un sensore personale fornirà i mezzi per notificare a quelli più sensibili alle componenti di tabacco di fuoco senza fiamma che devono catturare a precauzioni.

Figura 3. La risposta ad un di un sensore basato polyaniline al fumo di seconda mano della sigaretta via la rilevazione di nicotina.

Una simile unità, impiegante un livello differente dell'adsorbente, ma anche facendo uso del polyaniline come l'elemento di segnalazione, è stata sviluppata specificamente per individuare la presenza di formaldeide gassosa ai livelli sotto-PPM.6 Ancora fornire mezzi per assicurare la sicurezza di coloro che potrebbe essere urtato avversamente tramite l'esposizione.

Entrambi ai i sensori basati a resistenza descritti precedentemente contano sul polyaniline come l'elemento conduttivo. Ciò è una situazione restrittiva, poiché il cambiamento nella conducibilità richiede che l'estratto dell'analito un protone dal polimero verniciato. Abbiamo sviluppato un approccio più generale in cui l'elemento conduttivo è singoli nanotubes murati del carbonio.7 Tipicamente, una frazione dei nanotubes del carbonio ha beni metallici e questi tubi serviscono da agente di segnalazione per l'adsorbimento. Il MIP è rivestito sui nanotubes, che poi sono depositati attraverso gli elettrodi. Ciò è una tecnica generale e mentre pensiamo trovare i numerosi usi per la tecnologia, l'un'applicazione che specifica abbiamo riferito stiamo provando a presenza di cotinine in urina. Cotinine è il metabolita principale di nicotina e una prova più sensibile è richiesta per valutare l'esposizione al fumo di seconda mano della sigaretta in persone.


Riferimenti

  1. J.J. BelBruno, “Ha Impresso Molecolare i Polimeri: Ricevitori Artificiali con le vaste applicazioni„, il Micro e Nanosystems, 1, 163 (2009).
  2. S.E. Campbell, M. Collins, L. Xie e J.J. BelBruno “la morfologia della Superficie del polimero molecolare impresso ricoperto la rotazione l'Analisi 41, 347 filma„, della Superficie e di Interfaccia (2009).
  3. S. Sadeghi, F. Fathi e J. Abbasifar, “percezione Potenziometrica del cloridrato del levamisole basata sul polimero molecolare impresso„, sui Sensori e sugli Azionatori B 122, 158 (2007).
  4. J.J. BelBruno, G. Zhang ed U.J. Gibson, “percezione Capacitiva degli amminoacidi in pellicole di nylon molecolare impresse„, Sensori ed Azionatori B 155, 915 (2011).
  5. Y. Liu, A. Antwi-Boampong, S.E. Tanski, M. Crane e J.J. BelBruno, “Rilevazione del fumo di seconda mano della sigaretta via nicotina facendo uso del polimero conduttivo filma„, Scienza (presentata, il 2012 settembre).
  6. S. Antwi-Boampong e J.J. BelBruno, “Rilevazione del vapore di formaldeide facendo uso del polimero conduttivo filma„, Sensori ed Azionatori B, (sottoposti, Agosto 2012).
  7. S.W.R. Dunbar e J.J. BelBruno, “hanno impresso Molecolare il sensore del nanotube del polimero-carbonio mirato a al cotinine„, Sensori Chimici, in stampa (2012).

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

Last Update: 14. June 2013 12:26

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