人工的な認識および薬剤配達媒体として分子的に捺印されたポリマー

教授によってヨセフ J. BelBruno

ヨセフ J. BelBruno の化学、ダートマス大学、ハノーバー、 NH 03755 米国の部門教授。 対応する著者: jjbchem@dartmouth.edu

分子認識および分子カプセル封入はセンサー、環境治療および目標とされた薬剤配達多様なアプリケーションのための大きい潜在性を提供する nanoscale プロセスです。 liposomes のような生物的受容器そして自然な材料はそのような使用のための優秀な特性を提供します。 ただし、これらの分子は作り出すために高く、複雑で、化学および物理的な環境に敏感です。 分子捺印は動作をまねなさい作り出し、自然システムの温度感度そして高い費用なしでの、自然な受容器の結合サイトか抗体、代わりになるかもしれません分子特定のキャビティを。1 さらに、これらの人工的な受容器はほとんどあらゆるターゲット分子のために総合されるかもしれません。

複数の代替方式がある間、重合によって捺印のための汎用概念は図 1. で、表示されます。 テンプレートまたはターゲット分子は単量体と混合されます。 自己アセンブリを通して、テンプレートは単量体の基が付いている複合体を形作ります。 自己組み立てられた構造は架橋結合のエージェントとの重合によって場所にロックされています。 重合が完全だった後、テンプレートはポリマーから得られ、分子的に捺印されたポリマーか MIP は使用可能です。 選択式に MIP の rebinds 解決または蒸気段階からのテンプレートの分子。

図 1。 MIPs の生産の総合的なプロシージャは示されています。 テンプレートおよび単量体は混合されて、前重合複合体は形作られます。 Crosslinker および開始プログラムは追加され、複合体はポリマーに 「ロックされています」。 最後に、テンプレートは除去され、 MIP は rebinding の準備ができています。

analyte の存在を読む技術につながれたとき、 MIPs は化学兵器を識別する分子的に特定の方法を提供します。 分子的に捺印されたポリマーは固相の抽出の吸着剤とクロマトグラフの (GC および高性能液体クロマトグラフィー) コラム材料として環境の汚染物、医薬品、殺虫剤、化学兵器戦争材料および産業廃棄物のストリームを含むターゲットの範囲の分離そして決定のために使用されました。 薬剤検出および薬剤配達は MIPs が役割を担うかもしれない追加研究フィールドです。1 蛋白質のようなようにより大きい生物的分子およびより小さい、商業 therapeutics は両方目標とされました。

MIPs の形成は頻繁に nanoscale の顕微鏡検査の技術を使用して観察されるポリマー形態の重要な変更によって特徴付けられます。2 図 2 は私達の unimprinted、ブドウ糖捺印された (AFM) polyvinylphenol ポリマーの原子力の microcopy の画像を示します。 捺印された重合体材料で作成される気孔がナノメーターの少数の 10 の等級であることに注目して下さい。

フィルムの形成は他のコンポーネント、テンプレートテンプレートそして MIP の解決のポリマーポリマーからのテンプレートポリマーホストの複合体の相対位相の分離によって、制御されます。 これらは ~300nm の測定された厚さの MIP の薄膜の画像、です。

図 2. unimprinted polyvinylphenol のフィルム (左) およびブドウ糖と (右の) 捺印される polyvinylphenol のフィルムの AFM の画像。

MIPs は私達の現在の研究の焦点のいろいろ感知アプリケーションのための総合的に形作られた認識そして結合エージェントとして興味です。 センサーとして、 MIPs のキーエレメントは analyte のために表わす実行中のサイトの密度、幾何学的なアクセス可能性支配センサーの応答の速度および選択率です。 粉よりもむしろ薄膜材料が密度を最適化するのに使用されるかもしれ、頻繁に非平衡の条件の下で形作られる、薄いとき、 analyte が抽出および結合のイベントの間に横断することができるのにように必要な拡散の間隔を最小化しと同時に受容器のサイトのアベイラビリティは。

異なった感知のメカニズムはさまざまな報告されたセンサー装置で用いられます。 例えば、 Sadeghi は3ポリ塩化ビニールの膜で埋め込まれた抗生の levamisole の塩酸塩のために捺印されたポリマーに基づいて電位差センサーを発達させました。 µM の範囲の感度のセンサーは、 4 か月の 15s そして寿命よりより少しの応答時間、純粋なかタブレットの公式の抗生物質に非常に選択的でした。 私達はアミノ酸の解決に目標とされ、ナイロン6 フィルム、本当の平行版の容量性構造で催される容量性センサーで報告しました。4 AC モードで作動させて、これらのセンサーはターゲット analyte がセンサーにあったりまたは除去されたかどうか情報を提供する誘電正接のピークの重要なシフトを表わしました。 さらに、特定のアミノ酸のために構築されたセンサーは他の競争のアミノ酸の吸着に無感覚でした。

もっと最近、私達は chemiresistive センサーに焦点を合わせました。 捺印されたポリマー解決は一組の interdigitated 電極が石版で作り出されたシリコンチップに回転またはすくい上塗を施してあります。 ポリマーフィルムは吸着イベントが装置の伝導性の変更によって検出され、報告されるように、非常に、 100-300nm 薄い保たれます。 この技術の重要なアプリケーションはとりわけ周囲の空気のニコチンを吸着することによって中古のタバコの煙の存在を検出する感知のフィルムの開発です。5 この装置は報告のエージェントとして伝導性ポリマーフィルム、 polyaniline に、頼ります。 単一のタバコからの間接喫煙の存在への典型的な応答は図 3. で示されています。 抵抗の増加は即時であり、タバコが消えると同時に最大値からの死は発生します。 個人的なセンサーのそのようなフィルムの結合は注意に取らなければならないくすぶるタバコのコンポーネントに最も敏感なそれらを知らせる方法を提供します。

図 3。 ニコチンの検出による中古のタバコの煙への polyaniline ベースのセンサーの応答。

報告の要素として polyaniline を使用して別の吸着性の層を、しかしまた用いる同じような装置はとりわけ副 PPM レベルで気体ホルムアルデヒドの存在を検出するために発達しました。6 再度提供露出によって不利に影響を与えられるかもしれない人の安全を保障する方法。

上で記述されている伝導性の要素として polyaniline に抵抗ベースのセンサーの両方は頼ります。 これは伝導性の変更がことを analyte の概要添加されたポリマーからのプロトン必要とするので、制限する状態です。 私達は伝導性の要素が単一の囲まれたカーボン nanotubes である汎用アプローチを開発しました。7 通常、わずかカーボン nanotubes に金属特性があり、これらの管は吸着のための報告のエージェントとして役立ちます。 MIP は電極を渡って沈殿する nanotubes に上塗を施してあります。 これは私達が尿の cotinine の存在のためにテストしている報告した私達が技術のための多数の使用を見つけると期待する間、 1 つの特定のアプリケーションおよび汎用技術です。 Cotinine はニコチンの主要な代謝物質であり、個人の中古のタバコの煙への露出を査定するためにより敏感なテストは必要となります。


参照

  1. J.J. BelBruno は、 「分子的にポリマーを捺印しました: 広範囲アプリケーション」、マイクロおよび Nanosystems、 1、 163 が付いている人工的な受容器 (2009 年)。
  2. S.E. キャンベル、 M. Collins、 L. Xie および J.J. BelBruno 「回転によって塗られる分子的に捺印されたポリマーの表面形態」は、表面およびインタフェース解析 41、 347 撮影します (2009 年)。
  3. S. Sadeghi、 F. Fathi および J. Abbasifar 基づく、 「分子的に捺印されたポリマー」、センサーおよびアクチュエーター B 122、 158 に levamisole の塩酸塩の電位差感知 (2007 年)。
  4. J.J. BelBruno、 G. チャンおよび U.J. ギブソン、 「分子的に捺印されたナイロンフィルム」、センサーおよびアクチュエーター B 155、 915 のアミノ酸の容量性感知 (2011 年)。
  5. Y. 劉、 A. Antwi-Boampong、 S.E. Tanski、 M. Crane および J.J. BelBruno は、 「伝導性ポリマーを使用してニコチンによる中古のタバコのたばこを吸の検出」、科学 (、 2012 年 9 月入る) 撮影します。
  6. S. Antwi-Boampong および J.J. BelBruno は、 「伝導性ポリマーを使用してホルムアルデヒド蒸気の検出」、センサーおよびアクチュエーター B、 (、 2012 年 8 月入る) 撮影します。
  7. S.W.R. Dunbar および J.J. BelBruno は、 「分子的に cotinine に」目標とされたポリマーカーボン nanotube センサーを出版物 (2012 年) の化学センサー、捺印しました。

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

Last Update: 14. June 2013 12:29

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