Polímeros Molecular Imprimidos como Media Artificiais da Entrega do Reconhecimento e da Droga

Pelo Prof. Joseph J. BelBruno

Professor Joseph J. BelBruno, Departamento de Química, Faculdade de Dartmouth, Hanover, NH 03755 EUA. Autor Correspondente: jjbchem@dartmouth.edu

O reconhecimento Molecular e a capsulagem molecular são os processos do nanoscale que oferecem o grande potencial para as aplicações tão diversas quanto sensores, a remediação ambiental e a entrega visada da droga. Os receptors Biológicos e os materiais naturais tais como lipossoma oferecem características excelentes para tais usos. Contudo, estas moléculas são caras, complexas produzir e são sensíveis aos ambientes químicos e físicos. A impressão Molecular produz as cavidades molécula-específicas de que imite o comportamento, e pode ser substituída para, locais obrigatórios do receptor natural ou anticorpos, sem a sensibilidade de temperatura e o custo alto dos sistemas naturais.1 Além Disso, estes receptors artificiais podem ser sintetizados para quase toda a molécula do alvo.

Quando diversos métodos alternativos existirem, o conceito geral para imprimir, através da polimerização, está indicado em Figura 1. A molécula do molde ou do alvo é misturada com o monómero. Através do auto-conjunto, o molde forma um complexo com os grupos funcionais do monómero. A estrutura auto-montada é fechado no lugar pela polimerização com um agente ligando. Depois Que a polimerização está completa, o molde está extraído do polímero e o polímero ou o MIP molecular imprimido são operacional. O MIP reencaderna selectivamente a molécula do molde da solução ou da fase de vapor.

Figura 1. O procedimento sintético para a produção de MIPs é mostrado. O molde e o monómero são misturados e um complexo da pre-polimerização é formado. O Crosslinker e o iniciador são adicionados e o complexo é “fechado” no polímero. Finalmente, o molde é removido e o MIP está pronto para reencadernar.

Quando acoplados a uma técnica que leia para fora a presença do analyte, os MIPs fornecem um método molecular específico de identificar um agente químico. Os polímeros Molecular imprimidos foram usados como adsorventes da extracção da fase contínua e como (GC e HPLC) materiais cromatográficos da coluna para a separação e a determinação de uma escala dos alvos que incluem contaminadores ambientais, fármacos, insecticidas, materiais da guerra química e córregos waste industriais. A detecção de Droga e a entrega da droga são os campos adicionais da pesquisa em que os MIPs podem jogar um papel.1 As moléculas biológicas maiores como como proteínas e a terapêutica menor, comercial foram visadas.

A formação de MIPs é caracterizada frequentemente pelas mudanças significativas na morfologia do polímero, que são observadas usar técnicas da microscopia no nanoscale.2 Figura 2 apresenta imagens atômicas do microcopy (AFM) da força de nossos polímeros unimprinted e glicose-imprimidos do polyvinylphenol. Note que os poros criados no material polimérico imprimido são do pedido de alguns dez dos nanômetros.

A formação do filme é controlada pela separação de fase relativa do complexo do anfitrião do molde-polímero dos outros componentes, molde-molde e polímero-polímero, da solução do MIP. Estas são imagens de um filme fino do MIP, com uma espessura medida de ~300nm.

Figura 2. imagens do AFM de um filme unimprinted do polyvinylphenol (esquerdo) e de um filme do polyvinylphenol imprimido com a glicose (direita).

Os MIPs são do interesse como o reconhecimento sintètica formado e agentes obrigatórios para uma variedade de aplicações de detecção, que são o foco de nossa pesquisa actual. Como sensores, os elementos chaves de MIPs são a densidade de locais activos, sua velocidade de governo da resposta do sensor da acessibilidade geométrica, e a selectividade que exibem para o analyte. Os materiais do filme Fino um pouco do que pós podem ser usados para aperfeiçoar a densidade e a disponibilidade de locais do receptor, enquanto são formados frequentemente sob circunstâncias do desequilíbrio, e, quando fina, minimiza a distância da difusão necessária para que o analyte atravesse durante a extracção e eventos obrigatórios.

Os mecanismos de detecção Diferentes são empregados em vários dispositivos relatados do sensor. Por exemplo, Sadeghi3 desenvolveu um sensor potentiometric baseado em um polímero imprimido para o hidrocloro antibiótico do levamisole, que foi encaixado em uma membrana do polyvinylchloride. O sensor, com uma sensibilidade na escala do µM, um tempo de resposta de menos do que 15s e um tempo de quatro meses, era altamente selectivo ao antibiótico na formulação pura ou da tabuleta. Nós relatamos em um sensor capacitivo visado às soluções de ácidos aminados e hospedado Nylon-6 em um filme, uma estrutura capacitiva da paralelo-placa verdadeira.4 Operado em um modo da C.A., estes sensores exibiram SHIFT significativas nos picos do factor de dissipação, fornecendo a informação sobre se o analyte do alvo estou presente no sensor ou tinha sido removido. Além Disso, os sensores construídos para um ácido aminado específico eram insensíveis à adsorção de outro, ácidos aminados de competência.

Mais recentemente, nós focalizamos em sensores chemiresistive. A solução imprimida do polímero é rotação ou mergulho-revestida em um chip de silicone em cima de que um grupo de eléctrodos interdigitated foi produzido litogràfica. Os filmes do polímero são mantidos muito finos, 100-300nm, de modo que o evento da adsorção seja detectado e relatado através da mudança na condutibilidade do dispositivo. Uma aplicação importante desta tecnologia é a revelação de um filme de detecção para detectar a presença de fumo de segunda mão do cigarro especificamente fixando a nicotina no ar ambiental.5 Este dispositivo confia em um filme condutor do polímero, polyaniline, como o agente do relatório. Uma resposta típica à presença de fumo de segunda mão de um único cigarro é mostrada em Figura 3. O aumento na resistência é imediato e a morte do máximo ocorre enquanto o cigarro é extinguido. A Incorporação de tal filme em um sensor pessoal fornecerá os meios notificar aqueles os mais sensíveis aos componentes do tabaco ardendo sem chama que devem tomar a precauções.

Figura 3. A resposta de um sensor polyaniline-baseado ao fumo de segunda mão do cigarro através da detecção de nicotina.

Um dispositivo similar, empregando uma camada diferente do adsorvente, mas igualmente usando o polyaniline como o elemento do relatório, foi desenvolvido para detectar especificamente a presença de formaldeído gasoso a níveis secundário-ppm.6 Outra Vez fornecimento meios assegurar a segurança daqueles que puderam adversamente ser impactadas pela exposição.

Ambos os sensores resistência-baseados descritos acima confiam no polyaniline como o elemento condutor. Esta é uma situação restritiva, desde que a mudança na condutibilidade exige que o sumário do analyte um protão do polímero lubrificado. Nós desenvolvemos uma aproximação mais geral em que o elemento condutor é únicos nanotubes murados do carbono.7 Tipicamente, uma fracção de nanotubes do carbono tem propriedades metálicas e estas câmaras de ar servem como o agente do relatório para a adsorção. O MIP é revestido nos nanotubes, que são depositados então através dos eléctrodos. Esta é uma técnica geral, e quando nós esperarmos encontrar usos numerosos para a tecnologia, uma aplicação que específica nós relatamos estamos testando para a presença de cotinine na urina. Cotinine é o metabolito principal da nicotina e um teste mais sensível é exigido a fim avaliar a exposição ao fumo de segunda mão do cigarro nos indivíduos.


Referências

  1. J.J. BelBruno, “Imprimiu Molecular Polímeros: Receptors Artificiais com aplicações amplas”, Micro e Nanosystems, 1, 163 (2009).
  2. S.E. Campbell, M. Collins, L. Xie e J.J. BelBruno da “morfologia Superfície do polímero molecular imprimido revestido rotação a Análise 41 filmam”, dos Superfícies e de Relação, 347 (2009).
  3. S. Sadeghi, F. Fathi e J. Abbasifar, “detecção Potentiometric do hidrocloro do levamisole baseada no polímero molecular imprimido”, nos Sensores e nos Actuadores B 122, 158 (2007).
  4. J.J. BelBruno, G. Zhang e U.J. Gibson, “detecção Capacitiva dos ácidos aminados em filmes de nylon molecular imprimidos”, em Sensores e em Actuadores B 155, 915 (2011).
  5. Y. Liu, A. Antwi-Boampong, S.E. Tanski, M. Guindaste e J.J. BelBruno, “Detecção de fumo de segunda mão do cigarro através da nicotina que usa o polímero condutor filmam”, a Ciência (submetida, Sept. 2012).
  6. S. Antwi-Boampong e J.J. BelBruno, “Detecção de vapor de formaldeído que usa o polímero condutor filmam”, os Sensores e os Actuadores B, (submetidos, Em agosto de 2012).
  7. S.W.R. Dunbar e J.J. BelBruno, “imprimiram Molecular o sensor do nanotube do polímero-carbono visado ao cotinine”, Sensores Químicos, na imprensa (2012).

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

Last Update: 14. June 2013 12:46

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