Молекулярно Отпечатанные Полимеры как Искусственние Средства Поставки Опознавания и Снадобья

Prof. Иосиф J. BelBruno

Профессор Иосиф J. BelBruno, Отдел Химии, Коллежа Dartmouth, Ганновера, NH 03755 США. Соответствуя автор: jjbchem@dartmouth.edu

Молекулярное опознавание и молекулярное заключение процессы nanoscale которые предлагают большой потенциал для применений как разнообразных как датчики, относящий к окружающей среде remediation и пристрелнная поставка снадобья. Биологические приемные устройства и естественные материалы как липосомы предлагают превосходные характеристики для таких польз. Однако, эти молекулы дорогие, сложные для того чтобы произвести и чувствительны к химическим и физическим окружающим средам. Молекулярный отпечатывать производит молекул-специфические полости которых передразните поведение, и может быть заменен для, связующие сайты естественного приемного устройства или антитела, без чувствительности температуры и высокой цены естественных систем.1 Сверх Того, эти искусственние приемные устройства могут быть синтезированы для почти любой молекулы цели.

Пока несколько альтернативных методов существуют, обобщенное представление для отпечатывать, через полимерность, показано в Диаграмме 1. Молекула шаблона или цели смешана с мономером. Через собственн-агрегат, шаблон формирует комплекс с функциональными группами в составе мономер. Собственн-собранная структура locked в место полимерностью с сшивающим агентом. После Того Как полимерность закончена, шаблон извлечен от полимера и молекулярно отпечатанные полимер или MIP готовы для пользы. MIP rebinds выборочно молекула шаблона от разрешения или от участка пара.

Диаграмма 1. Синтетическая процедура для продукции MIPs показана. Шаблон и мономер смешанны и комплекс pre-полимерности сформирован. Crosslinker и инициатор добавлены и комплекс «locked» в полимер. Окончательно, шаблон извлекается и MIP готов для rebinding.

Соединяно к методу который читает вне присутсвие analyte, MIPs обеспечивают молекулярно специфический метод определять химическое вещество. Молекулярно отпечатанные полимеры были использованы как адсорбенты извлечения твердого участка и как хроматографически (GC и HPLC) материалы колонки для разъединения и определения ряда целей включая относящие к окружающей среде загрязняющие елементы, фармацевтическую продукцию, пестициды, материалы химической войны и потоки отбросов производства. Обнаружение Снадобья и поставка снадобья дополнительные поля исследования в которых MIPs могут сыграть роль.1 И были пристрелны более большие биологические молекулы как как протеины и более малая, коммерчески терапевтика.

Образование MIPs часто охарактеризовано значительными изменениями в словотолковании полимера, которые наблюдаются используя методы микроскопии на nanoscale.2 На Диаграмму 2 представлено атомные изображения microcopy (AFM) усилия наших unimprinted и глюкоз-отпечатанных полимеров polyvinylphenol. Заметьте что поры созданные в отпечатанном полимерном материале заказа немного 10 нанометров.

Образование фильма проконтролировано разъединением относительного участка комплекса хозяина шаблон-полимера от других компонентов, шаблон-шаблона и полимер-полимера, разрешения MIP. Эти изображения тонкого фильма MIP, с измеренной толщиной ~300nm.

Диаграмма 2. изображения AFM unimprinted фильма polyvinylphenol (левого) и фильма polyvinylphenol отпечатанного с глюкозой (правой).

MIPs представил интерес как синтетически сформированные опознавание и связывающие вещества для разнообразие воспринимая применений, которые фокус нашего настоящего исследования. Как датчики, ключевые положения MIPs плотность активных мест, их скорость реакции датчика геометрической доступности управляя, и селективность они показывают для analyte. Материалы Тонкого фильма вернее чем порошки могут быть использованы для того чтобы оптимизировать плотность и наличие мест приемного устройства, по мере того как они часто сформированы под условиями неравновесности, и, когда тонко, уменьшает расстояние диффузии необходимое, что для analyte траверсировал во время извлечения и binding случаев.

Различные воспринимая механизмы использованы в различных сообщенных приборах датчика. Например, Sadeghi3 развило потенциометрический датчик основанный на полимере отпечатанном для антибиотического хлоргидрата levamisole, который был врезан в мембране поливинилхлорида. Датчик, с чувствительностью в ряде µM, время на ответ чем 15s и продолжительность жизни 4 месяцев, был сильно селективным к антибиотику в или образовании чисто или таблетки. Мы сообщали на емкостном датчике пристрелнном к разрешениям аминокислот и, котор хозяйничанном в Nylon-6 фильме, структура истинной параллельн-плиты емкостная.4 Работано в режиме AC, эти датчики показали значительно переносы в пики коэффициента энергопотерь, обеспечивая информацию дальше присутствовал ли analyte цели в датчике или извлекался. Сверх Того, датчики построенные для специфической аминокислоты были нечувствительны к адсорбции другого, состязаясь аминокислот.

Более недавно, мы фокусировали на chemiresistive датчиках. Отпечатанное разрешение полимера закрутка или погружение-покрыно на силиконовый чип на котором комплект interdigitated электродов литографски был произведен. Фильмы полимера сдержаны очень тонким, 100-300nm, так, что случай адсорбцией будет обнаружен и сообщен через изменение в проводимости прибора. Важное применение этой технологии развитие воспринимая фильма для того чтобы обнаружить присутсвие перекупного дыма сигареты специфически адсорбировать никотин в окружающем воздухе.5 Этот прибор полагается на проводном фильме полимера, polyaniline, как агент отчетности. Типичная реакция к присутсвию перекупного дыма от одиночной сигареты показана в Диаграмме 3. Увеличение в сопротивлении немедленно и decease от максимума происходит по мере того как сигарета потушена. Внесение такого фильма в личном датчике обеспечит середины сообщить те самые чувствительные к компонентам smoldering табака которые они должны принять мерам предосторожности.

Диаграмма 3. Реакция polyaniline-основанного датчика к перекупному дыму сигареты через обнаружение никотина.

Подобный прибор, используя различный адсорбентный слой, но также используя polyaniline как элемент отчетности, был развит специфически для того чтобы обнаружить присутсвие газообразного формальдегида на уровнях sub-ppm.6 Опять обеспечивать середины обеспечить безопасность тех которые могли неблагоприятно быть плотно сжаты выдержкой.

Оба из сопротивлени-основанных датчиков описываемый выше полагаются на polyaniline как проводной элемент. Это рестриктивная ситуация, в виду того что изменение в проводимости требует что конспект analyte протон от данного допинг полимера. Мы начинали больше общего подхода в котором проводной элемент одиночные огороженные nanotubes углерода.7 Типично, фракция nanotubes углерода имеют металлические свойства и эти пробки служят как агент отчетности для адсорбции. MIP покрын на nanotubes, которые после этого депозированы через электроды. Это общий метод, и пока мы рассчитываем найти многочисленние пользы для технологии, одно специфическое применение мы сообщили испытываем для присутсвия cotinine в моче. Cotinine главный метаболит никотина и необходимо, что определяет более чувствительное испытание подвержение к перекупному дыму сигареты в индивидуалах.


Справки

  1. J.J. BelBruno, «Молекулярно Отпечатало Полимеры: Искусственние приемные устройства с разнообразный применениями», Micro и Nanosystems, 1, 163 (2009).
  2. S.E. Campbell, M. Collins, L. Xie и J.J. BelBruno «словотолкование Поверхности полимера покрынного закруткой молекулярно отпечатанного Анализ 41 снимают», Поверхности и Интерфейса, 347 (2009).
  3. S. Sadeghi, F. Fathi и J. Abbasifar, «Потенциометрический воспринимать хлоргидрата levamisole основанный на молекулярно отпечатанном полимере», Датчиках и Приводах B 122, 158 (2007).
  4. J.J. BelBruno, G. Zhang и U.J. Гибсон, «Емкостный воспринимать аминокислот в молекулярно отпечатанном нейлоне снимают», Датчики и Приводы B 155, 915 (2011).
  5. Y. Liu, A. Antwi-Boampong, S.E. Tanski, M. Кран и J.J. BelBruno, «Обнаружение перекупного дыма сигареты через никотин используя проводной полимер снимают», представленная Наука (, SEPT. 2012).
  6. S. Antwi-Boampong и J.J. BelBruno, «Обнаружение пара формальдегида используя проводной полимер снимают», представленные Датчики и Приводы B, (, Август 2012).
  7. S.W.R. Dunbar и J.J. BelBruno, «Молекулярно отпечатали датчик nanotube полимер-углерода пристрелнный к cotinine», Химические Датчики, в давлении (2012).

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

Last Update: 14. June 2013 12:51

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit