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作為人為識別和藥物發運媒體的分子被印的聚合物

約瑟夫 J. BelBruno 教授

約瑟夫 J. BelBruno,化學系教授,達特茅斯學院,漢諾威, NH 03755 美國。 對應的作者: jjbchem@dartmouth.edu

分子識別和分子封閉是提供在應用的巨大潛在一樣不同像傳感器、環境治理和被瞄準的藥物發運的 nanoscale 進程。 生物感受器官和自然材料例如脂質體提供非常好的特性為這樣使用。 然而,這些分子是消耗大,複雜的生產并且對化工和實際環境是敏感的。 分子印生產请仿造工作情況的分子特定洞,并且可能被替代為,自然感受器官束縛位置或抗體,不用自然系統的溫度敏感性和高費用。1 而且,這些人為感受器官可能為幾乎所有目標分子被綜合。

當幾個交替法存在時,印的普通概念,通過聚化,在表 1. 被顯示。 模板或目標分子與單體混合。 通過自集合,這塊模板形成與這個單體的官能團的複雜。 這個自被彙編的結構是鎖著的到安排由與一交互相聯的代理的聚化。 在聚化是完全的以後,這塊模板從這個聚合物被提取,并且分子被印的聚合物或 MIP 即可用。 有選擇性 MIP rebinds 模板分子從解決方法或從蒸氣階段。

圖 1。 MIPs 的生產的綜合程序顯示。 這個模板和單體是混雜的,并且前聚化複雜被形成。 交聯劑和創始者被添加,并且複雜是 「鎖著的」到這個聚合物。 終於,去除這塊模板,并且 MIP 準備好 rebinding。

當耦合對讀出分析物的出現的技術, MIPs 提供識別一種化學藥劑一個分子特定方法。 分子被印的聚合物使用了作為固相提取吸附和作為色譜分析的 (GC 和高性能液體色譜) 列材料為目標的範圍的分隔和確定包括環境汙染物、配藥、殺蟲劑、化學戰材料和工業廢料流。 藥物檢查和藥物發運是 MIPs 可能扮演角色的另外的研究域。1 更大的生物分子例如蛋白質和更小,商業治療學被瞄準了。

MIPs 的形成經常描繪為在聚合物形態學上的重大的變化,使用在 nanoscale的顯微學技術被觀察。2 圖 2 存在我們的 unimprinted 和 (AFM)葡萄糖被印的 polyvinylphenol 聚合物的基本強制縮微本圖像。 注意在被印的聚合物材料創建的毛孔是一些十倍等級毫微米。

這部影片的形成由模板聚合物主機複雜的相對相分隔從其他要素,模板模板和聚合物聚合物的控制, MIP 解決方法。 這些是 MIP 的薄膜的圖像,與 ~300nm 的一個被評定的厚度。

圖 2. 一部 unimprinted polyvinylphenol 影片 (左) 和 polyvinylphenol 影片的 AFM 圖像印用葡萄糖 (正確)。

MIPs 是利益作為綜合被形成的識別和蟲膠黏合劑各種各樣感覺的應用的,是我們的當前研究焦點。 作為傳感器,他們為分析物陳列 MIPs 的關鍵字元是密度有效的站點,他們的幾何可及性管理的傳感器回應速度和這種選擇性。 薄膜材料而不是粉末可能用於優選這個密度,并且感受器官站點的可用性,當他們在不平衡情況下經常被形成,和,當稀薄,使擴散距離減到最小必要為了分析物能橫斷在提取和約束活動期間。

不同的感覺的結構被使用以多種報告的傳感器設備。 例如, Sadeghi3 發展了在聚合物基礎上的一個電位差的傳感器印為抗藥性 levamisole 氯化物,在聚氯乙烯膜被埋置。 傳感器,有在 µM 範圍的區分的,較少的響應時間比 15s 和壽命四個月,是高度有選擇性的對在純或片劑公式化的抗生素。 我們關於在尼龍6 影片被瞄準向氨基酸的解決方法報告和主持的一個電容傳感器,一個真的並行牌照電容結構。4 運行在 AC 模式下,這些傳感器在功耗因數峰頂中陳列了重大的轉移,情報目標分析物是否是存在傳感器或被去除了。 而且,為特定氨基酸編譯的傳感器是不區分的對其他,競爭的氨基酸的吸附。

最近,我們著重 chemiresistive 傳感器。 被印的聚合物解決方法是空轉或垂度上漆的在一套 interdigitated 電極平版印刷被生產的硅片上。 聚合物影片被保持非常稀薄, 100-300nm,因此吸附活動通過在設備的傳導性的上變化被檢測并且報告。 此技術的一種重要應用是檢測第二手香煙煙出現的一部感覺的影片的發展通過特定吸附在自由流通的空氣的尼古丁。5 此設備依靠一部導電性聚合物影片, polyaniline,作為報告作用者。 對間接吸煙出現的一種典型的回應從一根唯一香煙的在表 3. 顯示。 在阻力的增量是立即的,并且從這個最大數量的死亡發生,當熄滅這根香煙。 這樣一部影片的並網在一個私有傳感器的將提供方法通知那些最敏感對他們必須採取預防措施悶燃的煙草的要素。

圖 3。 一個基於 polyaniline 的傳感器的回應對第二手香煙煙通過尼古丁的檢測。

一個相似的設備,使用一塊不同的吸附性的層,而且使用 polyaniline 作為報告要素,被發展特別地檢測氣體甲醛出現在子 ppm 級別。6 再次提供方法保證也許由風險相反影響那些人的安全性。

被描述的兩個基於阻力的傳感器上面依靠 polyaniline 作為導電性要素。 因為在傳導性上的變化要求分析物摘要從這個被摻雜的聚合物的一個氫核這是一種受限制的情形。 我們開發了導電性要素是唯一被圍住的碳 nanotubes 的一個更加通用的途徑。7 一般,一小部分碳 nanotubes 有金屬屬性,并且這些管起報告作用者作用對於吸附。 MIP 是上漆的在 nanotubes 上,在電極間然後存款。 這是一個通用技術和,當我們期望查找技術的時許多用途,我們報告了測試對於 cotinine 出現在尿的一種特定應用。 Cotinine 是尼古丁專業代謝產物,并且要求一個更加敏感的測試為了估計對第二手香煙煙的暴露在單個。


參考

  1. J.J. BelBruno, 「分子印了聚合物: 有廣泛應用」,微小和 Nanosystems 的, 1, 163 人為感受器官 (2009)。
  2. S.E. 坎伯、 M. 林斯, L. Xie 和 J.J. BelBruno 「空轉被塗上的分子被印的聚合物表面形態學攝製」,表面和界面分析 41, 347 (2009)。
  3. S. Sadeghi、 F. Fathi 和 J. Abbasifar, 「在分子被印的聚合物」,傳感器和致動器 levamisole 氯化物的電位差感覺 B 122, 158 基礎上 (2007)。
  4. J.J. BelBruno、 G. 張和 U.J. 吉布森, 「電容感覺在分子被印的尼龍影片」,傳感器和致動器 B 155, 915 的氨基酸 (2011)。
  5. Y. 劉、 A. Antwi-Boampong, S.E. Tanski, M. Crane 和 J.J. BelBruno, 「第二手香煙抽煙的檢測通過使用導電性聚合物的尼古丁攝製」,科學 (被提交, 2012 9月)。
  6. S. Antwi-Boampong 和 J.J. BelBruno, 「甲醛蒸氣的檢測使用導電性聚合物的攝製」,傳感器和致動器 B, (被提交, 2012 8月)。
  7. S.W.R. Dunbar 和 J.J. BelBruno, 「分子印了聚合物碳 nanotube 傳感器被瞄準對 cotinine」,化工傳感器,在新聞中 (2012)。

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

Last Update: 14. June 2013 12:10

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