适于生物样品的分子印迹聚合物微球的可控制备及其性能研究

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分子印迹技术是结合高分子化学、分析化学和生物化学等众多相关学科发展起来的一种简便易行的合成人工受体的新方法。由其制备的分子印迹聚合物(MIP)对模板分子具有专一性选择识别能力,并且制备过程简单、稳定性高,在色谱固定相、固相萃取、免疫分析、仿酶催化、药物传输和仿生传感器等领域存在着巨大的应用前景。  本论文旨在制备适用于纯水及生物样品的单分散分子印迹聚合物微球,将可控/“活性”自由基沉淀聚合技术与分子印迹技术结合起来,不仅制备了一系列单分散“活性”微球,而且应用微球的“活性”特征制备出了适用于纯水及复杂生物样品的MIP微球。通过引入亲水性聚合物刷,在MIP微球表面形成有效的亲水保护层,改善微球的表面亲水性,降低MIP在水溶液中对模板分子的非专一性吸附,最终得到适用于纯水及生物样品体系的MIP。具体研究内容如下:  1.采用Iniferter诱导的“活性”自由基沉淀聚合(ILRPP)法成功制备了一系列单分散、高交联、“活性”的功能微球。详细研究了不同参数(单体浓度、引发剂浓度、交联剂与功能单体摩尔比、聚合时间及溶剂用量)对聚合物微球形貌和产率的影响,并在此基础上提出ILRPP制备单分散功能聚合物微球机理。特别是采用此种方法制备的单分散微球的单体固含量高达18%。此外,单分散微球的“活性”特征,有利于其表面接枝改性,为制备适用于纯水溶液及复杂生物样品体系的MIP打下基础。  2.在RAFTPP法制备的MIP微球表面接枝亲水性聚合物刷,开发RAFT化学偶合法,成功制备了结构规整且适用于生物样品的MIP。RAFTPP法制备的聚合物微球和亲水性大分子链转移剂是采用RAFT化学偶合法制备此MIP的关键因素。通过FT-IR、SEM、静态接触角和水中分散性表征,证实了亲水性聚合物刷成功地接枝到了MIP表面,并显著改善了MIP表面亲水性,使MIP在纯水溶液及复杂生物体系中对模板分子保持了专一性和选择性识别能力。此外通过研究MIP表面亲水性聚合物刷的接枝密度,证实了接枝密度高(~1.8 chains/nm2)是该种方法制备的MIP保持优异分子识别性能的原因。该接枝方法对制备适用于生物样品的高性能MIP具有重要的理论指导意义。  3.采用表面引发的RAFT聚合法,在RAFTPP法制备的MIP微球表面接枝具有特殊结构的亲水性聚合物刷—聚甲基丙烯酸甘油酯(PGMMA),利用化学共沉降的方法将Fe3O4纳米粒子固载到微球表面,成功制备出适用于生物样品体系的高亲水性磁性MIP。通过FT-IR、SEM、XRD、TEM、静态接触角、水中悬浮以及外磁场作用下水中悬浮实验表征,证实了PGMMA和Fe3O4纳米粒子被成功地接枝到了MIP微球表面。研究结果表明:亲水性大分子刷PGMMA的引入显著提高了MIP微球的表面亲水性,Fe3O4纳米粒子不仅赋予了MIP磁性,而且进一步提高了MIP的表面亲水性,使MIP在纯水及生物样品体系的非专一性吸附降低到与有机相相同。这一方法极大地推进了MIP在免疫分析以及生物传感中的实际应用。
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