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生物大分子印迹是分子印迹领域长期面临的科学难题,如生物大分子体积大,识别位点多容易造成交叉识别,使分子印迹聚合物的识别性能降低;生物大分子在有机溶剂中很难溶解,且容易变性,而在水相中进行印迹时,不仅常用的功能单体难溶,且水分子中的氢键会竞争和破坏复合物中生物大分子与功能单体的氢键结合;传统的印迹聚合物的制备方法使生物大分子的印迹位点“包埋”过深,很难将印迹聚合物内部的印迹孔穴用于识别,印迹效率低;对生物大分子和功能单体之间的相互作用及印迹和识别机理缺乏系统和定量的研究。这些问题已经成为分子印迹技术发展难以跨越的障碍。 本论文针对印迹技术中存在的问题展开研究,以实现生物大分子印迹和识别为研究目标,将分子模拟、离子液体、表面分子印迹相结合,提出以分子模拟定向设计和指导生物大分子印迹聚合物制备。 本文以多肽生物大分子为模板分子完成了以下研究: (1)运用分子力学方法,优化生物大分子胸腺五肽与羧酸及羧酸酯类单体、氨基及酰胺基类单体、吡啶类、苯类等22种功能单体的结构,模拟22种功能单体与生物大分子胸腺五肽的结合能,并分析结合能逐渐减小的功能单体ITA,MBA和MMA与生物大分子胸腺五肽之间的相互作用。通过模拟分子印迹聚合物的复合物,胸腺五肽及其结构类似物与功能单体的结合能,定向设计并指导生物大分子胸腺五肽分子印迹聚合物的制备,预测分子印迹聚合物选择识别性的可能性,解释分子印迹识别机理。 (2)将表面分子印迹技术及活性/可控聚合相结合,在磁性纳米粒子表面制备了胸腺五肽分子印迹磁性聚合物,实现了生物大分子印迹聚合物的可控制备。结果表明该方法制备的分子印迹聚合物,对生物大分子胸腺五肽具有良好的识别和分离性能,在很大程度上解决了传统制备方法使生物大分子印迹位点“包埋”过深,印迹效率低下的难题。 (3)将离子液体作为功能单体引入生物大分子印迹体系中。根据胸腺五肽的复杂结构,设计不同性质的离子液体,并通过量子化学计算离子液体与胸腺五肽分子的结合能及离子液体与胸腺五肽分子可能形成的结合位点,根据计算结果以结合能最大的离子液体1-乙烯基-3-乙酸乙酯基咪唑氯为功能单体,制备新型的胸腺五肽分子印迹磁性聚合物。解决了生物大分子识别位点多导致的识别位点交叉,识别性能低的难点。此外,借助离子液体良好的水溶性,在水相中制备分子印迹磁性聚合物时,最大程度上保持了多肽分子的生物构型。 (4)本文制备的胸腺五肽分子印迹磁性聚合物具有优异的特异性识别性能,吸附量高达355 mg·g-1,印迹因子为1.76。热力学和动力学研究表明,在35℃下,以离子液体1-乙烯基-3-乙酸乙酯咪唑氯为功能单体制备的分子印迹磁性聚合物的ΔGΘ为-4.30 kJ·mol-1,说明其在水溶液中吸附分离胸腺五肽更容易自发进行;以离子液体为功能单体制备的分子印迹磁性聚合物的二级动力学k2为9.99 g·mg-1·min-1大于常用功能MBA制备的胸腺五肽分子印迹磁性聚合物的k25.0 g·mg-1·min-1,以离子液体为功能单体制备胸腺五肽分子印迹聚合物,大大提高印迹聚合物的吸附速率。 (5)本文以实现生物大分子印迹与识别为研究目标,从离子液体、分子印迹和膜分离相结合这一思路出发,将分子印迹的专一识别性与分离膜良好的孔结构及优异的物化性能结合起来,提出将结构和性能独特的离子液体作为新型功能单体,成功制备了性能优异的生物大分子胸腺五肽分子印迹复合膜,该膜孔隙率为50.2%,水通量为86.0 L·m-2·h-1,对模板分子胸腺五肽的一次性截留率可达71%,为生物大分子的快速识别、分离提供新的分子印迹膜材料。