智能印迹聚合物研究进展及发展瓶颈
发布时间：2021-11-08 18:34
印迹聚合物（IPs）具有结构预定性、长期稳定性、广泛实用性和特异识别性等优点,且成本低廉、制备方法简便,在分离科学、固相萃取、色谱分离、药物控制释放、化学传感、环境检测、电化学,膜分离等众多领域展现出广阔的应用前景,为模板的精准分离提供了良好的物质基础和技术支撑,在可持续发展和循环经济成为时代主题的今天,该类材料将进一步成为材料领域的又一个研究热点。采用传统方法制备的IPs是高度交联的聚合物,其虽然具有稳定的结构、识别性强等优点,但是分子识别简单、机械,缺乏必要的"柔性",对外界的刺激条件缺乏足够的敏感性,导致在分离纯化过程中解吸率、选择性和重复使用性难以平衡,进而限制了其在产业化分离中的应用。近年来,研究者们的研究兴趣逐渐转移到能够赋予传统IPs"柔性"的智能印迹聚合物。将智能聚合物（SPs）与印迹聚合物（IPs）相结合,可制备出一类新型功能材料,即智能印迹聚合物（S-IPs）。它不仅具有普通印迹聚合物的特异选择性,而且还具有对外界刺激的响应性和形变可逆性等特性,这使得其吸附及解吸性能更加优异,受到广泛的关注。关于S-IPs的研究已取得系列成果,已成功制备出温敏性IPs（T-IPs）...
【文章来源】：材料导报. 2020,34(15)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
IPs的制备原理图
Yang等[20]以苯基膦酸(PPA)模板，N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为温度敏感单体，乙烯基膦酸(VPA)为功能单体，N,N"-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，利用表面印迹法制备新型T-IPs，合成及作用机理如图4所示。优化制备工艺，当模板/温敏单体/交联剂的物质的量比为2∶2∶1时，制备的T-IPs具有最高的印迹因子(IF)。利用高效液相色谱法测量T-IPs对三种定制肽的混合物中磷酸酪氨酸肽的选择性和吸附能力，结果表明，T-IPs对磷酸酪氨酸肽具有良好的吸附选择性，在28℃时其吸附量(QT-IPs)及IF分别达到最大值，温敏性也使其表现出良好的解吸性能，且经过四次循环吸附后，仍保留了78.9%的吸附量。Xiong等[21]以雌二醇(E2)为模板，丙烯酰胺(AAm)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂合成了一种“拉链”式T-IPs，制备及机理如图5所示。这种IPs对E2的吸附和解吸受温度的控制，在30℃下具有更高的吸附容量(8.78 mg/g)和更强的选择性(IF为3.18)，通过温度控制“拉链”的打开与关闭，使得可切换的分子识别成为可能。
在大多情况下，温度是最容易调节和控制的，因此温敏性聚合物相对其他类型的智能聚合物而言，其研究和应用也更多。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是一种典型的温度敏感聚合物，在32℃(低临界溶解温度，LCST)水溶液中，PNIPAM表现出温度诱导的相变，随着环境温度的变化在相应的体积相转变温度(VPTT)内变化，PNIPAM经历可逆的体积相变[17-18]。在VPTT下方，PNIPAM溶胀并吸收大量的水，而在VPTT之上，PNIPAM释放游离水并处于收缩状态。这主要是由于PNIPAM分子内含有的疏水基团(异丙基)和亲水基团(胺基)，聚合物分子链中的胺基与水分子之间形成氢键，当体系温度低于LCST时，由于氢键及范德华力的作用，水分子在大分子链的周围形成一层高规整度的溶剂化层，使聚合物大分子链溶解在水中，为溶胀状态;当温度高于LCST时，由于体系能量的升高，氢键遭到破坏，包覆在大分子链上的溶剂化层崩解，且疏水基团间的疏水缔合作用减弱，疏水分子链伸展形成疏水层，水分子转变为相层，为收缩状态。将温敏性聚合物与印迹技术相结合，从而制备出通过控制温度条件调整温敏性印迹聚合物，使得通过调节体系温度去除模板相对于传统印迹聚合物更加高效和简易化。其基本原理见图2。关于T-IPs已有较多报道，Zhao等[19]以氧氟沙星(OFL)为模板，N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAM)为温度敏感单体，甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGD-MA)为交联剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂合成了一种新型T-IPs。以不锈钢纤维(SSF)作为固相微萃取(SPME)涂层的载体，依次用多巴胺、硅烷对SSF进行改性处理，然后IPs以涂层的形式在改性SSF上进行合成，其合成及作用机理如图3所示。利用制备的T-IP对牛奶中的OFL进行吸附解吸检测，实验结果表明，所制备的T-IPs对氟喹诺酮类抗生素药物具有良好的吸附能力和选择性，且其吸附能力受温度的控制，在特定温度下(25℃)的吸附和解吸明显加快。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe3O4/CA@CQDs磁性荧光复合材料的制备及表征[J]. 董淑玲,王胜男,王秀玲,刘勇健. 发光学报. 2019(04)
[2]金修饰磁性石墨烯基分子印迹复合材料的制备及对水中邻苯二甲酸二正丁酯的电化学传感检测[J]. 李颖,康君君,赵雪茹,徐文凯,齐琦. 高等学校化学学报. 2019(03)
[3]乙烯基功能化磁性分子印迹聚合物的制备和识别性能研究[J]. 黄微薇,赵倩玉,杨鑫,姚磊,赵海田. 功能材料. 2019(01)
[4]纳米零价铁铜双金属体系对土壤中四氯双酚A的降解[J]. 付欣,梁莉,李筱琴,杨琛. 环境科学学报. 2018(04)
[5]光调控的活性自由基聚合的研究新进展[J]. 谢珊,唐华东. 高分子通报. 2017(07)
[6]硅烷偶联剂改性埃洛石/Fe3O4复合材料的制备及对Sb5+的去除[J]. 祝可成,査向浩,古丽戈娜,贾汉忠,马承愚. 水处理技术. 2017(07)
[7]基于磁性自组装分子印迹传感器测定赤霉素A3[J]. 张连明,魏小平,韦衍溪,李建平,曾英. 分析化学. 2014(11)
本文编号：3484006
【文章来源】：材料导报. 2020,34(15)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
IPs的制备原理图
Yang等[20]以苯基膦酸(PPA)模板，N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为温度敏感单体，乙烯基膦酸(VPA)为功能单体，N,N"-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，利用表面印迹法制备新型T-IPs，合成及作用机理如图4所示。优化制备工艺，当模板/温敏单体/交联剂的物质的量比为2∶2∶1时，制备的T-IPs具有最高的印迹因子(IF)。利用高效液相色谱法测量T-IPs对三种定制肽的混合物中磷酸酪氨酸肽的选择性和吸附能力，结果表明，T-IPs对磷酸酪氨酸肽具有良好的吸附选择性，在28℃时其吸附量(QT-IPs)及IF分别达到最大值，温敏性也使其表现出良好的解吸性能，且经过四次循环吸附后，仍保留了78.9%的吸附量。Xiong等[21]以雌二醇(E2)为模板，丙烯酰胺(AAm)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂合成了一种“拉链”式T-IPs，制备及机理如图5所示。这种IPs对E2的吸附和解吸受温度的控制，在30℃下具有更高的吸附容量(8.78 mg/g)和更强的选择性(IF为3.18)，通过温度控制“拉链”的打开与关闭，使得可切换的分子识别成为可能。
在大多情况下，温度是最容易调节和控制的，因此温敏性聚合物相对其他类型的智能聚合物而言，其研究和应用也更多。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是一种典型的温度敏感聚合物，在32℃(低临界溶解温度，LCST)水溶液中，PNIPAM表现出温度诱导的相变，随着环境温度的变化在相应的体积相转变温度(VPTT)内变化，PNIPAM经历可逆的体积相变[17-18]。在VPTT下方，PNIPAM溶胀并吸收大量的水，而在VPTT之上，PNIPAM释放游离水并处于收缩状态。这主要是由于PNIPAM分子内含有的疏水基团(异丙基)和亲水基团(胺基)，聚合物分子链中的胺基与水分子之间形成氢键，当体系温度低于LCST时，由于氢键及范德华力的作用，水分子在大分子链的周围形成一层高规整度的溶剂化层，使聚合物大分子链溶解在水中，为溶胀状态;当温度高于LCST时，由于体系能量的升高，氢键遭到破坏，包覆在大分子链上的溶剂化层崩解，且疏水基团间的疏水缔合作用减弱，疏水分子链伸展形成疏水层，水分子转变为相层，为收缩状态。将温敏性聚合物与印迹技术相结合，从而制备出通过控制温度条件调整温敏性印迹聚合物，使得通过调节体系温度去除模板相对于传统印迹聚合物更加高效和简易化。其基本原理见图2。关于T-IPs已有较多报道，Zhao等[19]以氧氟沙星(OFL)为模板，N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAM)为温度敏感单体，甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGD-MA)为交联剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂合成了一种新型T-IPs。以不锈钢纤维(SSF)作为固相微萃取(SPME)涂层的载体，依次用多巴胺、硅烷对SSF进行改性处理，然后IPs以涂层的形式在改性SSF上进行合成，其合成及作用机理如图3所示。利用制备的T-IP对牛奶中的OFL进行吸附解吸检测，实验结果表明，所制备的T-IPs对氟喹诺酮类抗生素药物具有良好的吸附能力和选择性，且其吸附能力受温度的控制，在特定温度下(25℃)的吸附和解吸明显加快。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe3O4/CA@CQDs磁性荧光复合材料的制备及表征[J]. 董淑玲,王胜男,王秀玲,刘勇健. 发光学报. 2019(04)
[2]金修饰磁性石墨烯基分子印迹复合材料的制备及对水中邻苯二甲酸二正丁酯的电化学传感检测[J]. 李颖,康君君,赵雪茹,徐文凯,齐琦. 高等学校化学学报. 2019(03)
[3]乙烯基功能化磁性分子印迹聚合物的制备和识别性能研究[J]. 黄微薇,赵倩玉,杨鑫,姚磊,赵海田. 功能材料. 2019(01)
[4]纳米零价铁铜双金属体系对土壤中四氯双酚A的降解[J]. 付欣,梁莉,李筱琴,杨琛. 环境科学学报. 2018(04)
[5]光调控的活性自由基聚合的研究新进展[J]. 谢珊,唐华东. 高分子通报. 2017(07)
[6]硅烷偶联剂改性埃洛石/Fe3O4复合材料的制备及对Sb5+的去除[J]. 祝可成,査向浩,古丽戈娜,贾汉忠,马承愚. 水处理技术. 2017(07)
[7]基于磁性自组装分子印迹传感器测定赤霉素A3[J]. 张连明,魏小平,韦衍溪,李建平,曾英. 分析化学. 2014(11)
本文编号：3484006
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