1、 分类号学校代码学号 D20107705410487 密级博士学位论文二维纳米片基表面分子印迹材料的制备及其选择识别性能研究学位申请人：学科专业：指导教师：刘 芸材料物理与化学唐和清朱丽华教授教授答辩日期： 2014年 5月 16日A Dissertation Submitted in Fulfillment of theRequirements for the Degree of Doctor of EngineeringPreparation and Molecular Recognition Ability ofSurface Molecular Imprinted PolymersBa
2、sed on Two Dimensional Nano-sheetsCandidate:Major:Liu YunMaterials Physics and ChemistrySupervisor: Prof. Tang HeqingProf. Zhu LihuaHuazhong University of Science and TechnologyWuhan, Hubei 430074, P. R. China2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研
3、究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密 ，在_年解密后适用本授权书。本论文属于不保密。(请在以上方框内打“”)学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月日期： 年 月 日华中科技大学博士
4、学位论文摘要分子印迹聚合物（molecular imprinted polymers，MIPs）是一类对于特定的目标模板具有特异选择性的材料。MIPs集成了构效预定性、特异识别性和广泛实用性等特点，在固相萃取、手性分离、催化以及传感方面具有广阔的应用前景。针对传统的分子印迹包埋型聚合制备方法所带来的有效结合位点比例低、洗脱结合速率较慢、吸附容量偏低等缺点，发展了以纳/微米材料为基质 的表面分子印迹技术。纳/ 微米结构的分子印迹材料具有较高的比表面积，选择识别位点大多位于基质表面，所以表现出较大的结合容量和快的结合动力学特性，并且能够与基质本身的功能性相结合，便于进行修饰、功能化以及后续的器件集
5、成，已成为分子印迹技术研究的热门方向。关于表面印迹基质材料的研究大部分集中在零维纳米材料以及三维印迹微球，本论文则选择了具有二维片层结构的纳米材料石墨烯与类石墨相氮化碳（graphiticcarbon nitride, g-C3N4）作为基质，制备了一系列新型的二维纳米片基分子印迹材料，并探索了印迹材料的后功能化应用，构建了分子印迹电化学传感器和荧光传感器，针对 2,4- 二硝基酚（2,4-dinitrophenol，DNP ）以及金霉素进行了分析与检测，主要研究内容如下：石墨烯作为近年研究的“ 明星分子 ”，具有二维片层纳 米结构、高的比表面积(理论值高达 2630 m2 g-1)、良好的导
6、电性及特殊的物理化学性 质，将其作为表面分子印迹的基体材料，在石墨烯的二维纳米片表层进行修饰，可得到具有良好选择性的石墨烯基印迹材料，能够为模板提供快速洗脱结合、高印迹容量和高选择性等优势。同时石墨烯可作为电极材料，从而构建具有良好电学响应的新型分子印迹电化学传感器，针对模板分子进行专一、高效、准确、快速的检测与分析。第一部分工作首先采用 Hummer法制备的氧化石墨烯（graphene oxide ，GO）为基质，环境污染物 DNP为模板分子，邻苯二胺为单 体，在过硫酸铵的引发下进行印迹聚合制备了分子印迹材料 GO-MIP。探索了聚合反应中单体与模板分子比例、引发剂用量以及聚合反应温度等因素
7、对 GO-MIP的吸附性能的影响，对合成条件进行了I华中科技大学博士学位论文优化。采用 UV-vis、FT-IR、Raman，EDX ，SEM等技术对印迹材料进行了表征，证明分子印迹膜是由功能单体在 GO基体的表面进行印迹聚合而成的，考察了 GO-MIP的动力吸附、等温吸附性能以及选择吸附性能，研究结果表明 GO-MIP具有高的吸附容量，快的吸附速度，并且具有良好的选择识别特性。此后将制备的 GO-MIP分散液采用滴涂的方式修饰在玻碳电极表面，构建了具有选择性的分子印迹电化学传感器。利用循环伏安法、线性扫描伏安法以及差示脉冲伏安法等电化学方法，探索了模板分子 DNP在电极上的氧化还原机理，优化
8、了 GO-MIP的滴涂用量、扫描速度、富集时间等实验条件。在优化条件下，证实了在 DNP浓度为 1.0-150.0 M 范围内，GO-MIP修饰电极的电流响应与 DNP的浓度线性相关，相比非分子印迹传感器，GO-MIP的响应的灵敏度更高。采用此传感器检测模拟水样中的 DNP，结果满意。在第二部分工作中，以电还原的石墨烯（RGO）为载体，采用原位电聚合邻苯二胺的方法在玻碳电极表面构建了电化学印迹传感器，并利用具有电化学活性的铁氰化钾为探针，应用于金霉素分子的间接分析检测，从而建立了针对非电活性物质的检测方法。首先采用恒电位方法对 GO进行还原，实验结果证实了电化学还原的方法能够成功地将 GO还原
9、为 RGO，RGO的导电性优于 GO，并且 RGO修饰的电极能够起到放大电信号的作用。通过控制 GO的滴涂量和还原时间，能够方便地调节 RGO的信号放大能力。之后在 RGO的表面进行邻苯二胺电聚合，构建了针对模板金霉素的分子印迹传感电极。采用具有一对可逆氧化还原峰的铁氰化钾作为探针分子，模板分子洗脱后产生的印迹空穴为探针分子提供了传质通道，使得Fe(CN)63-/Fe(CN)64-的氧化还原峰电流发生变化，以此间接对模板分子金霉素的浓度进行分析检测。该分子印迹修饰电极能够对金霉素进行选择性的检测，检测的浓度范围为 10.0500.0 M，具有高的灵敏度、良好的重复性和稳定性。该部分工作通过选用
10、探针分子，利用分子印迹洗脱前后印迹位点的“开” 与“关”特性，为非电活性物质的电流检测提供了途径。在第三部分工作中，选用了石墨相的氮化碳 g-C3N 4作为表面印迹的基质，制备了具有荧光传感效应的二维分子印迹荧光材料。作为结构与石墨烯类似的二维片层材料，g-C3N4具有特殊的光学、电学性能。将其与分子印迹技 术相结合，有望得到II华中科技大学博士学位论文高选择性、大结合容量、快速响应的荧光传感材料。关于 g-C3N 4作为表面分子印迹的基体制备荧光传感材料尚未见报道。本部分采用三聚氰胺高温煅烧产物 g-C3N 4为基质，DNP为模板分子，硅烷偶联剂为功能单体，正硅酸四乙 酯为交联剂，进行印迹聚
11、合制备了具有荧光性能的分子印迹材料 g-C3N 4-MIP；并利用 DNP 与 g-C3N4-MIP结合时能够发生荧光猝灭的性质，构建了具有选择性的印迹荧光传感器，根据荧光信号在模板洗脱前后的变化情况对目标物质 DNP的浓度进行测定。实验证明该荧光传感器具有良好的选择性和稳定性。该工作首次制备了以 g-C3N 4为载体材料的印迹荧光传感材料，为制备绿色无毒、高效准确的荧光分子传感器提供了一定的研究基础，可用于环境领域以及生物体系中的有机化合物的检测与分析。关键词：；表面分子印迹；石墨烯；氮化碳；二维纳米材料；传感器。III华中科技大学博士学位论文AbstractMolecular imprin
12、ted polymers (MIPs), described as artificial “locks” for “molecularkeys”, have the ability to recognize the used template from a mixture of closely relatedcompounds. Due to the molecular recognition ability, MIPs have been proposed forpromising applications in a wide variety of fields, such as solid
13、-phase extraction, chiralseparation, catalyst, and chemical/biological sensors. Compared with the conventionalMIPs preparation through an inefficient entrapment method, the surface imprintedtechnique based on nano/micro materials provides an alternative way for improving masstransfer, increasing aff
14、inity binding and decreasing high diffusion barrier of the templateby fixing MIPs on a support substrate. The surface imprinted materials have highsurface-to-volume ratio, shallow recognition sites locating in the proximity of materialsurface, and is suitable to be modified and functionalized for in
15、tegration of devices. Thedeveloping of surface imprinted methods is challenging to resolve the problem oftraditional polymerization and has attracted significant interests in recent years.The research for the surface imprinted substrates is focused on the zero dimensionalnanoparticles and three dime
16、nsional spheres. This thesis is selecting two dimensionalnano-sheets materials: graphene and graphitic carbon nitride (g-C3N4) as the substrates,fabricating a series of new imprinted polymers based on the two dimensionalnanomaterials, and constructing the molecular imprinted electrochemical and fluo
17、rescentsenor for their functional application, which aims at determination of 2,4-dinitrophenol(DNP) and chlorotetracycline (CTC).Graphene, the 2D honeycomb lattice of sp2-bonded carbon atoms, have uniquenanostructure, ultrahigh specific surface area (theoretical value 2630 m2 g-1), extraordinaryele
18、ctronic conductivity, physical and chemical properties. It is favorable to the generationof the composites of graphene with thin MIP modification layers, providing a high loadingcapacity, improving the kinetics and accessibility to the target species. Graphene is also apromising candidate to detect
19、a variety of molecules by charge transfer. These allow thatIV华中科技大学博士学位论文MIP being deposited on graphene has a higher affinity and sensitivity to target analyte,and a more homogeneous distribution of recognition sites.A simple surface molecular imprinted approach was developed to synthesizecomposite
20、s of MIP with graphene oxide (GO) in aqueous solution, where DNP was usedas the template, o-phenylenediamine (OPDA) as both a functional monomer and across-linker. Effects of the synthetic conditions including the polymerization temperature,the molar ratio of template to functional monomer, and the
21、amount of initiator wereinvestigated on the adsorption capacity of the GO-MIP composites. The GO-MIPcomposites were characterized with UVvis, FT-IR, Raman spectroscopy, SEM andEDAX. The composites were demonstrated to have high adsorption capacity, excellentselectivity and site accessibility for the
22、 target pollutant DNP under optimal conditions. Thecomposites were used to fabricate sensor for the determination of DNP, and theelectrochemical behaviors of the sensor in the presence of DNP were investigated bycyclic voltammetry (CV), linear sweep voltammetry (LSV), and differential pulsevoltammet
23、ry (DPV). Under optimal DPV conditions, there was a good linear correlationbetween the current of the cathodic peak and the concentration of DNP in the range of1.0-150.0 M. This proposed novel GO-MIP sensor is satisfactorily applied to determineDNP in practical water samples.A molecular imprinted po
24、lymer sensor was fabricated by directly eletropolymerizingmonomer o-phenylenediamine in the presence of template (CTC), based on controlledelectrochemical reduction of GO at cathodic potentials. In comparison with GO, thereduced GO (RGO) increased the cyclic voltammetric peak currents ofFe(CN)63-/Fe
25、(CN)64- redox pair, which was influenced by the amount of used GO andthe reduction time. Integrating the excellent response amplification of RGO and thespecial recognition of MIP, the new RGO-MIP sensor was used to detect CTC indirectlyby using Fe(CN)63-/Fe(CN)64- redox pair as an electrochemical pr
26、obe. The RGO-MIPsensor exhibited a wide-range linear correlation between the peak current variation of theDPV cathodic peak and the concentration of CTC in the range of 10.0-500.0 M. The useof the RGO-MIP sensor gave satisfactory results in the analysis of tap water andV华中科技大学博士学位论文laboratory wastew
27、ater samples. This indirect method provides a way for the determinationof electrochemical inactive pollutants.A fluorescent imprinted senor is constructed base on g-C3N4 selected as the substratematerial. g-C3N4 have a graphitic-like planar nanostructure, special optical and electricalproperties. Th
28、ere still have no reports about the new imprinted material base on g-C3N4. Inthis study, we develop a rapid and convenient method for a fluorescent g-C3N4-MIP sensoron the surface of g-C3N4, a product of melamine by high-temperature calcination, usedDNP as template, 3-aminopropyltriethoxysilane as m
29、onomer, tetraethyl orthosilicate ascross linker. The fluorescent of g-C3N4-MIP will be quenched during the rebinding processin the presence of template. The MIP sensor shows special recognition ability towards totemplate DNP. Therefore, the MIP sensor based on g-C3N4 has promising applications inthe
30、 sensitive and selective determination of organic compounds.Keywords: Surface molecular imprinting；Graphene; Graphitic carbon nitride; Twodimensional nanomaterials; Sensor;VI华中科技大学博士学位论文目 录摘要. IABSTRACT IV目录VII1.绪论11.1分子印迹聚合物简介 .11.1.1分子印迹基本原理 .11.1.2分子印迹的方法 .21.1.3分子印迹的应用 .41.2表面印迹技术 .61.2.1聚合物表面印迹
31、 .81.2.2二氧化硅表面印迹 .91.2.3二氧化钛表面印迹 .111.2.4金属粒子表面印迹 .121.2.5磁性材料表面印迹 .141.2.6碳材料表面印迹 .151.3分子印迹传感器 .181.3.1电化学传感器 .181.3.2荧光传感器 .201.3.3质量传感器 .231.4本文的研究思路及主要内容 .23参考文献 272. GO分子印迹材料的制备及电化学选择检测 2,4-二硝基酚.352.1引言352.2实验部分 .362.2.1实验试剂 .362.2.2实验仪器 .372.2.3 GO-MIP印迹材料的制备.38VII华中科技大学博士学位论文2.2.4 GO-MIP印迹电极
32、的制备.392.2.5表征与测试方法 .392.3结果与讨论 .402.3.1 GO-MIP的合成与条件优化.402.3.2 GO-MIP的结构表征.442.3.3 GO-MIP的吸附性能.472.3.4 GO-MIP传感电极选择性检测 DNP512.4本章小结 .59参考文献 603.电化学还原 GO印迹材料的制备及电化学检测金霉素 633.1引言633.2实验部分 .653.2.1实验试剂 .653.2.2实验仪器 .663.2.3分子印迹电极的制备 .663.2.4表征与测试方法 .673.3结果与讨论 .673.3.1电化学还原 GO 673.3.2电聚合制备 RGO-MIP印迹电极7
33、33.3.3 RGO-MIP印迹电极的传感性能763.3.4 RGO-MIP印迹电极在模拟水样分析中的应用783.4本章小结 .79参考文献 814.石墨相 C3N4印迹荧光材料的制备及选择识别 2,4-二硝基酚 .844.1引言844.2实验部分 .874.2.1实验试剂 .874.2.2实验仪器 .874.2.3 g-C3N4分子印迹材料的制 备88VIII华中科技大学博士学位论文4.2.4表征与测试方法 .884.3结果与讨论 .894.3.1 g-C3N4-MIP的结构表征.894.3.2 g-C3N4-MIP的荧光传感性能.934.4本章小结 .101参考文献 1035.全文总结与展
34、望 .1065.1全文总结 .1065.2创新与展望 .108致谢.110附录：攻读博士学位期间发表和待发表的学术论文 111IX华中科技大学博士学位论文1.绪论1.1分子印迹简介天然生物体系中的“抗体”与“抗原”具有一一对应的特异识别性，分子印迹聚合物(molecular imprinted polymers，MIPs)最初是根据这种识别能力模拟而发展来的一类人工聚合物，它与模板分子存在着空间结构和结合位点的互相匹配性，因此对特定的目标模板具有特异选择性1-3 。十九世纪四十年代，Dickey 等人4提出了“分子印迹”的说法，这是分子印迹聚合物制备的最初萌芽；在七十年代由德国科学家 Wulf
35、f等5报道了人工制备的以糖类和氨基酸等物质为模板的共价键型印迹聚合物；1993年，著名学术期刊Nature上刊登了瑞典科学家 Mosbach等6人的工作，主要是以茶碱为目标模板的非共价印迹聚合物的研究情况，从而使得分子印迹聚合物受到了学术界的极大关注。分子印迹聚合物具有结构预定性 (predetermination) 、特异选择性 (specificrecognition)和广泛 实用性(practicability)等三大特点，以及强度高，稳定性好、制备成本低廉和应用范围广泛等优点，目前分子印迹技术已经成为材料、化学和生物学等学科交叉的新兴领域之一1, 7-9，在色谱分离、固相萃取、药物分析
36、、生物传感器以及催化合成等诸多领域具有广阔的应用前景。1.1.1分子印迹基本原理在 MIPs 的聚合 过程中一般采用的 试剂为：目标物质（即模板）、功能单体、交联剂、引发剂以及溶剂等。分子印迹聚合物的制备以及识别过程一般包括以下四个步骤：预组装，聚合，洗脱以及重结合，其过程如图 1-1所示10。（1）预组装：在溶剂（致孔剂）中，目标模板首先与功能单体产生一定的相互作用力，形成特异识别位点。例如对含有酸性官能团（如-COOH等）的模板分子可以选用碱性功能单体（如 4-乙烯基吡啶等）。（2）聚合反应：在预组装的体系之中加入交联剂和引发剂，之后进行印迹聚合1华中科技大学博士学位论文制备分子印迹材料，
37、从而将印迹分子“冻结” 在交联 的聚合物结构之中。（3）洗脱过程：采用一定方法破坏印迹目标与单体之间的特异识别力，将印迹材料中的目标物质洗脱，使得在交联的聚合物基体中不再含有目标物质，而只存在印迹空穴，它具有与模板分子官能团相互作用的识别位点。（4）重结合：当洗脱之后的印迹空穴再遇到模板分子时，就像锁与钥匙的一一对应作用，可以通过其特异的识别位点，印迹母体与模板分子再次进行结合，即可完成专一识别过程。Figure 1-1 Schematic representation of the principle of molecular imprinting 10.1.1.2分子印迹的作用力目标物质与
38、功能单体之间不仅存在着空间位置、几何形状的一一匹配性，同时也存在着具有选择性的相互作用，根据作用力的形式一般分为共价键作用、非共价键作用以及共价与非共价的杂化作用11-131.1.2.1共价键印迹法。2华中科技大学博士学位论文共价键印迹法又称预组织法，是由德国的科学家 Wulff及其课题组在 1970年代提出的。在预组装的过程中，目标物质与功能单体的官能团之间存在着共价键作用，从而首先形成单体-模板的特殊识别作用体系，可以继续进行聚合制备印迹产物；而这种共价作用是可逆的，之后使用化学方法将共价键断裂，从而洗脱目标物质。可用的可逆共价结构一般包括席夫碱、二硫键、硼酸酯、缩酮、乙缩醛等螯合物等14
39、-16。其中最 为典型的是硼酸酯结构，在酸性和碱性条件下，硼酸官能团和二醇能能够反应为硼酸酯键，在聚合的时候便于形成对应的选择结构，洗脱时也能方便地对其进行断裂。采用此方法制备的印迹聚合物由于共价键作用比较强，导致了在洗脱过程中，目标分子难以完全从印迹母体中完全去除；此外在预组装、洗脱以及重新结合的过程中，模板与母体的结合速度和解离速度都会受到影响，因此这种方法发展缓慢，在实际应用中收到较大的限制，普及范围并不广泛。1.1.2.2非共价印迹法非共价键印迹法又称自组装法，其创立人为瑞典的 Mosbach及其课题组。目标模板与功能单体之间存在着非共价作用，如氢键作用、疏水作用、范德华力、- 作用、
40、静电作用等，使得模板和单体具有一一对应的特异选择性，然后通过交联聚合的方式将此非共价键识别位点固定下来17。目前研究的大多数分子印迹聚合物的作用方式为非共价作用力。非共价键法中常见的功能单体种类很多，主要有丙烯酸类、乙烯基吡啶、丙烯酸酯类、乙烯基咪唑以及三氟甲基丙烯酸等18。非共价法中目标模板与单体之间的作用力较弱，作用力的方式多样，不会出现共价键法中模板难以去除的情况，有效地增大了选择作用位点的利用比例。由于非共价键作用力的强度要低于共价键，在印迹过程中也可以采用多种单体进行印迹聚合，提供更多的相互作用位点。1.1.2.3共价键与非共价键杂化法3华中科技大学博士学位论文将共价键印迹法与非共价
41、键印迹法相结合，即可构成杂化印迹法。在制备印迹聚合物过程之中选用共价键作用力，而在重结合的过程中，采用非共价键的选择识别作用19, 20 。此方法可以综合共价键法的主客体稳定性与非共价键法的快速识别性优点为一身。Piletsky等21制备了唾液酸为目标模板的印迹产物，在预组装过程中，目标物质唾液酸与双功能单体乙烯基苯基硼酸和乙烯基胺通过共价键作用进行预组装，而当模板分子与印迹位点重新结合的时候，则以非共价键完成识别过程。1.1.3分子印迹的应用分子印迹聚合物对于分析的模板分子具有高度的选择性，良好的稳定性，耐受性，制备简单，易于实现规模化制备。基于这些突出的优点，近年来分子印迹聚合物在固相萃取
42、、手性分离、催化、仿生传感等方面均有研究与应用17。1.1.3.1固相萃取MIPs具有特异的选择识别 性能，如果在待处理的复杂样品中存在着目标物质或与目标物质具有类似结构的物质，可以将 MIPs作为具有选择性的固相萃取填料，从而为环境、农业、食品以及医药等分析样品的富集和分析提供重要作用22, 23 。Sellergren等24于 1994年以戊脒作为目标物质制备了印迹产物，这是首次报道将 MIPs 应用于固相萃取领域。Qi等 25利用 2,4-二甲基苯酚为目标分子，4- 乙烯基吡啶为功能单体制备了 MIP，并对三种不同的致孔剂氯仿、乙腈以及甲苯进行了优化，将其作为固相萃取的填料，能够实现对环
43、境水样中的苯酚类化合物（2,4-二甲基苯酚、2,4- 二硝基苯酚、4-硝基苯酚、4-甲基苯酚以及苯酚等）进行富集和检测。Lopez等26以槲皮素 为目标物 质，4-乙烯基吡啶为功能单体，丙酮以及乙腈的混合溶液为致孔剂制备了 MIP，之后系统地讨论了单体、交联剂、致孔剂以及聚合条件的影响，并将其作为固相萃取填料，实验证明了该填料对模板槲皮素以及结构类似物儿茶酚等化合物都具有良好的选择吸附性能。1.1.3.2手性分离分子印迹聚合物具有选择性分离能力，能够作为色谱的固定相，针对对映体进4华中科技大学博士学位论文行分离洗脱，除去含量极少的对映体异构物，可应用于高效液相色谱、毛细管液相色谱、薄层色谱、超
44、临界流体色谱等领域27-30 。Zhang等31 首先采用水相溶胶 -凝胶方法合成了单分散二氧化硅微球，其表 层带有-CH=CH2官能 团，以其为基质材料进行表面分子印迹聚合，L-苯丙氨酸为模板分子，环糊精和甲基丙烯酸为双功能单体，制备了 MIP，通过表征证实了印迹膜的厚度约为 0.5 m，选择性实验结果证实该 MIP的分离因子为 1.41，能够实现苯丙氨酸手性分离的目的。雷等32采用丙烯酰胺为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，制备了以(S)-萘普生 为模板分子的分子印迹聚合物，并将其用作 HPLC的固定相，通过手性拆分实验证明了萘普生的外消旋混合物得到了较好的拆分，而且体系中与萘普生结
45、构相似的布洛芬、酮洛芬等化合物也成功地分离。Ramstrm等33采用甲基丙烯酸和EGDMA为功能单体，制备了以 N-Ac-L-Phe-L-Trp-Ome为模板分子的分子印迹聚合物，将其作为 HPLC 的手性固定相，从而 实现了对具有类似结构的两种多肽混合物的有效分离，其分离系数为 17.8。1.1.3.3催化MIPs对 模板物 质具有选择识别 能力，如果在印迹母体中引入具有催化能力的特定基团，可以制备具有催化能力的人工模拟酶，能够应用于合成、氧化还原、水解、异构化等各种反应的催化过程之中18, 34, 35。天然生物酶具有较为昂贵、提取困难、化学稳定性差以及难以重复利用等缺点，而人工酶催化剂
46、MIPs具有较好的选择性、稳定性、可设计性等优势，具有广泛的应用前景。制备人工模拟酶的分子印迹技术中常选用的模板分子包括底物类似物、过渡类似物以及产物类似物，其中应用最多的是采用过渡态类似物作为模板分子的方法，其优势是可以对过渡物质起到一个稳定作用，能够降低体系的活化能，从而提高反应的速率。Robinson 等36制备了应用于水解乙酸-硝基苯酯的分子印迹聚合物，在其合成过程中，采用的是其过渡类似物甲基膦酸-硝基苯酯，在聚乙烯基咪唑、甲基膦酸-硝基苯 酯、二溴丁烷的混合物中进行交联聚合。将所得的 MIP产物用于水解反应5华中科技大学博士学位论文的时候，其活性为非印迹聚合物的 1.7倍，说明制备的
47、 MIP能够有效地进行选择性的催化作用。1.1.3.4生物传感分子印迹聚合物的种类极其丰富，其稳定性好，耐酸碱能力强，可以重复使用，利用 MIPs 作 为传感器的敏感材料，即 识别元件，可以构建相应的分子印迹传感器，从而实现对特定目标分析物的分析检测。分子印迹聚合物在富集并识别目标模板分子之后，可以通过光、电、热、质等转化手段，转化为可以分析的信号，由此获得目标化合物的相关信息，实现对于模板分子的分析检测。仿生传感近年来已成为分子印迹技术研究的热门方向37-40。后面将对这部分内容进行详细介绍。1.2表面印迹技术传统的分子印迹材料制备主有溶胀聚合、悬浮聚合、沉淀聚合、封管聚合、本体聚合及原位聚
48、合等 41-48，这些方法所制备的印迹聚合物中的特异识别位点大多位于聚合物的内部，属于包埋型的印迹聚合，其制备过程是将目标物质、功能单体、交联物及引发物等按照合适的配比放入在溶剂（致孔剂）中，经过交联聚合之后得到所需的印迹聚合物。其中有些产品为块状、团状或棒状的聚合物，在后续应用时需要经过后处理（研磨、破碎、筛分等），得到的粉末状产物再经过洗脱过程以除去模板分子。如图 1-2 所示，经过传统的包埋法而制得的印迹聚合物，所制得的选择性印迹位点可能在聚合物网络结构内部包埋过深，印迹位点分布不均匀，产物粒径的大小不均，可能导致在洗脱过程中内部的模板分子难以彻底得到洗脱，并且在重结合的过程中，模板分子
49、难以接触到非表层的印迹空穴，具有传质速度过慢、印迹空穴的利用率较低以及重复效果差等劣势49, 50。特别是在生物领域，往往会采用高分子量、大尺寸的生物大分子（如蛋白质、多肽等）作为印迹模板分子，由于聚合物本身所具有的高度交联网络结构，很大部分的模板分子无法洗脱；而在重结合过程中，由于多数的选择性空穴位于高度交联的印迹母体中间，从而使得目标物质非常难以进6华中科技大学博士学位论文入到母体内部，使得这些印迹位点得不到充分利用，导致了印迹的传输速率和识别能力，这为分子印迹聚合物在生物医学检测、疾病诊断以及仿生传感方面的应用带来了很大的障碍。Figure 1-2 Schematic illustration of the distribution of effective binding sites in the imprintedbulkymaterials a
