Contents
فرآیند قالبگیری مولکولی 2
تاریخچه 3
روشهای قالبگیری مولکولی 4
واکنشگرها 5
مولکول قالبtemplate)) 5
منومرهای عاملی 5
Cross-linker 6
حلال حفره زا 6
آغازگر 6
روشهای سنتز پلیمرها 7
بطور کلی پلیمرها قالبگیری شده مولکولی با استفاده از روشهای معمول پلیمریزاسیون تهیه می شوند. (7) 7
پلیمریزاسیون به روش توده ای 8
پلیمریزاسیون رسوبی 8
پلیمریزاسیون سوسپانسیونی 8
پلیمریزاسیون بعدازمتورم سازی چندمرحله ای 8
4.انتخاب مولکول قالب ومنومرهایی که درحلال حفره زا قابل حل باشند. 10
زمینه های کاربردی پلیمرهای قالبگیری شده(MIPs) 10
کاربرد MIPs در روش استخراج فازجامد (SPE) 10
MISPE به دو صورت off-line-MISPE وon-line-MISPE انجام می شود(14) : 13
Off-line-MISPE 13
On-line-MISPE 13
کاربرد MIPs در کروماتوگرافی: 16
انواع ستونهای MIPsدر کروماتوگرافی مایع 17
ستونهای پر شده 17
ستونهای پلیمری منولیتیک 17
قالبگیری درداخل دانه های سیلیکا 18
انواع فازساکن MIPs درکاپیلاری الکتروکروماتوگرافی 19
ستونهای موئینه پرشده 19
ستونهای منولیتیک 19
پوشش ستونهای موئینه 19
MIP بصورت افزودنی در الکتروفورز 19
ارزیابی پیوند وگزینش پذیری با استفاده از روشهای ناپیوسته 22
ایزوترمهای جذب مورد استفاده درروش قالبگیری مولکولی 23
معادله جذب لانگمویر- فرندلیچ 24
حفره های پیوندی وکارایی کروماتوگرافی 25
بهینه سازی پلیمرهای قالبگیری شده 29
مزایا 30
محدودیتها 30
نتیجه گیری 31
References 31
فرآیند قالبگیری مولکولی
درفرآیند قالبگیری مولکولی یک پلیمرمتخلخل باساختار سه بعدی سنتزمی شود٬ به این ترتیب که مولکول قالب با منومرهای عاملی مخلوط می شود واز طریق برهمکنشهای کووالانسی یا غیرکووالانسی باهم پیوند می دهند کمپلکسهایی را تشکیل می دهند ودر مرحله بعد آغازگر وبه همراه حلال حفره زا اضافه می شوند وبا پرتودهی به حرارت دادن مخلوط پلیمریزاسیون انجام می شود ٬درنتیجه شبکه پلیمری دراطراف مولکول قالب بوجود می آید.سپس مولکول قالب طی فرآیندهای هیدرولیز یا استخراج از ماتریکس پلیمرحذف می شود وحفره ها وسایتهای پیوندی که درشکل وگروه های عاملی با مولکول قالب مکمل هستند٬ برای پیوند مجدد با آن حاصل می شود.(1) .
تاریخچه
گزارشات اولیه درمورد قالبگیری به سال1930 برمی گردد وقتی یک شیمیدان اهل شوروی بنام پلی یاکو جاذبهایی ازسیلیکاژل تهیه کرد ودریافت که باحضورحلال سیلیکای حاصل٬ حفره های پیوندی ویژه برای آن حلال نشان داد.تا اینکه درسال 1940 پائولینگ تئوری اولیه تشکیل آنتی بادی را مطرح کرد:آنتی بادیها وقتی تشکیل می شوند که پروتئینهای سرم دراطراف مولکول آنتی ژن تجمع می یابند. آنتی بادیهای تجمع یافته حفره های پیوندی که در شکل نسبت به آنتی ژن مکمل هستند را بوجود می آورند و به این ترتیب آنتی بادیهای مصنوعی شکل گرفتند. درسال 1950 دیکی سیلیکاژل رادر حضوریک رنگدانه تهیه کرد که بعد ازحذف رنگدانه باردیگر٬ درحضورمخلوطی از رنگدانه ها جاذب با رنگدانه موردنظر بطور گزینشی پیوند داد. درسال 1972 والف بااستفاده از منومرهای عاملی ویکی از انانتیومرهای گلیسریک اسید پلیمری را سنتز کرد که بعد از حذف مولکولهای اسید حفره های پیوندی ویژه نسبت به آن حاصل شد. درسال 1981 چنین پلیمری تنها بااستفاده از برهمکنشهای غیرکووالانسی توسط مسبچ سنتز شد. درادامه تلاشهای بسیاری صورت گرفت وتا به امروز انواع متفاوتی ازپلیمرهای قالبگیری شده مولکولی سنتز شدند. (2)
روشهای قالبگیری مولکولی
1. روش غیرکووالانسی
2. روش کووالانسی
3. روش نیمه کووالانسی
در روش کووالانسی در مرحله تشکیل کمپلکس٬بین منومر ومولکول قالب پیوندهای کووالانسی برگشت پذیرتشکیل می شود و حذف مولکول قالب بوسیله فرآیندهای شکست پیوند نظیر هیدرولیز انجام می گیرد.این روش توسط والف معرفی شد.(3)
روش غیرکووالانسی بر اساس تشکیل برهمکنشهای غیرکووالانسی نظیر (پیوند
هیدروژنی برهمکنشهای یونی٬هیدروفوب و نیروهای واندروالس) بین مولکول قالب ومنومرهایانتخاب شده در مرحله قبل ازپلیمریزاسیون می باشد.این روش اولین بارتوسط مسبچ انجام شد.(4) ویتکوم یک روش حدواسط را درسال 1995 معرفی کرد که در آن قبل ازپلیمریزاسیون برهمکنشها کووالانسی هستند اما درمرحله پیوند مجدد٬مولکول قالب با حفره برهمکنشهای غیرکووالانسی خواهد داشت.(5)
درروش کووالانسی پایداری بالای کمپلکس منومر- مولکول قالب منجر به تشکیل جمعیت همگن ویکنواختی ازسایتهای پیوندی می شود٬اماانتخاب منومرهاومولکولهای قالب که پیوند کووالانسی مناسب می دهند مشکل است.در روش غیرکووالانسی برهمکنشهای منومر- مولکول قالب با فرآیندهای تعادلی کنترل می شوند٬ در نتیجه سایتهای پیوندی غیرگزینشی در ساختارپلیمربوجود می آید. روش غیر کووالانسی بطور وسیعتری استفاده می شود٬ (6) زیرا:
1. این روش براحتی قابل کنترل است ودرآن از روشهای مشکل برای تشکیل کمپلکس اجتناب می شود.
2. حذف مولکول قالب بسیارآسانتراست وبا روشهای معمول استخراج صورت می گیرد.
3. گروههای عاملی متنوعی می توانند به سایتهای پیوندی که با روش غیرکووالانسی نتیجه می شوند٬ معرفی شوند.
شکل(2):روشهای قالبگیری کووالانسی وغیرکووالانسی
واکنشگرها
مولکول قالبtemplate))
انتخاب آن اهمیت اساسی دارد٬این مولکول باید حامل گروههای قابل پلیمریزاسیون ودر حین تشکیل پلیمر پایدار باشد . تاکنون MIPs مربوط به داروها٬ آفت کشها٬ آمینواسیدها٬ استروئیدها٬ قندها و بازهای نوکلئوتید سنتز شده و مورد بررسی قرار می گیرد.
منومرهای عاملی
منومرها باید بطور دقیق انتخاب شوند وباید در یک رفتار استوکیومتری با مولکول قالب پیوند دهند.هرچه غلظت منومرها بیشترباشد٬ سایتهای پیوندی ودرنتیجه گزینش پذیری افزایش می یابند.اکریلیک ومتاکریلیک اسید ووینیل بنزنها معمولترین منومرها هستند.(6)
Cross-linker
گزینش پذیری تا حد زیادی توسط این واکنشگرها تحت تٲثیر قرار می گیرد.cross-linker سه نقش مهم را ایفا می کند:
1. درکنترل ساختار پلیمراهمیت داردو سایز حفره های پیوندی را مشخص می کند.
2.حفره ها ومنافذ را پایدار می کند.
3.پایداری مکانیکی پلیمررا نتیجه می دهد.
اتیلن گلیکول دی متاکریلات به عنوان cross-linker بیشترین کاربرد را دارد.(6)
حلال حفره زا
این حلالها نقش مهمی را درتشکیل ساختارمتخلخل MIPs بازی می کنند.حلال حفره زا سه نقش مهم دارد:
1.نقش حلال را دارندو همه واکنشگرها باید درآن قابل حل باشند.
2.باید شمار زیادی از منافذ قابل دسترس رادر ساختار پلیمرحاصل ایجاد کند.
3. باید قطبیت کمی داشته باشد تااحتمال تشکیل کمپلکس بین منومر ومولکول قالب را ماکزیمم کند.این مورد برای ایجاد گزینش پذیری بالا درMIPs بسیار مهم است.
تولوئن یک حلال حفره زا مناسب است.(6)
آغازگر
حضورآن برای شروع پلیمریزاسیون ضروری است ودر مقادیر بسیار کم استفاده می شوند.ترکیبات آزومانندآزوبیس ایزوبوتیرونیتریلهاAIBN)) معمولترین آغازگرها هستند.
شکل(3): برخی ازمنومرهای عاملی که بطور معمول استفاده می شود.
شکل(4):نمایش تعدادی از واکنشگرهایی که موجب ایجادتشکیل پیوندهای عرضی می شوند.
روشهای سنتز پلیمرها
بطور کلی پلیمرها قالبگیری شده مولکولی با استفاده از روشهای معمول پلیمریزاسیون تهیه می شوند. (7)
پلیمریزاسیون به روش توده ای
این روش بطور معمول برای سنتز MIPs استفاده می شود.همه واکنشگرها درحلال حفره زا باهم مخلوط ودر نتیجه توده های پلیمری حاصل می شوند.درمرحله بعد توده ها خرد و غربال می شوند تا ذرات با سایز دلخواه بدست آیند.روش سنتز سریع وساده است اما ذرات حاصل درجه بالایی ازبی نظمی وناهمگنی رادر سایزوشکل به همراه دارند.همچنین تعداد زیادی از منافذ درطول فرآیند خردکردن ازبین می روند٬بنابراین تٲثیرمنفی در کارایی کروماتوگرافی نشان می دهند.
پلیمریزاسیون رسوبی
مناسبترین روش برای تهیه ذرات MIPs درسایزمیکرو ونانو می باشد.دراین روش حلال حفره زای بیشتری نسبت به روش توده ای استفاده می شود٬مخلوط رقیق تردر ابتدا همگن است اما باپیشرفت پلیمریزاسیون٬پلیمردر فازمایع رسوب می کند.
پلیمریزاسیون سوسپانسیونی
این روش برای تهیه پلیمرهای بشکل دانه های کروی مناسب است. همه واکنشگرها درآب به عنوان حلال dispersion با یک پایدارکننده سوسپانسیونی مناسب نظیر پلی وینیل الکل باهمزدن مخلوط می شوند تا یک سوسپانسیون(محیط دوفازی) ازقطرات ریزآلی درمحیط آبی حاصل شود. بجای آب می توان ازحلالهای فلوئوروکربن داراستفاده کرد٬زیراآب پیوندهای هیدروزنی بین منومرو مولکول قالب را می شکند.
پلیمریزاسیون بعدازمتورم سازی چندمرحله ای
مناسبترین روش برای تهیه ذرات یکنواخت MIPsباپراکندگی یکسان وکارائی بالاست.
اما روش پرزحمتی است٬ ابتدا ذرات پلی استیرن باآغازگر یک حلال پایدارکننده(دی بوتیل فتالات) با استفاده ازسدیم دودسیل سولفات((SDS بعنوان پایدارکننده درآب مخلوط می شوند.این محلول به محلولdispersion دوم شامل منومر٬ cross-linker٬ مولکول قالب ٬حلال حفره زا وپلی وینیل الکل درآب اضافه می شود٬مخلوط بعدازچند ساعت همزدن٬گاززدایی شده ودر نهایت پلیمریزاسیون صورت می گیرد که برای تهیه فازساکن کروماتوگرافی مناسبترین روش است.
شکل(5):نتایج حاصل از بررسی میکروسکوپی ساختار پلیمرهای سنتزشده با روشهای مختلف پلیمریزاسیون
درسنتزMIPs شش قانون باید رعایت شود(9):
1.هرگزازآنالیت بعنوان مولکول قالب استفاده نشود٬مگراینکه هیچ جایگزینی برای آن وجود نداشته باشد.
2.انتخاب آنالیتهایی با بهترین برهمکنشها درمحیط با دی الکتریک پائین(حلال آلی)
3.انتخاب منومرهایی با قویترین برهمکنشها در حلال موردنظر(اسید یا بازبرونشتد٬ دهنده یاپذیرنده هیدروزن ویا حامل گروههای غیرقطبی باشد.)
4.انتخاب مولکول قالب ومنومرهایی که درحلال حفره زا قابل حل باشند.
5.مطمئن شویم که کمپلکس منومر-مولکول قالب پایداراست وواکنشهای جانبی انجام نمی شود.
6.بررسی طبیعت ماتریکس وانتخاب صحیح منومرهای cross-linker با دویا سه پیوندغیراشباع تا در نهایت بعدازحذف مولکول قالب٬ پلیمری با ساختار متخلخل حاصل شود.
زمینه های کاربردی پلیمرهای قالبگیری شده(MIPs)
* مطالعات تشخیصی
* جداسازی(بویژه جداسازی ترکیبات کایرال)
* آماده سازی واستخراج نمونه(استخراج فاز جامد)
* گیرنده هاو آنتی بادی های مصنوعی
* آنزیمهای مصنوعی درفرآیند کاتالیز
* حسگرهای بیولوژیک
* آزادسازی دارو در سلولها
کاربرد MIPs در روش استخراج فازجامد (SPE)
تجزیه واندازه گیری آلودگی های آلی درنمونه های محیطی یاترکیبات دارویی در مایعات بیولوزیکی اغلب نیازمند مراحل آماده سازی نمونه به شیوه ای مناسب است که به علت غلظت بسیارکم آنالیتهاو پیچیدگی ماتریکسهای مورد نظر می باشد. کارائی وکیفیت روشهای آماده سازی تٲثیر بسیارمهمی روی صحت ودقت تشخیص اندازه گیری دارد.استخراج فاز جامد یکی ازروشهای معمول برای پیش تغلیظ نمونه است٬اما فازهای جامد متداولی که درآن مورد استفاده قرارمی گیرند نظیر(سیلیکا ٬
آلومینا٬ کربن٬ برخی پلیمرها٬ سلولز٬ فولرنها وآگاروز) بطورغیرگزینشی عمل می کنند. بمنظورافزایش گزینش پذیری روش استخراج٬ مواد جدیدی براساس مکانیزم تشخیص مولکولی بصورت پلیمرهای قالب گیری شده مولکولی MIPs توسعه یافتند. شکل (6) روش تهیه فازجامد SPE بااستفاده ازاین پلیمرها را نشان می دهد.(11)
شکل(6):نمایش مراحل سنتز سریع کارتریج استخراج فازجامد با استفاده از پلیمرهای قالبگیری شده.(12)
بطورکلی روش استخراج فازجامد طی چهار مرحله انجام می شود:
* آماده سازیاولیه
* تزریق نمونه
* شستشوی مزاحمتها
* شویش آنالیت
اصول روش استخراج فازجامد با پلیمرهای قالبگیری شده MISPE)) نیز در مراحل بالا خلاصه می شود. بعد ازعبورنمونه مولکولهای آنالیت درحفره های پیوندی مکمل خود جای می گیرند٬سپس شستن مزاحمتها با حلال مناسب انجام می شود.در مرحله آخرآنالیت با حلال گزینش شده استخراج می گردد. شکل مراحل MISPE را نمایش می دهد.(11)
شکل(7):اصول استخراج فازجامد با پلیمرهای قالبگیری شده مولکولی) (MISPE
شکل زیرترکیب دو روشMSPD و MISPE را برای استخراج کلنبوترول ازنمونه جگر را نشان می دهد.(13)
شکل(8):یک روش شامل ترکیب روشهایMSPD و MISPE برای استخراج وپیش تغلیظ کلنبوترول از نمونه جگر
MISPE به دو صورت off-line-MISPE وon-line-MISPE انجام می شود(14) :
Off-line-MISPE
روش معمولتروساده تری برای استخراج نمونه های حقیقی است. مراحل روش متداول استخراج فاز جامد درمورد آن بکارگرفته می شود واندازه گیری نهایی بطور عمده توسط کروماتوگرافی صورت می گیرد.
On-line-MISPE
دراین روش پلیمر در یک کارتریج پک می شود وبصورت پیوسته با سیستم اندازه گیری کروماتوگرافی مابع مورد استفاده قرار می گیرد. به این ترتیب خطرآلودگی وازدست رفتن نمونه کاهش ٬در نتیجه تکرارپذیری افزایش می یابد. بعلاوه در این روش همه نمونه ای که از پلیمرعبورمی کند٬به سیستم اندازه گیری بعدی تزریق می شود بنابراین حجم موردنیاز نمونه ومصرف حلال آلی کاهش می یابد.کارتریجMIP درحلقه تزریق قرار می گیرد. بعداز پیش تغلیظ نمونه روی کارتریج وشستن ترکیبات مزاحم٬آنالیت بوسیله فازمتحرک به داخل ستون تجزیه شویش می شود.دراین سیستم فازمتحرک باید به اندازه کافی قوی باشد تا پیوندهای ویزه بین آنالیت وپلیمررا بشکند(که باافزودن اسید یا بازبه فاز متحرک انجام می شود). استفاده ازاین اصلاحگرها درجداسازی مشکل ایجاد می کند.این ناسازگاری
با بکاربردن سیستم off-line برطرف می شود.شمایی ازروش on-line-MISPE-HPLC را که برای استخراج واندازه گیری تئوفیلین بکاررفت درشکل (9)مشخص شده است.
.
.
شکل(9): نمایش سیستمMISPE on-line – برای اندازه گیری تئوفیلین.
درابتدا نمونه روی کارتریجMIP مربوط به تئوفیلین پمپ و مزاحمتها با حلال washing شسته می شوند.در مرحله بعد تئوفیلین با حلال مناسب ازستون عبور می کند وبا دتکتور uv اندازه گیری می شود. کروماتوگرام های حاصل در شکل زیر آمده است.(15)
روش MISPE برای ترکیبات مختلف بکارگرفته شده است٬نظیر:
برخی ازکاربردهای MISPE در مورد نمونه های محیطی٬ بیولوزیکی ودارویی در جدولهای(1) و(2) آورده شده است.(14)
کاربرد MIPs در کروماتوگرافی:
MIPs درزمینه کروماتوگرافی بیشترین کاربرد را دارد و برای جداسازی انانتیومرهای ترکیبات کایرال نظیر(پپتیدها' آمینها' داروها' آمینواسیدها 'اسیدهای کربوکسیلیک وقندها) مورد استفاده قرار می گیرد. فازهای ساکن کایرال قالبگیری شده مولکولی بطور گزینش پذیر بااستفاده ازیکی از انانتیومرهای خالص' بعنوان مولکول قالب تهیه وستون کروماتوگرافی با این مواد پر می شود. انانتیومری که بعنوان قالب استفاده شده است زمان بازداری طولانی تری دارد و دیرتر شسته می شود در نتیجه جداسازی انانتیومرها صورت می گیرد.
شکل)14): نمایش یک ستون کروماتوگرافی مایع با فازساکن MIP که برای جداسازی ترکیبات
کایرال استفاده می شود.(16)
انواع ستونهای MIPsدر کروماتوگرافی مایع
ستونهای پر شده
در این مورد پلیمر باروشهای معمول سنتز می شود وبا خرد کردن به سایز دلخواه در می آیند٬درمرحله بعد فرایند پرکردن ستون انجام می شود.(17)
ستونهای پلیمری منولیتیک
به منظور آسان کردن روش سنتزMatsui روش پلیمریزاسیون درجا را برای تهیه منولیتهای MIPs بعنوان فازهای ساکن پیشنهاد کرد. ٬در این روش همه واکنشگرها در حلال حفره زا حل می شوند ومخلوط پس از گاززدایی در داخل یک ستون کروماتوگرافی قرار می گیرد. پلیمریزاسیون رادیکالی با گرم کردن ستون انجام می شودویک ساختارپلیمری متخلخل وپیوسته بدست می آید.
سپس مولکول قالب وحلال با شستشوی مناسب حذف می شوند به این ترتیب از روشهای خسته کننده خرد وپک کردن ستون اجتناب خواهد شد. تکرارپذیری وگزینش پذیری بالا' انتقال جرم سریع' حدود تشخیص پائین وآماده سازی سریع از مزایای این روش است.(17)
قالبگیری درداخل دانه های سیلیکا
در این روش پلیمریزاسیون در داخل منافذ یا بوسیله پیوند فیلمهای MIP روی سطح دانه های سیلیکا انجام می شود.در حالت اول منافذ از واکنشگرها پرمی شود وبا گرم کردن'پلیمریزاسیون دراین میکرولوله ها اتفاق می افتد ودر نهایت پلیمربا حل کردن حذف شود. این روش مستقیم ترین راه برای بدست آوردن دانه های کروی است.(A) ترکیب پلیمروسیلیکا'انتقال جرم راسریع وفشاربرگشتی را کم می کند.برای افزایش تعداد تشتک تئوری تثبیت مولکول قالب در منافذ سیلیکا پیشنهاد شد(B).(17)
شکل(15):نمونه هایی از پلیمرهای قالبکیری شده مولکولی در داخل منافذ سیلیکا
انواع فازساکن MIPs درکاپیلاری الکتروکروماتوگرافی
اصول استفاده از MIPs درالکتروفورزنسبت به کروماتوگرافی مایع متفاوت نیست اما این نوع ستونها باید بطورویژه مطابق با خصوصیاتی نظیر استفاده ازستون موئینه و ضرورت وجود جریان الکتروفورز پرشوند.( 7) روشهای پیشنهاد شده عبارتند از:
ستونهای موئینه پرشده
ستون بوسیله ذرات حاصل از سنتزMIP درسایز مناسب (mµ10) پر می شود.
ستونهای منولیتیک
یک منولیت شامل ساختارپلیمری پیوسته درداخل ستون است که بوسیله ذرات مجزا تشکیل نمی شود.به این ترتیب که درابتدا سیلیکا ی ذوب شده در داخل ستون بااتصال گروههای عاملی فعال وسپس پلیمریزاسیون انجام می شود.به این ترتیب سیلیکا وپلیمر پیوند کووالانسی خواهند داشت.
پوشش ستونهای موئینه
دراین روش سطح داخلی ستونهای موئینه با لایه نازکی ازMIP پوشیده می شود.کارائی جداسازی در این ستونها خیلی بهترخواهد بود و از اثرات پراکندگی که در ستونهای پر شده وپیوسته وجود دارد اجتناب می شود اما ظرفیت تزریق نمونه تاحد زیادی کاهش می یابد.
MIP بصورت افزودنی در الکتروفورز
در این مورد ذرات پلیمر بعنوان افزودنی به الکترولیت اضافه می شوند وبصورت شبه فاز ساکن عمل می کنند ونیازی به تثبیت بسترپلیمرنیست.
شکل(11):نمایش روش پرکردن جزئی با نانوذراتMIP بعنوان افزودنی درالکتروفورز: تزریق نانوذرات پلیمریa)) تزریق نمونهb)) وقتی ولتاژاعمال می شود'ذرات پلیمربا بارمنفی بسمت آند و آنالیت با بار مثبت بسمت کاتد حرکت می کنندc)) نیروی الکترواسمز توده محلول را بسمت کاتد می راندd)) جداسازی انجام می شود وانانتیومرها قبل ازآنالیت به دتکتور می رسندe)).( 7)
شکل(12):کروماتوگرامهای حاصل از جداسازی کایرال انانتیومرهای dansylphenylalanine روی یک فازساکن پلیمر قالبگیری شده با L.dansylphenylalanine روی ستون الکتروفورزa)) ستونHPLC b))
ارزیابی وبررسی خصوصیات MIPs به دو روش انجام می شود:
ارزیابی بوسیله اصول کروماتوگرافی:
با این روش به آسانی می توان خواص پیوندی MIPs را مورد بررسی قرارداد. ذرات پلیمردرسایزm)µ 25-20) تهیه ودر ستون کروماتوگرافی قرار می گیرند. معادلاتی برای ارزیابی پیوند با روش کروماتوگرافی وجود دارد(18) که عبارتند از:
: k´فاکتور ظرفیت
tR: زمان بازداری نمونه
: t0 زمان بازداری ترکیب بازداری نشده
α : گزینش پذیری
I : فاکتورقالب گیری نسبت فاکتوربرای پلیمرهای
قالبگیری شده ونشده
S: فاکتورگزینش پذیری ویژه برای دو ترکیب
ارزیابی پیوند وگزینش پذیری با استفاده از روشهای ناپیوسته
این روش شامل تجزیه یک مخلوط ناهمگن از MIPs دریک محلول از سوبسترا است. بعد ازاینکه یک مقدار مشخص از MIPs به محلول سوبسترا اضافه شد(Ct) بعد از جذب به پلیمرمقدار سوبسترای باقی مانده درمحلول اندازه گیری می شود( Cf). با صاف کردن محلول از پلیمر جدا می شود ومقدارسوبسترای جذب شده(Sb)ازطریق کم کردن غلظت سوبسترای باقی مانده از مقداراولیه محاسبه وایزوترم پیوند به صورت زیر رسم می شود.منحنی درایزوترم حفره های پیوندی ویژه را معرفی می کند وبه پلیمر قالبگیری شده مربوط می شود در حالیکه خط راست تنها حضور پیوندهای غیرویژه را در پلیمر قالبگیری نشده(NIP) نشان می دهد.(17)
شکل)14).ایزوترمهای پیوندی برای پلیمر قالبگیری شدهMIP) ) و قالبگیری نشده NIP))
مشخص شده است که هرچه مقدار پلیمر اولیه در محلول افزایش یابد وحلال با قطبیت کمتر استفاده شود حساسیت و در نتیجه تعداد سایتهای پیوندی ویژه بیشتر می شود.
کمیتهایی که دراین مورد تعریف می شوند عبارتند از:
Kp:ضریب توزیع سوبسترا رویMIP ومحلول
α: گزینش پذیری
I : فاکتور قالبگیری
S: فاکتور گزینش پذیری ویژه
معادله اساسی که دو روش ارزیابی را قابل مقایسه می سازد به صورت زیر تعریف می شود:(ارتباطK وk´)
Φ:نسبت حجمی فاز ساکن به فاز متحرک
ایزوترمهای جذب مورد استفاده درروش قالبگیری مولکولی
TurielوUmpleby مدلهای جذب لانگمویر وفرندلیچ را برای بررسی رفتار پیوندی پلیمرهای قالبگیری شده مولکولی پیشنهاد کردند.(18)
معادله جذب لانگمویر:
جذب مواد روی سطح همگنی بوسیله جذب سطحی یک لایه بدون هیچ برهمکنشی بین مواد جذب شده اتفاق می افتد.
qe =(qm ka Ce) /(1+ kaCe)
Ce:غلظت تعادلی(l/mg)
qe :مقدار ماده جذب شده mg/g))
qm ,ka :ثابتهای لانگمویر مربوط به ظرفیت جذب سطحی و انرژی جذب
معادله جذب فرندلیچ:
این معادله براساس جذب روی یک سطح ناهمگن تعریف می شود.
qe = kf Ce 1/n
kf,1/n :ثابتهای فرندلیچ
معادله جذب لانگمویر- فرندلیچ
ندلیچ:یک سطح ناهمگنب سطحی و انرژی جذب
Nt: تعداد کل سایتهای پیوندی B = (Nt a Fm) / (1+ a Fm)
m: شاخص ناهمگنی 0< m <1
a:ثابت پیوند
ایزوترمهای جذب مولکولهای قالب مختلف روی پلیمرهای قالبگیری شده مربوط به آنها اندازه گیری شد ونتیجه این بود که حتی در غلظتهای پائین مولکول قالب ایزوترم غیرخطی است.بنابراین باید اصول کروماتوگرافی غیرخطی برای کروماتوگرافی با فا ز ساکن MIP بکارگرفته شود.مطابق با تئوری غیرخطی پیک از یک قسمت صعودی ویک قسمت همراه با دنباله تشکیل شده اند شکل (15).درمدل غیرخطی ایده آل کروماتوگرافی قسمت صعودی به صورت یک خط عمودی است و قسمت با شیب نزولی از معادله زیر پیروی می کند . (20,21)
F :نسبت فاز
q :غلظت آنالیت در فاز ساکن
c:غلظت آنالیت در فاز متحرک
این معادله مربوط به شکل دنباله است که بطور معمول به صورت تابع غلطت نسبت به زمان بیان می شود. اولین نتیجه ای که از تئوری کروماتوگرافی غیرخطی حاصل شد این است که شکل پیک نمی تواند با تهیه ذرات پلیمر کروی با اندازه کوچکتر و یکنواخت تر'بهبودی یابد این ساده است چون چنین تغییراتی ایزوترم را تحت تاثیر قرارنمی دهد.
حفره های پیوندی وکارایی کروماتوگرافی
یکی از عوامل مهم درشکل نامناسب پیکهای کروماتوگرافی در حضورMIPs به وجود انواع مختلف حفره های پیوندی در ماتریکس پلیمر نسبت داده می شود.چنین ناهمگنی نه تنها مربوط به داشتن تمایل مختلف حفره ها نسبت به مولکول قالب است همچنین به این دلیل است که منافذ قابلیت دسترسی متفاوتی دارند(7) شکل(16).
شکل(16): نمایش حضور حفره های
پیوندی مختلف در پلیمرهای
قالبگیری شده: حفره های با
تمایل بالا که به آسانی در
دسترس اند وانتقال جرم سریع
دارند(A). حفره های با تمایل
بالا اما اندازه کوچک که به آسانی
در دسترس نیستند وانتقال جرم
آهسته است(B). حفره های پیوندی
بااستوکیومتری وتمایل مختلف.(C)
درروش غیرکووالانسی کمپلکسهای تشکیل شده بین منومرومولکول قالب اساس استوکیومتری ندارند وکمپلکسهایی با میزان پایداری وتمایل متفاوت ودر نتیجه جمعیت ناهمگنی از حفره های ویژه حاصل می شوند.درحالیکه درروش کووالانسی جمعیتی همگن وپایداری ازحفره های ویژه در ساختارپلیمر وجود خواهد داشت. حلال حفره زا وcross-linker که درطی فرآیند پلیمریزاسیون استفاده می شوند اثر مستقیم روی قابل در دسترس بودن آنالیت مورد نظر برای حفره های پیوندی دارد.حفره های پیوندی مطابق با این ویژگی طبقه بندی می شوند' منافذ بزرگ(°A20<) ومنافذ ریز (° A20>).در شکل زیر دو روش کوالانسی وغیرکووالانسی برای جداسازی کلسترول واسترادیول مقایسه شده اند.( 7)
شکل)17) : کروماتوگرام حاصل از جداسازی کلسترول و
استرادیول درسه پلیمر قالبگیری شده مختلف
که با کلسترول قالبگیری شده است با روش
کووالانسی(1) وغیرکووالانسی بااستفاده از
منومر متاکریلیک اسید(2). یا با استفاده از
منومر 4.وینیل پیریدین. (3) فاز متحرک
مخلوط آب واستونیتریل (19:1 ) استفاده شد.
نتیجه دیگر کروماتوگرافی خطی این است که هیچ یک از کمیتهای فاکتور بازداری گزینش پذیری وفاکتور قالبگیری نمی توانند برای بررسی خصوصیات MIPs استفاده شوند زیرا موقعیت ماکزیمم پیک در کروماتوگرافی غیر خطی به غلظت بستگی دارد.بنابراین فاکتور بازداریk) ) هم به غلظت وابسته است در نتیجه برای بررسی برهمکنشهای آنالیت با فازساکن حلال شویش خاصی که استفاده می شود مناسب نیست. فاکتورقالبگیری وگزینش پذیری هردو به صورت نسبت دو مقدارفاکتور بازداری محاسبه می شوند وچنین نسبتی ممکن است درارزیابی مشخصات مفید باشد. بطور تجربی مشخص شده است که فاکتور گزینش پذیری با کاهش غلظت نمونه تزریق شده افزایش می یابد.(19)
شکل)18): کروماتوگرام حاصل ازجداسازی فنیتوئین و تیمین در دو غلظت مختلف بر روی ستون
کروماتوگرافی با فازساکن ترکیب سیلیکا-پلیمرقالبگیری شده با فنیتوئین. گزینش پذیری
با رقیق شدن نمونه تزریقی افزایش می یابد.
شکل(19(: کروماتوگرام های حاصل ازجداسازی دو انانتیومر فنیل آلانین آنیلید در دوغلظت مختلف
این مثالها نشان می دهد که دوآزمایش ممکن است مقادیر گزینش پذیری بسیارمتفاوتی برای پلیمرهای یکسان تحت شرایط کلی مشابه فقط با تزریق غلظتهای مختلف نشان دهند.
بهینه سازی پلیمرهای قالبگیری شده
فاکتورهایی که به منظور بهینه سازی این پلیمرها بکار گرفته می شوند(20)عبارتند از:
1- نوع وقطبیت حلال حفره زا: هرچه حلال قطبیت کمتری داشته باشد حفره های تشکیل شده پایدارترند ودسترسی مولکول قالب به آنها آسانتراست.
2- نسبت مقادیرمنومرcross-linker ومنومر عاملی که معمولا هرچه بیشتر باشد بهتر است.
3- غلظت مولکول قالب زیاد باشد.
4- دما نباید بالا باشد تا منومرها ومولکول قالب در شرایط پلیمریزاسیون پایدار باشند. معمولا پلیمریزاسیون با پرتودهی uv دردمای C°4 انجام می شود.
5- ترکیب وpH فاز متحرک
6- استفاده ازشویش گرادیانی به جای ایزوکراتیک
برخی ازمزایا ومحدودیتهای پلیمرهای قالبگیری شده مولکولی عبارتند از(21):
مزایا
1-آنالیت یا مولکول هدف خودش حفره های تشخیصی را معین می کند.
2-از نظر قیمت نسبت به عناصر تشخیصی بیولوژیکی به صرفه تراست.
3- مانند سیستمهای طبیعی اختصاصی عمل می کند.
4-درشکلهای مختلف(دانه ای' فیلم نازک و توده ای) با توجه به کاربردشان درزمینه های مختلف تهیه می شوند.
5-برای مدت زیادی بدون کاهش گرایش پیوند نسبت به مولکول هدف قابل نگهداری هستند.
6-در محیطهای غیرآبی وپیچیده قابل استفاده هستند.
محدودیتها
1-قابلیت کاتالیتیکی ضعیف تری نسبت به همتاهای بیولوژیکی(آنتی بادیها وآنزیمها)
2-ناهمگنی حفره های پیوندی
3-اگراز آنالیت به عنوان مولکول قالب استفاده شود در مرحله استخراج واندازه گیری آنالیت خطای مثبت ایجاد می شود.
4-مراحل خردو غربال کردن توده های پلیمری برای کاربرد درروشهای استخراج فازجامد وکروماتوگرافی مشکل وپرزحمت است.
نتیجه گیری
توانایی های ذاتی تکنولوژی قالبگیری مولکولی برای تشخیص گزینشی آنالیت مورد نظر٬ آن را به یک تکنیک ایده آل برای تهیه فاز ساکن می سازد تا در کروماتوگرافی مایع والکتروفورز استفاده شود ویا به عنوان فازجامد در روش استخراجفازجامد بکار رود اما برخی از محدودیتها بویژه آنچه به ناهمگنی شکل واندازه حفره های پیوندی مربوط می شود باید مورد توجه قرار گیرند. تحقیقاتی بمنظور تهیه فازهای ساکن کایرال برای جداسازی ترکیباتی که مراکز کایرال متعدد دارند در حال انجام است. همیچنین تلاشهایی برای بررسی تزریق مستقیم نمونه های پیچیده روی فازهای ساکن سنتز شده با این روش مورد توجه قرار گرفت٬ در نتیجه نیازی به مراحل پیش تغلیظ و استخراج نمونه های حقیقی احساس نمی شود.
References
1) C. Widstrand, E. Yilmaz, B. Boyd, A. Rees, MIP Technologies AB. Sweden 20
2) B. Sellergrene, C. J. Allender, Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005) 1733
3) G. Wulff, A. Sarhan, Angew. Chem 84 (1972) 364
4) R. Arshady, M. Mosbach, Macromol. Chem. Phys 182 (1981) 687
5) M.J. Witcombe, M.E. Rodriguez, P.Villar, E.N. Vulfson, J. Am. Chem. Soc 117 (1995) 7105
6) H. Yan, K.H. Row, Int. J. Mol. Sci 7 (2006) 155
7) E. Turiel, A.M. Stebane, Anal. Bioanal. Chem 378 (2004) 1876
8) N. P. Moral, A.G. Mayes, Anal. Chem. Acta 504 (2004) 15
9) C. Widstrand, E. Yilma, B. Boyd, A. Rees, MIP Technology 20
10) Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005) 1731
11) F. BelHadj Kaabi, V. Pichon, LCGC Eur
12) N. P. Moral, A.G .Mayes, Biosensors and Bioelectronics 21 (2006) 1798
13) E. Caro, R.M. Marce, F. Borrull, P.A.G. Cormack. D.C. Sherringtone, Trends. Anal. Chem 25 (2) 143
14) F.Qiao, H. Sun, H. Yan, K. H. Row, 64 (2006) 625
15) G. Theodoridis, C.K. Zacharis, P.D. Tzanvaras, D.G. Themilis, A. Economou, J. Chromatogr. A 1030 (2004) 69
16) V.T. Remcho, Z.J. Tan, Anal. Chem. News (1999) 284
17) D.A. Spivak, Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005) 1779
18) I.D. Mall, V.C. Srivastava, N.K. Agarwal, Days and Pigments 69 (2006) 210
19) B. Toth. T. Pap, V. Horvath, G. Horvai, J. Chromatogr. A 1119 (2006) 29
20) J.O. Mahony, K. Nolan, M.R. Smith, B. Mizaikoff, Anal. Chim. Acta 534 (2005) 31
21) B. Toth, K, Laszlo, G. Horvai, J. Chromatogr. A 1100 (2005) 60