Κυριακή, 1 Μαΐου 2011

Μοριακά αποτυπωμένα πολυμερή

Τα μοριακά αποτυπωμένα πολυμερή (MIP) είναι τεχνολογικά προηγμένα πολυμερικά υλικά, τα οποία έχουν βρει εφαρμογή σε εκλεκτικούς διαχωρισμούς μικρών μορίων και ουσιών με βιολογικό ενδιαφέρον. Παράγονται κατά το συμπολυμερισμό ενός λειτουργικού μονομερούς (functional monomer) και ενός μονομερούς δημιουργίας διακλαδώσεων (crosss-linker) παρουσία ενός συγκεκριμένου μορίου, του μορίου αποτύπωσης (template), το οποίο λειτουργεί ως μοριακό ‘εκμαγείο’. Τα λειτουργικά μονομερή έχουν την ικανότητα δημιουργίας δεσμών (ομοιοπολικών ή μη) με το μόριο αποτύπωσης στο αρχικό διάλυμα πολυμερισμού, και έτσι μετά από τον πολυμερισμό και την απομάκρυνση του μορίου αποτύπωσης μια τρισδιάστατη κοιλότητα σχηματίζεται στο στερεό, ισχυρά διακλαδισμένο, πολυμερικό φορέα. Η κοιλότητα αυτή είναι συμπληρωματική τόσο γεωμετρικά όσο και χημικά με το μόριο αποτύπωσης και έτσι το πολυμερές κατέχει πλέον ένα είδος μοριακής μνήμης. Μπορούν έτσι να επαναδεσμεύουν το μόριο αποτύπωσης με υψηλή συγγένεια και εκλεκτικότητα, όπως τα αντισώματα αναγνωρίζουν τα αντιγόνα. Τα ΜΙΡ παρουσιάζουν μεγαλύτερη θερμική και χημική σταθερότητα σε αντίθεση με τα φυσικά αντισώματα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν επαναλαμβανόμενα, χωρίς απώλεια της ικανότητάς τους να αναγνωρίζουν το μόριο αποτύπωσης.   
                  Η ανάπτυξη των MIP τις τελευταίες δεκαετίες, που είναι ραγδαία με σκοπό τόσο τη βασική έρευνα όσο και τη χρήση τους σε πρακτικές εφαρμογές, αντικατοπτρίζεται στον αριθμό των σχετικών δημοσιεύσεων που επιδεικνύουν σχεδόν εκθετική αύξηση. Ως αρχική ιδέα για την ανάπτυξη των MIP θα μπορούσε να θεωρηθεί η καθοδηγητική θεωρία της παραγωγής αντισωμάτων από τον Linus Pauling, παρόλο που η ιδέα των μοριακών αλληλεπιδράσεων ήταν πολύ παλαιότερη. Η παραγωγή MIP αναφέρθηκε επίσημα για πρώτη φορά από τον Wulff και συν. το 1973, όπου περιγράφονται τόσο οι ομοιοπολικές όσο και οι μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις, παρόλο που οι τελευταίες χρησιμοποιούνται σε συνέργεια με τις ομοιοπολικές. Η πλέον ακολουθούμενη σήμερα μεθοδολογία παραγωγής ΜΙΡ, η αποτύπωση με χρησιμοποίηση μη ομοιοπολικών δεσμών, αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα του καθηγητή Mosbach το 1994.  Η τεχνική αυτή είναι η πλέον διαδεδομένη και αυτό οφείλεται σε διαφόρους παράγοντες, όπως το ότι είναι πιο άμεση με λιγότερα συνθετικά στάδια και υπάρχει διαθέσιμη μια μεγάλη ποικιλία μονομερών με διαφορετικά είδη διαμοριακών αλληλεπιδράσεων, που έχει στη διάθεσή του κάποιος. Επίσης αυτή η προσέγγιση είναι παρόμοια με τις αλληλεπιδράσεις που παρατηρούνται σε φυσικές και βιοχημικές διεργασίες, καθιστώντας την ως την πλέον υποσχόμενη τεχνική για τη μίμηση της εκλεκτικότητας που παρατηρείται στη φύση.  
              Το μονομερές δημιουργίας διακλαδώσεων χρησιμοποιείται για τη μόνιμη σταθεροποίηση των λειτουργικών μονομερών σε συγκεκριμένες θέσεις εντός της κοιλότητας αναγνώρισης και για αυτό χρησιμοποείται σε υψηλό ποσοστό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα στην έντονη επίδρασή του τόσο στη μορφολογία όσο και στο χημικό περιβάλλον των ΜΙΡs. Το πλέον χρησιμοποιούμενο μονομερές διακλαδώσεων είναι το αιθυλενογλυκολδιμεθακρυ-λένιο (EGDMA), για το λόγο ότι παρέχει υλικά με χημική και θερμική σταθερότητα, καλή ικανότητα διαβροχής στα περισσότερα μέσα επαναδέσμευσης, γρήγορη μεταφορά μάζας και καλές ιδιότητες αναγνώρισης. Πρόσφατα το τριμεθυλοπροπανοτριμεθακρυλένιο (TRIM) έχει χρησιμοποιηθεί επιτυχώς σε αρκετές περιπτώσεις και παρέχει πολυμερή με παρόμοιες ιδιότητες αναγνώρισης για ένα πλήθος μορίων αποτύπωσης. Στο Σχήμα αναπαριστάνεται η διαδικασία μοριακής αποτύπωσης με χρήση μη ομοιοπολικών δεσμών. Στο Σχήμαφαίνεται η ανάμειξη των λειτουργικών μονομερών (α), του μονομερούς δημιουργίας διακλαδώσεων (β) και του μορίου αποτύπωσης (γ) που οδηγεί στο σχηματισμό ενός συμπλόκου μεταξύ αυτού και των μονομερών (στάδια 1 και 2). Ο επακόλουθος πολυμερισμός δίνει ένα αδιάλυτο πολύ διακλαδισμένο πολυμερές  δίκτυο γύρω από το μόριο αποτύπωσης (στάδιο 3), που μετά την απομάκρυνση του μορίου αποτύπωσης μπορεί να το αναγνωρίζει εκλεκτικά σε μετέπειτα χρήση του.

Σχήμα Διαδικασία για την παραγωγή των ΜΙΡ και μετέπειτα αναγνώριση του μορίου αποτύπωσης (γ) από αυτά.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου