单分散“活性”聚合物微球的制备及其在分子印迹技术领域的应用

摘要

单分散功能性聚合物微球是一种性能优良的新型功能材料，在色谱固定相、固相萃取及分子印迹技术等众多领域具有十分广泛的应用。本文旨在将原子转移自由基聚合和沉淀聚合技术相结合，采用原子转移自由基沉淀聚合(ATRPP)一步法合成单分散、高交联、表面具有活性引发基团和均一网络结构的聚合物微球。同时通过合理选择低毒性的极性醇类溶剂，进一步实现在室温条件下，采用ATRPP法制备表面含有“活性”引发基团的聚合物微球，然后以此活性聚合物微球为基质，通过可控表面印迹方法得到具有均匀印迹位点，对酶具有抑制能力的分子印迹聚合物。具体内容如下:
　　1.将原子转移自由基聚合(ATRP)机理引入沉淀聚合中，采用一种简单有效的原子转移自由基沉淀聚合(ATRPP)一锅法成功制备了单分散、高交联、表面功能化、具有均一网络结构的活性聚合物微球。研究发现不同反应条件（搅拌速率、单体浓度、引发剂浓度、催化剂浓度、单体与交联剂摩尔比、溶剂体积和反应时间）对聚合物微球形貌和产率具有重要影响，从而可以方便地通过改变聚合条件制备特定尺寸的微球。采用不同的功能性共聚单体(4-VP, AAm，HEMA)制备了一系列具有均一粒径的功能性共聚物微球，证明了ATRPP制备单分散性功能聚合物微球具有普适性应用。通过温和条件下表面ATRP引发反应，在聚合物微球表面直接接枝了亲水性聚合物刷，从而验证了聚合物微球的“活性”特征。另外，提出了ATRPP法制备单分散聚合物微球的增长机理为“grafting from”机理，这和传统沉淀聚合制备聚合物微球的“grafting to”机理具有很大的不同。
　　2.将醇类溶剂引入ATRPP体系，成功实现了在室温条件下一步法制备单分散、高交联、活性聚合物微球的目的。研究发现不同反应条件（单体浓度、聚合时间、溶剂种类）对聚合物微球产率和形貌具有重要影响，从而可以方便地通过改变聚合条件制备特定尺寸的微球。在一系列醇类溶剂中，采用不同功能单体(4-VP，GMA，MMA，HEMA)与交联剂反应，成功制备了具有均匀网络结构的共聚物微球，表明室温下采用ATRPP法制备聚合物微球具有普适性应用。通过室温条件下表面ATRP反应引发不同亲水性单体聚合直接在微球表面接枝亲水性聚合物刷，可以制备表面具有良好亲水性能的先进性功能聚合物微球。
　　3.将可控/“活性”自由基聚合、分子印迹技术和化学当量非共价印迹策略结合起来，以室温ATRPP法制备的单分散“活性”聚合物微球为基质，第一次用简单高效的方法制备了具有酶抑制能力的核壳结构印迹聚合物微球，并通过改变反应条件（反应时间、单体浓度）制备了具有不同印迹壳层厚度的核壳结构印迹聚合物。利用SEM、FT-IR、元素分析和动态光散射等方法对所得核壳印迹聚合物微球的壳层厚度和组成进行表征。研究了核壳印迹聚合物微球的吸附性能及对酶的抑制能力。结果发现，核壳印迹聚合物微球表面印迹壳层的厚度对它的吸附性能具有很大的影响，只有当壳层厚度和酶尺寸合适时才会表现出最佳的特异性吸附。通过Langmuir模拟证明可控表面印迹法制备的酶印迹聚合物具有均一的印迹位点，对模板分子具有高吸附容量、快速识别能力以及高吸附选择性。同时相比于小分子抑制剂，表现出更高的抑制能力。与小分子抑制剂相比，每个印迹单元的抑制能力基本提高了三个数量级（印迹单元抑制常数是小分子抑制剂的1000倍），这主要由于酶和印迹空穴之间形成了很强的多重非共价相互作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 原子转移自由基聚合

1．1．1 原子转移自由基聚合原理

1．1．2 原子转移自由基体系的基本组成

第二节 单分散聚合物微球

1．2．1 单分散聚合物微球制备方法

1．2．2 “活性”聚合物微球的制备

1．2．3 聚合物微球的表面功能化

第三节 分子印迹技术

1．3．1 分子印迹技术的基本原理

1．3．2 分子印迹技术的分类及影响因素

1．3．3 分子印迹聚合物的制备

1．3．4 蛋白质印迹聚合物

第四节 可控／“活性”自由基聚合在分子印迹聚合物制备中的应用

1．4．1 引发转移终止剂“活性”自由基聚合(Iniferter)

1．4．2 原子转移自由基聚合(ATRP)

1．4．3 可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)

1．4．4 氮氧“活性”自由基聚合(NMP)

第五节 研究背景及研究内容

1．5．1 研究背景

1．5．2 研究内容

第二章 原子转移自由基沉淀聚合法(ATRPP)制备单分散、高交联、“活性”聚合物微球

第一节 化学试剂与仪器

2．1．1 原料及规格

2．1．2 测试仪器

2．1．3 化学试剂的预处理

第二节 基本原料的合成

第三节 聚合物微球的合成与表征

2．3．1 单分散聚合物微球的合成

2．3．2 聚合物微球表征方法

第四节 ATRPP法制备单分散“活性”聚合物微球的影响因素

2．4．1 搅拌速率对聚合物微球的影晌

2．4．2 单体浓度对聚合物微球的影响

2．4．3 溶剂体积对聚合物微球的影响

2．4．4 引发剂和催化体系浓度对聚合物微球的影响

2．4．5 单体与交联剂摩尔比对聚合物微球的影响

第五节 ATRPP法制备单分散“活性”聚合物微球的普适性研究

2．5．1 共聚物微球的粒径及形貌研究

2．5．2 共聚物微球的结构研究

第六节 “活性”聚合物微球的验证

2．6．1 接枝聚合物微球表征

2．6．2 接枝聚合物微球的性能研究

第七节 ATRPP法制备单分散“活性”聚合物微球的机理探究

2．7．1 ATRPP法制备“活性”聚合物微球机理

2．7．2 ATRPP法制备“活性”聚合物微球机理验证

第八节 本章小结

第三章 室温ATRPP法制备单分散、高交联、“活性”聚合物微球

第一节 化学试剂与仪器

3．1．1 原料及规格

3．1．2 测试仪器

3．1．3 化学试剂的预处理

第二节 室温条件下“活性”聚合物微球的合成及表征方法

3．2．1 室温条件下“活性”聚合物微球的合成

3．2．2 聚合物微球表征方法

第三节 室温ATRPP法制备聚合物微球的条件选择

3．3．1 室温ATRPP在异丙醇溶液中聚合的条件选择

3．3．2 室温ATRPP法在醇类溶剂中的聚合

第四节 室温ATRPP法制备“活性”聚合物微球的影响因素

3．4．1 室温条件下单体浓度对聚合物微球的影响

3．4．2 温度对聚合物微球的影响

3．4．3 室温条件下反应时间对聚物微球的影响

第五节 室温ATRPP法制备“活性”聚合物微球的普适性研究

3．5．1 不同单体共聚物微球的形貌研究

3．5．2 不同单体共聚物微球的结构研究

第六节 室温ATRPP法制备聚合物微球的“活性”验证

3．6．1 接枝聚合物微球结构研究

3．6．2 接枝聚合物微球的性能研究

第八节 本章小结

第四章 可控表面印迹法制备具有酶抑制能力的印迹聚合物

第一节 化学试剂与仪器

4．1．1 原料及规格

4．1．2 测试仪器

4．1．3 化学试剂的预处理

第二节 具有酶抑制能力的印迹聚合物的合成及表征

4．2．1 分子印迹聚合物的合成原理

4．2．2 分子印迹聚合物的合成

4．2．3 分子印迹聚合物测试与表征方法

第三节 分子印迹聚合物结构研究

4．3．1 聚合物微球表面基团的定量分析

4．3．2 酶稳定性研究

4．3．3 印迹聚合物的形态研究

4．3．4 印迹聚合物的组成研究

第四节 印迹聚合物的吸附性能研究

4．4．1 饱和吸附性能研究

4．4．2 等温吸附性能研究

4．4．3 动力学吸附性能研究

4．4．4 竞争性吸附性能研究

第五节 印迹聚合物对酶抑制性能研究

4．5．1 印迹聚合物对酶抑制性能研究

4．5．2 印迹聚合物对其他活性酶抑制性能研究

第六节 可控表面印迹法制备印迹聚合物的普适性研究

4．6．1 以胰激肽释放酶(kallikrein)为模板的印迹聚合物的合成

4．6．2 印迹聚合物结构研究

4．6．3 印迹聚合物吸附性能研究

4．6．4 印迹聚合物对kallikrein抑制性能研究

4．6．5 印迹聚合物对其他活性酶抑制性能研究

第七节 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果