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分子印迹聚合物在药物分析中的应用

2020-07-31 10:14 出处:未知 人气: 评论(0
  摘要:分子印迹法是将分子聚合到特定基质上,使得这种基质对于某分子有预定的选择性,用这种方法制得的化合物被称为分子印迹聚合物(M IP)。M IP作为一种新兴的分析方法,因其良好的选择性和特异性,近年来正逐步地被人们所认识。本文简要介绍了M IP在药物分析中的应用,尤其是在手性分析和体内药物分析中的应用,并讨论了其应用前景及目前所存在的问题。
 
  关键词分子印迹聚合物;手性分析;体内药物分析
 
  1引言
 
  Pauling在1940年曾提出将分子“烙印”到一种基质上,使得基质对该分子有更强的保留。这种基质对分子的特殊吸附作用类似于抗体与抗原、酶与底物之间的立体选择作用,有着特殊的选择性和特异性。这种基质被称为分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymer,M IP)。各种分子的立体形状的差异造成M IP的化学多样性以及特殊选择性。因此,M IP在光学对映体的拆分和纯化、药物分析[1]、生物传感器[2]、免疫分析[3]以及催化剂等领域有着良好的应用前景。
 
  M IP是一种基于三维空间的聚合网格的聚合物,在每个网格中包含有对目标物分子有着特殊亲和力的活性识别点。该识别点是由于聚合物单体分子在聚合前与模板分子结合形成复合物,该复合物与交联剂反应生成聚合物,然后采取适当的方法除去模板分子,模板分子去除后遗留的空间即形成了一定的识别点。该空间的空间立体结构与模板分子的空间立体结构完全相同。当该空间的空间立体结构与某一特定空间结构的物质分子完全吻合时,即对其产生特殊的亲和力[4]。
 
  M IP的合成一般要经过以下步骤:(1)使目标分子和聚合物单体间以共价或非共价方式产生相互作用,形成复合物;(2)加入交联剂,在复合物周围产生本体聚合反应形成聚合物;(3)除去目标分子,就得到M IP。M IP具有高度的交联性,不易变形、破碎,有良好的机械性能和较长的使用寿命。
 
  2应用
 
  M IP由于其良好的选择性和稳定性,在国外正越来越广泛地应用于药物分析领域,在国内,目前还未见到在药物分析方面的应用报道。
 
  M IP对模板分子的立体结构的高度选择性使其具备了对映体选择性,Lin等[2]采用以M IP填充的毛细管电泳,分离了D,L-苯丙氨酸。M IP以L-苯丙氨酰苯胺(L-phe AN)或L-苯丙氨酸为模板分子,以甲基丙烯酸为功能单体制备而成。Sabourin等[6]采用M IP组合填充的HPLC柱同时分离了N-乙酰基-L-苯丙氨酸-L-色氨酸甲酯、N-乙酰基-D-苯丙氨酸-D-色氨酸甲酯、N-叔丁基氧羰基-L-苯丙氨酸、N-叔丁基氧羰基-D-苯丙氨酸、育亨宾(yohim-bine)和柯南次碱(corynanthine)。
 
  对于手性药物,由于其分子式完全相同,在非手性环境中其物理和化学性质大多相同,但其生物活性如药效学和药代动力学却有很大的差别。如抗心律失常药物普萘洛尔(propranolol)的S(-)-异构体的药理活性比R(+)-异构体大100倍,氧氟沙星的左旋异构体的抗菌强度远大于右旋异构体。据统计,现有药物中有60%具有一个或多个手性中心。因此1992年FDA规定,今后凡发展具有不对称中心的药物,必须给出手性拆分结果。Walshe等[7]采用以M IP填充的毛细管电泳分离了普萘洛尔对映体。M IP采用以N-丙烯酸基-丙氨酸和S-普萘洛尔复合而成。Beng tsson等[8]采用以M IP为基础的放射性同位素示踪直接测定人血浆中S-普萘洛尔含量。
 
  在体内药物分析中,一般采用液-液萃取(LLE)或液-固萃取(SPE)对生物样品中目标物进行净化和浓缩。其中SPE以其较少的花费,需用样品量较少以及操作简单被越来越广泛的使用。一般SPE采用的固定相为C18,C8硅胶或离子交换树脂。但M IP对目标物分子的特异性吸附力以及良好的机械强度使其成为SPE固定相的最佳选择之一。最早Seller-g ren报道使用M IP作为SPE固定相,采用甲基丙烯酸为单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂制备M IP,测定尿中喷他脒(pentamidine)的含量。其采用的单体和交联剂在以后作为SPE固定相的M IP制备中被广泛应用。另一个应用是Martin等[10]测定普萘洛尔,以两种不同的酸和3种结构上相关的氨基酸来评估一种以普萘洛尔标记的M IP的选择性,采用一系列的含不同浓度生物体液的样品来测定其回收率。以期发现样品加入的离子改良剂能否有效改善提取回收率。通过实验认为选择合适的离子改良剂对提取过程选择性影响的重要性不亚于其对提取回收率改良的影响。另外,还发现加入三氟醋酸或三乙胺可得到良好的回收率,但没有提供关于选择性改善的具体结果。
 
  SPE优于LLE的地方之一是不需要大量的生物样品。Andersso n等[11]在测定血浆中沙美利定(sameridine)的含量时比较了使用M IP作为固定相的SPE(M IP-SPE)与LLE的不同。通过比较采用M IP和经典的LLE方法之间测量结果的精密度及准确度,认为如果能找到合适的吸附剂,M IP-SPE是一种比LLE更加洁净和方便的方法。Rashid等[12]报道在研究他莫昔芬中使用M IP的结果。他莫昔芬是一种抗雌激素药物,对一些激素依赖性的乳腺癌有效,使用填装M IP的柱子提取血浆和尿中的他莫昔芬,上样后将提取柱用水洗净,然后用乙腈-醋酸(4 1)洗脱,以HPLC分析,同样发现游离的模板分子对分析过程的干扰。这可能会限制其在痕量分析中的应用。
 
  3存在的问题
 
  M IP技术虽然已提出几十年,但真正开始使用是近10年的事情,尤其是最近5年才得到长足的进步。目前存在的问题为:(1)M IP对模板分子的特异性吸附作用非常类似于抗体与抗原之间的作用。这就造成了M IP不可能作为一种通用吸附剂。对于不同的样品需要不同的M IP,造成分析研究工作中需要花费大量精力来制备M IP,且M IP无法大规模工业化生产,质量不稳定,实验结果重现性差,成本高。(2)常规方法所制得的M IP是块状的。使用前要研磨、筛分,所得的颗粒的均匀性和强度都较差,使得用M IP为固定相的LC柱柱效不高。为解决这一问题,M atsui等[13]制得了棒状的M IP应用于色谱中测定金鸡纳生物碱。色谱分离中样品峰拖尾严重,究其原因主要是M IP的高度交联性限制了样品分子在M IP颗粒中的扩散,导致谱带扩张分离度降低。M IP中分子识别位的不均匀性也是一个重要影响因素。可以采用梯度洗脱或对M IP加热来改善峰形。(3)在M IP制备过程中残留的模板分子在分析过程中会游离出来干扰结果。Andersson等[11]在测定血浆中沙美利定的含量时,发现M IP中残留的模板分子会游离出来干扰分析过程。原因是在M IP的制备过程中,需要大量的待测物质的分子作为模板分子与聚合物单体结合。在单体与交联剂反应生成聚合物后,需要将模板分子从聚合物中洗脱干净后才能投入使用。但实际上只有91.5%的模板分子在洗脱过程中能够从M IP游离出来。其余的分子在以后的使用过程中逐步游离出来干扰测定。虽然实验过程中游离出来的模板分子在随后分析过程中即被滤除,没有影响分析过程,但为了克服这些缺点仍采用一种以空间结构和沙美利定近似的化合物为模板的M IP。这就限制了其在痕量分析中的应用。人们可以采用结构和样品近似的化合物为模板合成M IP,或采用以放射性同位素标记的模板分子来制备M IP,在洗脱过程中可以通过监测控制模板分子残留量[5]。
 
  4前景和展望
 
  M IP除了可制备成颗粒或棒状外,Kobayashi等[14]采用聚丙烯腈制备分子印迹膜片来测定氨基酸。M IP还可制备成凝胶填充高效毛细管电泳柱。此外,Kriz等[15]将M IP用于吗啡的竞争电流传感器中,首先将吗啡选择性结合到传感器中被烙印的M IP中,然后加入电活性竞争物可待因,释放出的吗啡则通过电流变化来测定。这种具有人造识别系统的生物传感器具有长期稳定性、耐高温和恶劣的化学环境,可用于有机相,还可在高压下使用以避免微生物对生物样品的污染。
 
  M IP-SPE对目标分子的特异性选择吸附作用使其可以应用于被测样品浓度极低的复杂样品的浓缩和净化,将来可以考虑与自动化分析仪器联合使用于生物样品的分析。如果能够较好地解决模板分子在M IP的制备过程中的残留问题,或者能够在样品测定中滤除其干扰,则还能将其应用于痕量分析中。
 
  目前,M IP的吸附容量还不高,还不能满足制备色谱的要求。人们正在寻找新的交联剂,用以提高M IP颗粒的大小和孔径的均匀性,来获得更高的柱容量。作为一种新兴的分析方法,M IP还有着种种局限和不足之处。但是其特有的手性识别能力,对目标分子的高度选择性及长期稳定性,使人们相信M IP将会在未来的手性识别和生物样品、复杂样品的分析中得到越来越广泛的应用。
 
  参考文献.
 
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  [2]Lin JM,N akagama T,Uchiya ma K,et al.Ena n-tio separa tion of D,L-pheny lala nine by molecularly im-printed poly mer par ticles filled capillar y electr o-chr o-matog raphy[J].J Liq Chrom Rel Technol,1997,20(10):1489~1506.
 
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