پلیمرهای قالب مولکولی برای به کارگیری در روش استخراج فاز جامد: مروری بر روش‌های سنتز، پیشرفتهای اخیر و نگاهی به آینده
محورهای موضوعی : پلیمرها و چاپ سه بعدی
1 - شیمی
کلید واژه: پلیمرهای قالب مولکولی, پلیمری شدن توده ای, ریز استخراج فاز جامد, پلیمری شدن تورم چندمرحلهای,
چکیده مقاله :
مرحله آماده سازی نمونه، به علت عدم ایجاد گزینشپذیری مطلوب، همچنان عامل محدودکننده‌ی فرایندهای تجزیه‌ای در نظر گرفته میشود. پلیمرهای قالب مولکولی Molecularly imprinted polymers (MIPs))))، پلیمرهای سنتزی هستند که دارای انتخابپذیری بالقوه و ویژه برای برخی از آنالیت‌های خاص یا گروهی از ترکیبات هستند که آنها را به موادی ایدهآل برای استفاده در فرایندهای استخراج یا جداسازی تبدیل میکند. در این راستا، در طول سالهای گذشته مقالات زیادی در مورد استفاده از MIP ها در کاربردهای مختلف از جمله جاذب در استخراج فاز جامد، که با نام استخراج فاز جامد قالب مولکولی نامیده میشود، منتشر شده است. اگرچه اکثر این مقالات، توصیفی برای به کارگیری MIP های سنتز شده برای بهبود روش استخراج هستند، ولی در خلال این توصیفات، راهکارهایی برای بهبود برخی از معایب موجود در این روشها ازجمله رهاسازی قالب از بستر، پیچیده بودن مراحل سنتز، زمان بر بودن مرحله ساخت جاذب و... ارائه شده است. بنابراین، در این مقاله سعی خواهد شد تا پس از ارائه خلاصه‌ای از روش سنتز این پلیمرها، پیشرفتهای صورت گرفته برای بهبود عملکرد MIPها در روش استخراج فاز جامد و دیگر کاربردها را مورد بررسی قرار دهیم.
-
[1] BelBruno J.J., Molecularly imprinted polymers, Chemical Review, 119, 94-119, 2019.
[2] Cristian C.V., Leidy T.S., Germán A.V., Shakeel A., Tomy J.G., Molecularly imprinted polymers for food applications: A review, Trends in Food Science & Technology, 111, 642-669, 2021.
[3] Zhao Q., Ma C., Liu J., Chen Z., Zhao H., Li B., Synthesis of magnetic covalent organic framework molecularly imprinted polymers at room temperature: A novel imprinted strategy for thermo-sensitive substance, Talanta, 225, 121958, 2021.
[4] Ramanavicius S., Jagminas A., Ramanavicius A., advances in molecularly imprinted polymers based affinity sensors (review), Polymers, 13, 974-985, 2021
[5] Wulff G., Vesper R., Grobe M., Sarahan, A., An Enzyme-analogue built polymer, on the synthesis of polymers containing chiral cavities and their use for the resolution of racemates. Makromolecular Chemistry, 178, 2799-2816, 1977.
[6] Cui Y., He Z., Xu Y., Su Y., Ding L., Li Y., Fabrication of molecularly imprinted polymers with tunable adsorption capability based on solvent-responsive cross-linker, Chemical Engineering Journal, 405, 126608, 2021.
[7] Arshady, R., Mosbach, K., Synthesis of substrate-selective polymers by host-guest polymerization. Makromolecular Chemistry, 182, 687-692, 1981.
[8] Lamaoui A., Palacios-Santander J.M., Amin A., Cubillana-Aguiler L., Molecularly imprinted polymers based on polydopamine: Assessment of non-specific adsorption, Microchemical Journal, 164, 106043, 2021.
[9] Yano K., Nakagiri T., Takeuchi T., Matsui J., Ikebukuro K., Karube I., Stereoselective recognition of dipeptide derivatives in molecularly imprinted polymers which incorporate an L-valine derivative as a novel functional monomer, Analytical Chimica Acta, 357, 91–98, 1997.
[10] Umpleby R.J., Bode M., Shimizu K.D., Measurement of the continuous distribution of binding sites in molecularly imprinted polymers, Analyst, 125, 1261–1265, 2000.
[11] Sellergren B., Andersson L., Molecular recognition in macroporous polymers prepared by a substrate-analog imprinting strategy, Journal of Organic Chemistry, 55, 3381–3383, 1990.
[12] Caro E., Masque´ N., Marce´ R.M., Borrull F., Cormack P.A.G., Sherrington D.C., Non-covalent and semi-covalent molecularly imprinted polymers for selective on-line solid-phase extraction of 4-nitrophenol from water samples, Journal of Chromatography A, 963, 169–178, 2002.
[13] Whitcombe M.J., Rodriguez M.E., Villar P., Vulfson E.N., A new method for the introduction of recognition site functionality into polymers prepared by molecular imprinting synthesis and characterization of polymeric receptors for cholesterol. Journal of American Chemical Society, 117, 7105–7111, 1995.
[14] Fujii Y., Matsutani K., Kikuchi K., Formation of a specific coordination cavity for a chiral amino-acid by template synthesis of a polymer Schiff base cobalt(III) Complex, Journal of Chemical Society Chemical Communication, 10, 415–417, 1985.
[15] Bouvarel T., Delaunay N., Pichon V., Molecularly imprinted polymers in miniaturized extraction and separation devices, Journal of Separation Science, 44, 1727-1751, 2021.
[16] Hu T., Chen R., Wang Q., He C., Liu S., Recent advances and applications of molecularly imprintedpolymers in solid-phase extraction for real sample analysis, Journal of Separation Science, 44, 274-309, 2021.
[17] Jamalipour Soufi G., Iravani S., Varma R.S., Molecularly imprinted polymers for the detection of viruses: challenges and opportunities, Analyst, 10, 240-265, 2021.
[18] Tamayo F.G., Turiel E., Mart´ın-Esteban A., Molecularly imprinted polymers for solid-phase extraction and solid-phase microextraction: Recent developments and future trends, Journal of Chromatography A, 1152, 32-40, 2007.
[19] P´erez-Moral N., Mayes A.G., Molecularly imprinted sensors: overview and applications, Biosensor and Bioelectronics, 21, 1798, 2006.
[20] Rycke E.D., Leman O., Dubruel P., Hedström M., Völker M., Beloglazova N., Novel multiplex capacitive sensor based on molecularly imprinted polymers: A promising tool for tracing specific amphetamine synthesis markers in sewage water, Biosensors and Bioelectronics, 178, 113006, 2021.
[21] Benachio I., Lobato A., Gonçalves L.M., Employing molecularly imprinted polymers in the development of electroanalytical methodologies for antibiotic determination, Journal of molecular recognition, 34, 1-12, 2021.
[22] Ye L., Cormack P.A., Mosbach K., Molecularly imprinted monodisperse microspheres for competitive radioassay. Analytical Communication, 36, 35-38, 1999.
[23] Moral N., Mayes A.G., Comparative study of imprinted polymer particles prepared by different polymerization methods. Analytical Chimica Acta, 504, 15-21, 2004.
[24] Heravizadeh O.R., Synthesis of molecular imprinted polymer as an absorbent for selective extraction of a triazine herbicide from biological samples, 1, 1-11, 2018
[25] Martín-Esteban A., Membrane-protected molecularly imprinted polymers: Towards selectivity improvement of liquid-phase microextraction, TrAC Trends in Analytical Chemistry, 138, 116236, 2021.
[26] Guo B., Tong Y., Zhang B., Tian M., Double affinity based molecularly imprinted polymers for selective extraction of luteolin: A combination of synergistic metal chelating and boronate affinity, Microchemical Journal, 160, 105670, 2021.
[27] Tan L., Zhou L.D., Jiang Z.F., Ma R.R., Selective separation and inexpensive purification of paclitaxel based on molecularly imprinted polymers modified with ternary deep eutectic solvents, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 192, 113661, 2021.
پلیمرهای قالبمولکولی برای بهکارگیری در روش استخراج فاز جامد: مروری بر روش‌های سنتز، پیشرفتهای اخیر و نگاهی به آینده
سهیلا آقاجانپور، میلاد غنی*
مازندران، دانشگاه مازندران، دانشکده شیمی، گروه شیمی تجزیه
چکیده
مرحله آمادهسازی نمونه، به علت عدم ایجاد گزینشپذیری مطلوب، همچنان عامل محدودکننده‌ی فرایندهای تجزیه‌ای در نظر گرفته میشود. پلیمرهای قالبمولکولی Molecularly imprinted polymers (MIPs))))، پلیمرهای سنتزی هستند که دارای انتخابپذیری بالقوه و ویژه برای برخی از آنالیت‌های خاص یا گروهی از ترکیبات هستند که آنها را به موادی ایدهآل برای استفاده در فرایندهای استخراج یا جداسازی تبدیل میکند. در این راستا، در طول سالهای گذشته مقالات زیادی در مورد استفاده از MIP ها در کاربردهای مختلف از جمله جاذب در استخراج فاز جامد، که با نام استخراج فاز جامد قالب مولکولی نامیده میشود، منتشر شده است. اگرچه اکثر این مقالات، توصیفی برای به کارگیری MIP های سنتز شده برای بهبود روش استخراج هستند، ولی در خلال این توصیفات، راهکارهایی برای بهبود برخی از معایب موجود در این روشها ازجمله رهاسازی قالب از بستر، پیچیده بودن مراحل سنتز، زمانبر بودن مرحله ساخت جاذب و... ارائه شده است. بنابراین، در این مقاله سعی خواهد شد تا پس از ارائه خلاصه‌ای از روش سنتز این پلیمرها، پیشرفتهای صورت گرفته برای بهبود عملکرد MIPها در روش استخراج فاز جامد و دیگر کاربردها را مورد بررسی قرار دهیم.
کلید واژه‌ها: پلیمرهای قالبمولکولی، پلیمریشدن تودهای، ریز استخراج فاز جامد، پلیمریشدن تورم چندمرحلهای
پست الکترونیک مسئول مکاتبات:
1 مقدمه
فناوری قالبزنی مولکولی (حکاکی مولکولی)، روشی آسان و در حال رشد برای ساخت پلیمرهایی است که این پلیمرها، دارای مکانهایی هستند که می‌توانند ترکیب معینی را شناسایی و جذب کنند. این پلیمرها دارای خاصیتی هستند که مشابه آن، در آنتیبادیها، آنتی‌ژن‌ها و سایر ترکیباتی که شبیه به قفل و کلید عمل می‌کنند، قابل مشاهده است. با پلیمریشدن منومرها و اتصالدهنده‌ها در اطراف قالب مولکولی (با شکلی شبیه به آنالیت هدف) و در نهایت رهایش قالب از این بستر پلیمری، پلیمر شبکه‌ای سه‌بعدی با اتصالات عرضی ایجاد میشود. شکل 1، نحوه سنتز پلیمر حکاکی شده را نشان میدهد ]1[.
شکل 1 نحوه سنتز پلیمر قالب مولکولی
در این نوع مواد، مونومرها بر اساس توانایی که در ایجاد پیوند با گونه قالب مولکولی و گروه‌های عاملی مولکول قالب دارند، انتخاب می‌شوند. پس از انجام فرایند پلیمریشدن، مولکول قالب از بستر جدا شده و جایگاه‌های با شکل، اندازه و مکمل ترکیب هدف، بر روی بستر پلیمری ایجاد میشود. این جایگاه، فقط با آنالیت خاص ترکیب شده و در نهایت، برهمکنش‌ها به صورت انتخابپذیر صورت می‌گیرند. پلیمرهای قالبمولکولی ایجاد شده، بسیار پایدار و مقاوم بوده و به طیف گسترده‌ای ازpH، حلال‌ها و دما، مقاوم هستند. همچنین، از آنجاییکه رفتاری شبیه به آنتیژن-آنتیبادی از خود نشان می‌دهند، می‌توانند شکل مولکول هدف را بر روی خود حفظ کرده و در نهایت به صورت انتخابپذیر و بدون محدودیت، گونه هدف را استخراج کنند. علاوه بر آنچه گفته شد، سنتز این نوع از پلیمرها بسیار ارزان و ساده بوده و می‌تواند بهعنوان جایگزینی برای به کارگیری در اکثر روشها مورد استفاده قرار بگیرد. این پلیمرها نسبت به همتاهای زیستی خود مانند آنتیبادیها، دارای مزایایی از جمله آسان و کمهزینه بودن آمادهسازی، قدرت بالای مکانیکی و مقاومت در برابر فشار و دما و پایداری برای ذخیره هستند و در محیط‌های شیمیایی بدون آسیب به آنها، میتوان از آنها استفاده کرد ]2[. متغیرهایی شامل مولکول هدف (مولکولی که پلیمر برای استخراج آن آماده میشود)، منومر عاملی، عامل شبکهساز، حلال، آغازگر، روش آغازگری و مدت زمان پلیمریشدن، در ساخت پلیمرهای قالب مولکولی موثر هستند ]3[. از آنجاییکه تعداد این متغیرها زیاد است، طراحی ساخت پلیمرهای قالب مولکولی فرایندی پیچیده است که در ادامه در مورد هر کدام از این متغیرها توضیح داده خواهد شد. روش ساخت پلیمرهای قالب مولکولی به طور مختصر به این صورت است که در مرحله اول مولکول هدف و منومر عاملی در یک حلال خاص، با هم مخلوط شده که در این مرحله پیوندی بین این دو مولکول برقرار میشود. در مرحله بعد، عامل شبکهساز به محلول اضافه شده و سپس، با استفاده از روش آغازگری، فرایند پلیمریشدن، آغاز میشود. در این مرحله، کمپلکسی که بین مولکول هدف و منومر آلی در مرحله اول شکل گرفته بود، در شبکه پلیمری تثبیت شده و در مرحله آخر، مولکول هدف از شبکه پلیمری استخراج میشود و پلیمری که باقی مانده است، دارای حافظه دائمی برای مولکول هدف است. بدان معنا که اگر در مخلوطی از ترکیبات مشابه با مولکول هدف قرار بگیرد، می‌تواند آن را شناسایی و جذب کند ]4[.
2 سازوکار‌های قالبزنی مولکولی
سازوکار‌های قالبزنی مولکولی به طور کلی به سه روش سازوکار کوالانسی، سازوکار غیرکوالانسی و سازوکار نیمه‌کوالانسی انجام میشود که نوع سازوکار، بستگی به نوع برهمکنشی که بین مولکول هدف و منومر عاملی اتفاق می‌افتد، دارد. روش کووالانسی، شامل تشکیل پیوندهای کووالانسی برگشت‌پذیر بین مولکول الگو و مونومرهای مورد نظر، قبل از فرایند پلیمریشدن است. در نهایت، با اتمام فرایند پلیمریشدن، پیوندهای کوالانسی که بین مولکول قالب و منومرها ایجاد شده بود، شکسته شده و قالب مربوطه، از پلیمر حذف میشود تا آنالیت بتواند در این جایگاه، قرار بگیرد. اگرچه این روش، بهعنوان روشی مناسب و ساده برای تهیه MIP مورد استفاده قرار گرفته است، ولی به دلیل پایداری نسبتاً زیاد پیوند ایجاد شده بین مولکول الگو و منومرها، توده نسبتاً همگنی از پیوندها و گروه‌های عاملی درگیر در پیوند، ایجاد شده که در نهایت منجر به کاهش گروه‌های عاملی فعال در پلیمر میشود ]5[. از معایب این روش، به این نکته میتوان اشاره کرد که در اغلب موارد، سنتز کمپلکس بین مولکول هدف و منومر عاملی، پرهزینه و دشوار است. علاوه بر آن، این روش به طور کلی، با محدودیت روبرو است، زیرا همانگونه که اشاره شد باید از پیوند کوالانسی استفاده شود که برگشت پذیر باشد که در نهایت بتوان مولکول هدف را از شبکه پلیمری، استخراج کرد. اما از آنجاییکه تعداد پیوندهای کوالانسی که برگشت‌پذیر باشد، محدود است، این روش، به طور کلی با محدودیت همراه است. علاوه بر این، چون هم تشکیل و هم تفکیک پیوند کوالانسی به کندی انجام میشود، این روش کند و زمانبر است ]6[. در روش غیرکوالانسی، کمپلکس بین مولکول هدف و منومر عاملی، به وسیله برهمکنش‌های غیرکوالانسی، مثل برهمکنش‌های آبگریز، پیوند هیدروژنی و برهمکنش‌های الکترواستاتیک انجام میشود ]7[. در این روش، در ابتدا منومرهای عاملی به خاطر همین نیروهای جاذبه (آبگریزی-آبدوستی و ...) به صورت خودتجمعی اطراف مولکول هدف تجمع کرده و کمپلکس تشکیل می‌دهند و بعد از پلیمریشدن، برای استخراج مولکول هدف از شبکه پلیمری، نیازی به تفکیک شیمیایی نیست و استخراج به کمک حلال انجام میشود. اولین مزیت روش قالبزنی غیرکوالانسی ، آن است که نیازی به سنتز کمپلکس بین منومر عاملی و مولکول هدف نیست و همانگونه که اشاره شد، مولکول عاملی بهصورت خودتجمعی اطراف مولکول هدف قرار میگیرد و کمپلکس تشکیل میشود. مزیت دیگر، این است که مولکول هدف بسیار راحت و با شرایط ملایمی از شبکه پلیمری، استخراج میشود. علاوه بر آن، سریع بودن روش نیز، از دیگر مزایای این روش است، زیرا هم اتصال و هم آزادسازی مولکول هدف، خیلی سریع انجام میگیرد که این، برخلاف پیوند کوالانسی است. همچنین، از معایب این روش، میتوان به این نکات اشاره کرد که تشکیل کمپلکس بین منومر عاملی و مولکول هدف، استوکیومتری مشخصی ندارد. همچنین، ایراد دیگر این روش این است که پلیمرهایی که در نهایت تولید می‌شوند، گزینشپذیری پایینتری دارند [8]. به این معنا که مجموعهای از مکانهای پیوندی که همان عاملیت مولکول هدف را دارند، بر روی پلیمر ایجاد شده، اما نحوه قرارگیری آنها به گونه‌ای نیست که مولکول هدف بتواند درون آنها قرار بگیرد. این موضوع، باعث شده که در نهایت، گزینشپذیری پلیمر تولیدشده، پایین‌تر باشد. بهطورکلی، از بین دو روش کوالانسی و غیرکوالانسی، روش قالب‌گیری غیرکوالانسی به دلایل زیر، بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است و برای گستره وسیع‌تری از مولکولهای هدف، از آن استفاده شده است: این روش آسانتر انجام میگیرد، خارج کردن مولکول هدف، آسانتر بوده و انواع بیشتری از منومرهای عاملی را میتوان برای مکانهای پیوندی استفاده کرد ]9[. این روش، به دلیل سادگی و در دسترس بودن تجاری مونومرهای مختلف که قادر به ایجاد پیوند با تقریباً هر نوع الگو هستند، تا حد زیادی برای آمادهسازیMIP ها مورد استفاده قرار میگیرد ]7[. روش نيمهكوالانسي، تلاش مي‌كند تا مزاياي روش كوالانسي و غير كوالانسي را يكجا جمع كند. در اين روش نيز، شكل‌گيري كمپلكس اوليه ميان قالب و مونومر، از طريق برهمكنش‌هاي كوالانسي انجام مي‌گيرد، اما پيوند مجدد قالب با ساختار پليمر، از طريق بر هم كنشهاي غيركوالانسي است ]10[. به طور کلی، دو حالت متفاوت براي توصيف روش نيمه كوالانسي وجود دارد: الف) مونومر و قالب بهصورت مستقيم به هم متصل شده باشند که در اين روش، از استر به عنوان اتصالدهنده استفاده مي‌شود. اولين كار در زمينه استفاده از روش نيمهكوالانسي، براي قالبگذاري پارا- فنيل آلانين اتيلاستر گزارش شد. در اين روش، ساختار مشابهی كه داراي دو گروه پليمرشونده بود، بهوسيله‌ي اتصالدهنده استر به هم متصل شد و بعد از آبکافت گروههاي كربوكسيليكاسيد در مكانهاي پيوندي پليمر باقيمانده، با آمينو اسيد توسط پيوند از نوع هيدروژني و الكتروستاتيك پيوند برقرار مي‌كند ]11[. قالب‌هايی مانند تستوسترون، بيسفنلای و نيتروفنل با استر و به وسيله روش نيمهكوالانسي، قالب‌دار شده‌اند ]12[. ب) مونومر و قالب با استفاده از گروه ميانجي به هم متصل شده باشند: براي اجتناب از ازدحام در جايگاههاي پيوندي و براي اينكه دوباره برقراري پيوند غيركوالانسي صورت پذيرد، روش گروه ميانجي معرفي شد ]13[. در اولين مورد، قالب كلسترول بهوسيله كربونيل ميانجي به 4-وينيل فنل، متصل شده و موجب توليد 4-وينيل فنيل كربنات بهعنوان قالب-مونومر مي‌شود. بعد از پليمريشدن، كلسترول به وسيله روش آبکافت از پليمر خارج شده و در جايگاه پيوندي گروه فنوليك هيدروكسيل، كه قادر به واكنش با كلسترول بهوسيله برقراري پيوند هيدروژني است، باقي مي‌ماند. گروه كربونيل نيز به صورت دياكسيدکربن خارج شده و موجب بهوجود آمدن فضاي كافي بين گروههاي عاملي براي بر قراري پيوند هيدروژني مي‌شود. نشان داده شده است كه پليمر قالب مولكولي توليد شده براي كلسترول، با استفاده از اين روش، داراي عملكرد بهتري نسبت به پليمر قالب مولكولي توليد شده بهوسيله روش غير كوالانسي است. به ویژه زماني كه بهعنوان فاز ساكن در دستگاه سوانگاری مایع با کارآیی بالا استفاده مي‌شود ]13[.
3 قالبگذاري با حد واسط يوني
يونهاي فلزي اين توانايي را دارند تا با گستره وسيعي از گروههاي عاملي از طریق به اشتراك گذاشتن الكترونها (از اتم‌هاي تكي ليگاندها گرفته تا اوربيتالهاي غيرپوشيده‌ي كئورديناسيون خارجي فلزات)، واكنش دهند و قدرت اين واكنش‌ها مي‌تواند در حد ضعيف، متوسط و پيوند قوي مانند پيوندهاي كوالانسي كه بسته به فلز، تغيير می‌كند، باشد. در نتيجه، عدد كئورديناسيون فلز، بهعنوان وسيله‌اي مناسب برای تشكيل پيوند بين قالب و مونومر عاملي در ساختن پليمرهاي قالب مولكولي بهکار برده مي‌شود. كمپلكسي كه براي قالب‌دار كردن استفاده مي‌شود، در حالت عمومي شامل ليگاند داراي توانايي پليمرشدن براي تشكيل كمپلكس، با یون فلزی (عموماً یون‌های فلزات واسطه كه با تغيير عدد كئورديناسيون به قالب متصل میشود)، است. اين روش، در ابتدا توسط فوجي ابداع و در قالبگذاري آمينواسيدها به كار گرفته شد ]14[.
4 اجزای موثر در تهیه پلیمرهای قالب مولکولی
در تهیه پلیمرهای قالب مولکولی، متغیرهای آزمایشی فراوانی دخیل هستند که کنترل آنها، بهشدت بر کاربرد پلیمرهای ایجاد شده موثر است. در همه فرایندهای قالبزنی مولکولی، مولکول هدف در مرکز توجه قرار دارد. چون آرایش گروه‌های عاملی و نحوه قرار گرفتن آنها به ساختار مولکول هدف بستگی دارد. نمی‌توان از همه مولکول‌ها بهعنوان مولکول هدف استفاده کرد، بلکه این مولکول باید دارای سه ویژگی باشد تا بتواند در فرایند قالبزنی شرکت کند. اولین ویژگی آن است که این مولکول باید فاقد عاملی باشد که بهصورت بالقوه برای پلیمریشدن، بازدارندگی ایجاد کرده و یا آن را کند کند. ویژگی دیگر، آن است که مولکول هدف باید در معرض دماهای بالا یا تابش نور فرابنفش پایدار باشد، چون به این شرایط برای انجام فرایند پلیمریشدن نیاز داشته و درصورتیکه مولکول تحت این شرایط پایدار نباشد، تخریب شده و در فرایند قالبزنی، تداخل به وجود می‌آورد. در نهایت، مولکول هدف باید فاقد گروه‌های قابلپلیمری شدن باشد، چون در غیر اینصورت وارد فرایند پلیمریشدن شده و مکانهای پیوندی که مدنظر است، شکل نخواهد گرفت ]15[.
شکل 2 متغیرهای آزمایشی موثر در تهیه پلیمرهای قالبمولکولی
یکی از انتخاب‌های مهم دیگر در فرایند قالبزنی مولکولی، انتخاب دقیق منومر عاملی است. چون منومر عاملی مسئول برهمکنش در مکانهای پیوندی است، از اینرو بسیار اهمیت دارد. بنابراین انتخاب درست این مولکول بسیار مهم است تا پلیمری که در نهایت شکل میگیرد، دارای گزینشپذیری بالایی باشد. در فرایند قالبزنی کوالانسی، منومر عاملی و مولکول هدف، بر اساس نسبت استوکیومتری با هم پیوند برقرار می‌کنند، ولی در قالبزنی غیرکوالانسی، نسبت بهینه مولکول هدف و منومر عاملی، بهصورت تجربی بهدست میآید. به این ترتیب که ابتدا چند نسبت انتخابشده و برای هرکدام از نسبت‌ها، پلیمری سنتز شده و پلیمرهای حاصل، مورد ارزیابی قرار می‌گیرند، سپس از بین آنها، پلیمری که دارای بالاترین کارآیی بوده است، به عنوان نسبت بهینه انتخاب شده و بعد از آن، با این نسبت، فرایند قالبزنی انجام میگیرد. آکریلیکاسید و متااکریلیکاسید، دو مورد از مهم‌ترین منومرهای عاملی در قالبزنی غیرکوالانسی است. یکی دیگر از انتخاب‌های مهم در فرایند قالبزنی، انتخاب عامل شبکهساز است. زیرا، نوع عامل شبکهسازی که مورد استفاده قرار میگیرد و نیز مقدار آن، بر روی گزینشپذیری پلیمر نهایی موثر است. عامل شبکهساز در پلیمر قالبمولکولی، سه وظیفه عمده را برعهده دارد که عبارتند از: 1) مورفولوژی شبکه پلیمری را کنترل میکند، 2) مکانهای پیوندی قالبزنیشده را در شبکه پلیمری کاملاً تثبیت میکند و 3) پایداری برای شبکه پلیمری به وجود می آورد. اگر از درصد بالای شبکهسازی در فرایند قالبزنی استفاده شود، این کار باعث شده که شکل و عاملیت مکانیکی حفرات بعد از حذف مولکول هدف به طور کامل حفظ شده و آن مکان بتواند مجدداً مولکول هدف را به درستی شناسایی کرده و جذب خود کند. دیونیلبنزن و اتیلنگلیکول دیمتا اکریلات، از مهم‌ترین و پرکاربرد ترین عوامل شبکهساز هستند. عامل مهم دیگری که باید مورد بررسی قرار گیرند، حلال است. حلال نقش مهمی در شکل‌گیری ساختار متخلخل پلیمرهای قالب مولکولی دارد. در واقع، حلالی که مورد استفاده قرار میگیرد، میزان قدرت برهمکنش‌های غیرکوالانسی را تعیین میکند و از طرف دیگر، بر روی مورفولوژی پلیمر هم موثر است. حلال باید ویژگی‌های شاخصی داشته باشد که برخی از ویژگی‌های مهم آن عبارتند از: حلال باید بتواند اجزای پلیمر، از جمله مولکول هدف، منومر عاملی، عامل شبکهساز و آغاز گر را کاملاً در خود حل کند. علاوه بر آن، این ترکیب باید بتواند حفرات بزرگی در پلیمر ایجاد کند. همچنین، حلال باید قطبیت نسبتاً کمی داشته باشد. اگر حلال، قطبیت بالایی داشته باشد، در فرایند شکل‌گیری کمپلکس، بین مولکول هدف و منومر عاملی، تداخل ایجاد میکند. آغازگر معمولاً به مقدار نسبتاً کمی نسبت به منومر عاملی استفاده میشود. از روش‌های مختلفی برای تجزیه آغازگر میتوان استفاده کرد تا فرایند پلیمریشدن آغاز شود که این روشها عبارتند از روش گرمایی، روش نوری، روش شیمیایی و روش الکتروشیمیایی. بهطور مثال میتوان به محلول، گرما اعمال کرد یا آن را در معرض تابش نور فرابنفش قرار داد تا آغازگر تجزیه شده و فرایند پلیمریشدن آغاز شود. پر کاربردترین آغازگرها در فرایند قالبزنی غیرکوالانسی، آزوبیس ایزو بوتیرونیتریل و بنزولپروکسید است ]16[.
5 راهکارهای ساخت و بهینه‌سازی فرمولبندی MIP
همانطور که اشاره شد، روش سنتز بر پایه روش غیرکوالانسی، بسیار مورد استفاده قرار میگیرد. این روش بسیار ساده بوده و می‌تواند برای اکثر ترکیبات هدف و قالب‌های مختلف نیز استفاده شود. متغیرهای متعددی مانند نوع و مقدار مونومر یا ماهیت عامل شبکه‌ایکننده و همچنین حلال در فرایند ساخت این پلیمرها وجود دارند که بر ویژگی‌های نهایی مواد بهدست آمده، از نظر ظرفیت جذب، میل ترکیبی و انتخابپذیری آنالیت‌های هدف، تأثیر می‌گذارند. بنابراین، به دست آوردن MIP بهینه برای بهکارگیری در روش استخراج فاز جامد، ممکن است چندین هفته طول بکشد تا آزمونوخطا صورت گرفته و در نهایت فرمولبندی‌های مناسب به دست آید. بهمنظور افزایش سرعت عمل ساخت MIP، استفاده از برخی فرمول‌های استاندارد خاص (برای مثال الگوی نسبت مولی ۱: ۴: ۲۰ از قالب: مونومر: اتصالدهنده) ]17[ بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، تلاش‌های زیادی برای بهینه‌سازی فرمولبندی MIP و ارائه روشی ساده، سریع و منطقی برای به دست آوردنMIP های مطلوب با بهبود قابلیت شناسایی مولکول خاص، پیشنهاد شده است که در ادامه به آن می‌پردازیم.
5-1 رویکرد محاسباتی
این روش، از نرم‌افزار مدل‌سازی مولکولی برای طراحی و نمایش کتابخانه مجازی از مونومرها در برابر الگوی مورد نظر استفاده میکند. از طریق این روش، میتوان انرژی‌های پیوندی بین منومرها و مولکول قالبمولکولی را محاسبه و در نهایت موقعیت‌های مناسب برای برهمکنش بین الگو - مونومر را پیش‌بینی کرد که انتخاب بهترین میزان مونومر مورد نیاز را آسانتر میکند. با به کارگیری این روش، پلیمرها با ظرفیت اتصال بالا و انتخابپذیری مناسب برای آنالیت‌های مختلف بهدست می‌آیند. شایان گفتن است که این رویکرد، نسبتاً جدید بوده و بنابراین قبل از همه‌گیر شدن، هنوز هم لازم است که بهترین پلیمرها (همچنین برای بدترین پلیمرها مطلوب است) برای تأیید درستی پیش‌بینی محاسباتی، آماده و ارزیابی شوند ]19[.
2-5 حک کردن ترکیبی
یکی از بهترین رویکردها برای بررسی اثر همزمان این متغیرها و بهبود روش ساخت پلیمر، روش ترکیبی است که اولین بار به صورت مستقل توسط دو دانشمند به نامهای Takeuchi و Sellergren ارائه شد. در این روش، ابتدا در تعدادی ظرف بسیار کوچک به نام ویال‌های HPLC، تعداد نسبتاً زیادی از پلیمرهای حاوی قالب‌های مختلف سنتز شده و سپس این پلیمرهای کوچک که با نام mini-MIPs نامگذاری می‌شوند، برای مدت زمان نسبتاً طولانی در درون حلالی مناسب قرار گرفته تا قالب‌های مورد استفاده، خارج شود و در نهایت، این مولکولهای قالبرهاسازی شده، اندازه‌گیری می‌شوند. بر مبنای میزان قالب رهاسازی شده و اندازه‌گیری دقیق آن، میتوان بهترین پلیمر را انتخاب کرد. این رویکرد یکی از بهترین و سریع‌ترین راهبرد‌ها برای دستیابی به بهترین پلیمر قالبمولکولی برای استخراج انتخابپذیر برخی از گونه‌ها از جمله تریازین‌ها و علف‌کش‌های سولفونیلاوره است ]19[. انتخاب فرمولبندی بهینه را میتوان با استفاده از طراحی‌های تجربی یا روش‌های تحلیل چند متغیره، انجام داد که این امر منجر به کاهش تعداد متغیرها و نیز شناسایی و تحلیل عوامل اصلی موثر بر خواص MIPs میشود. با این حال، با وجود مزایای ذکر شده، یکی از اشکالات اصلی موجود در این روش، محدودیت در شناسایی مولکولهای قالبرهاشده و در نهایت اندازه‌گیری دقیق آنها است. بهمنظور پیشرفت این روش، روشی موازی توسط P´erez-Moral و همکاران، ارائه شد. این روش (که کاربرد فروانی نیز یافته است)، بر پایه تهیه مقادیر بسیار کم MIP توسط تعلیقهای از فلوروکربن‌ها و در درون کارتریج SPE به صورت درجا است. تمامی مراحل سنتز، صافش، شستوشو و در نهایت حذف مولکول قالب از بستر پلیمری، همگی همزمان با هم و در درون یک کارتریج صورت میگیرد ]19[.
6 راهبردهای پلیمریشدن
به طور کلی هفت روش برای سنتز پلیمرهای قالبمولکولی شناخته شده است که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد.
1-6 روش پلیمری شدن تودهای
این روش، شناخته‌شده‌ترین روش در تهیه پلیمرهای قالبمولکولی است. انجام این روش، به مهارت خاص و تجهیزات پیشرفتهای نیاز ندارد و خیلی ساده و سریع و راحت انجام میگیرد. روش انجام کار به این صورت است که ابتدا مولکول هدف، منومر عاملی، عامل شبکهساز و آغازگر در حلال مناسب، حل شده و سپس به مخلوط واکنش، گاز نیتروژن دمیده میشود. علت دمیدن گاز نیتروژن، این است که حضور گاز اکسیژن در مخلوط واکنش باعث شده که در فرایند پلیمریشدن و تجزیه آغازگر، تداخل ایجاد شود. به همین دلیل، معمولاً گازی خنثی مانند نیتروژن یا آرگون را به مخلوط وارد کرده تا اکسیژن محلول در آن بهطور کامل خارج شده و سپس ظرف واکنش را بهطور کامل، آب‌بندی کرده و در مرحله بعد با کمک حرارت یا تابش نور فرابنفش، فرایند پلیمریشدن آغاز میشود. بعد از انجام پلیمریشدن، توده جامد پلیمری به دست میآید که باید بهصورت دستی کاملاً خرد شود. بعد از خرد کردن پلیمر، الک و دانهبندی انجام شده تا ذرات ریزتر و یکنواخت‌تری به دست آید. در نهایت هم به کمک شستوشو با حلال، استخراج مولکول هدف انجام میشود. با اینکه این روش، سریع و آسان است، ولی دارای اشکالاتی است. ذراتی که به دست می‌آیند، شکل و اندازه نامنظم دارند. همچنین، مراحل خرد کردن و دانهبندی، کار را دشوارتر کرده و علاوه بر آن، در حین فرایند خرد کردن، تعدادی از مکانهای پیوندی هم تخریب می‌شوند که این موضوع باعث شده ظرفیت جذب پلیمر در نهایت، کاهش پیدا کند ]20[.
2-6 روش پلیمریشدن تورم چندمرحلهای
این روش به طور گسترده توسط گروه Haginaka’s برای سنتز بسترهای حاوی پلیمرهای قالبمولکولی حکاکی شده با استفاده از قالب‌های مختلف بهکار گرفته شده است. همچنین، در این زمینه سعی شده تا از لایه‌هایی با خاصیت آبدوست نیز در ساختار MIP استفاده شود که استخراج انتخابی آنالیت‌ها از نمونه‌های پیچیده را بهبود می‌بخشد. اگرچه این روش به احتمال زیاد یکی از مناسب‌ترین روشها برای سنتز پلیمرهای قالب مولکولی با بازدهی بالا است، اما یکی از پر زحمت‌ترین روشها نیز محسوب میشود. در این روش، برخلاف روش قبل، تعدادی ذرات کروی و یکنواخت به دست میآید. اما روش انجام کار و شرایطی که برای واکنش نیاز است، نسبتاً پیچیده است. همچنین، ذراتی هم که به دست می‌آیند، گزینشپذیری راضیکننده‌ای ندارند. روش تورم چندمرحلهای، اساساً بر پایه تورم هسته‌های اولیه (مانند ذرات لاتکس پلیاستایرن) با استفاده از میکروامولسیون حلال فعال‌کننده اولیه با وزن مولکولی پایین (بهعنوان مثال دیبوتیلفتالات) در آب حاوی سدیمدودسیلسولفات (بهعنوان پایدار کننده)، و در حضور آغازگر است. زمانی که این امولسیون‌ها بر روی ذرات اولیه جذب شدند، این ماده به ظرف دیگری که حاوی اتصالدهنده عرضی، پروژن، منومرها و مولکول قالب است، اضافه میشود. در نهایت به این مخلوط، پلیونیلالکل نیز اضافه می‌کنند تا باعث بهبود فرایند پلیمریشدن شود. این مخلوط به مدت چند ساعت همزده میشود تا این قطرات بر روی بستر اولیه جذب شوند. در نهایت، گاز بیاثری به محلول دمیده شده و درنتیجه فرایند پلیمریشدن، انجام میشود. پلیمریشدن رسوب بهعنوان راهکاری ساده و آسان برای تهیه سریع و آسان MIP با بازده بالا پیشنهاد شده است. این روش، شامل انجام فرایند پلیمریشدن در مقدار زیادی از حلال مناسب است و با موفقیت برای آمادهسازی بسترهای حکاکی مولکولی برای استفاده در روش‌های رادیومتری، الکتروفورز مویین، و SPE به کار گرفته شده است. با این حال، به نظر می‌رسد که این روش برای هر ترکیب پلیمریکننده قابل‌اجرا نیست ]18[. فرایند انجام این روش، در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل 3 روش پلیمریشدن تورم چندمرحلهای
3-6 روش پلیمریشدن تعلیقی
اين روش، توسط مايز و در سال ١٩٩۶ پيشنهاد شد. در اين روش، مخلوط پليمريشدن بهصورت قطراتي در مايعاتي مانند آب يا پرفلوروكربن واجد ماده فعال سطحی معلق مي‌شود، پليمريشدن در اين قطره‌ها با سازوکار راديكال آزاد انجام مي‌شود. در واقع، هر كدام از اين قطرات، شبيه راكتور عمل مي‌کند و حصول ذرات پليمري با توجه به حجم قطرات، مورد انتظار است. با استفاده از اين روش، ذرات پليمري با توزيع اندازه در گستره 5 تا 50 ميكرومتر قابل سنتز بوده كه به مقدار ماده فعال سطحی استفاده شده و سرعت هم زدن وابسته است. این روش نیز ترکیبات کروی را ایجاد میکند. علاوه بر آن، این روش برای حذف مزاحمت‌ها به کار میرود ]21[.
6-4 روش پلیمریشدن رسوبی
این روش، برای اولین بار در سال 1999 و برای تولید نانوذرات پلیمری قالبمولکولی ارائه شد. در این روش، ابتدا اجزای پلیمر در حلال حل شده و سپس به مخلوط واکنش گاز نیتروژن دمیده شده و در مرحله سوم با اعمال حرارت یا تابش نور فرابنفش، پلیمریشدن آغاز میشود. اما در این روش، برخلاف روش پلیمریشدن تودهای، به جای توده جامد از پلیمر، پودری از ذرات پلیمری بهدست میآید که باید با استفاده از سانتریفوژ، از حلال جدا شود. در نتیجه، نیازی به مراحل خرد کردن و دانهبندی پلیمر وجود ندارد و فقط به کمک شستوشو با حلال، استخراج مولکول هدف، انجام میگیرد. این روش، نسبت به سایر روشها دارای مزایای زیادی است. از جمله اینکه انجام آن، آسانتر بوده، بازدهی بالاتری دارد، نیاز به زمان کمتری برای انجام کار دارد، نیاز به مراحل خرد کردن و دانهبندی ندارد و همینطور ذراتی که در نهایت تولید میشود، توانایی شناخت مولکولی بالاتری دارند. ذرات کاملاً کروی بوده و توزیع اندازه آنها کاملاً یکنواخت است ]22[.
5-6 پليمريشدن امولسيوني
در این روش، مقدار ماده فعال سطحی استفاده شده نسبت به روش تعلیقی بيشتر بوده و منجر به تشكيل ميسل مي‌شود. آغازگرهاي به كار رفته در اين روش، محلول در آبند و قادرند ذرات پخششده در محلول و خارج از ميسل‌هاي تشكيل شده را پليمري كنند. با پيشرفت پليمريشدن اين قطرات، ذرات ديگر، به تدريج از ميسل خارج شده و پليمري مي‌شوند. اندازه ذرات تشكيل شده در حدود 05/0 تا 2 ميكرومتر است و توزيع همگني بهوجود مي‌آيد. روش انجام این فرایند در شکل 4 آورده شده است. در پلیمریشدن امولسیونی (که فرایند پلیمریشدن رادیکال آزاد ناهمگن محسوب میشود)، مونومر نسبتاً آبگریز در آب با استفاده از یک امولسیونکننده روغن در آب، امولسیون میشود و در ادامه، واکنش شروع در حضور آغازگر محلول در آب (مانند سدیمپرسولفات (NaPS)) یا آغازگر محلول در روغن (مانند ۲وʹ۲-آزوبیس ایزوبوتیرونیتریل (AIBN)) رخ میدهد. این فرایند پلیمریشدن، نخستین بار در اوایل سال ۱۹۳۰ میلادی تجاری شد. برخی از مونومرهای مورد استفاده برای ساخت پلیمرهای امولسیونی عبارتند از اتیلن، بوتادی‌اِن، استایرن، اکریلونیتریل، مونومرهای اکریلات‌استر و متاکریلات‌استر، وینیل‌استات و وینیل‌کلرید ]23[.
شکل 4 روش انجام پلیمریشدن امولسیونی
6-6 روش پلیمریشدن مینیامولسیون
در این روش نیز ذراتی در حد 50 تا 500 نانومتر تولید شده که این ذرات نسبتاً به ذرات ایجاد شده در پلیمریشدن رسوبی، میل ترکیبی پایینتری دارند. همینطور مراحل انجام کار نیز دشوار و طولانی است. روش انجام این فرایند در شکل 5، آورده شده است.
شکل 5 روش انجام فرایند پلیمریشدن مینیامولسیون
7-6 روش پلیمری شدن هسته-پوسته
در این روش ابتدا ذرات پلیمری قالب مولکولی سنتز شده و سپس یک لایه از آنها بر روی سطح نانوذره از جنس سیلیکا یا پلیمر که از قبل ساخته شده است، قرار گرفته و ذراتی که به دست می آید، در نهایت قطری بین 0.05 تا 20 میکرومتر دارند. این روش برای سنتز نانوذرات پلیمری قالب مولکولی با اندازه کنترلشده، استفاده میشود.
7 کاربردهای پلیمرهای قالبمولکولی
با توجه به انتخابپذیری ذاتی MIP، علاقه روبهرشدی در زمینه سنتز و بهکارگیری این ترکیبات، ایجاد شده و بهطور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. اکثر مقالات مرتبط با استخراج فاز جامد بر پایه قالب مولکولی که بهتازگی منتشر شده‌اند، استفاده از قالب‌های مختلف را برای کاربردهای مختلف توصیف می‌کنند و تنها تعداد کمی از آنها، جایگزین‌های جدیدی را برای به حداقل رساندن معایب ذاتی آمادهسازی و استفاده ازMIP ها پیشنهاد می‌کنند. پلیمرهای قالبمولکولی از آنجاییکه نسبت به سایر جاذب‌ها، مزایای بسیار زیادی دارند و کارآیی بسیار بهتری هم از خود نشان داده‌اند، در زمینه‌های مختلفی از آنها استفاده میشود که در این قسمت به بررسی برخی از آن کاربردها پرداخته خواهد شد.
7-1 استخراج فاز جامد برپایه پلیمر قالبمولکولی
امروزه استفاده از پلیمرهای قالبمولکولی در استخراج فاز جامد که استخراج فاز جامد قالبمولکولی نیز نامیده میشود، پیشرفته‌ترین کاربرد فنی MIP است. استفاده ازMIP ها بهعنوان مواد جاذب انتخابی، امکان انجام یک مرحله پاکسازی نمونه را پیش از تعیین نهایی غلظت، فراهم می‌آورد. زمانی که نمونه دارای بافت پیچیده است و حضور عوامل تداخلکننده در آن، می‌تواند کار با دستگاههای سوانگاری را مختل کند، وجود روش آمادهسازی نمونه، مبتنی بر جاذب انتخابپذیر که بتواند فقط با گونه مورد نظر پیوند برقرار کند، مورد توجه ویژه‌ای قرار خواهد گرفت. اگر چه روش SPE یکی از پرکاربردترین روشها بوده است، با این حال، ضعف بزرگ روش SPE انتخابپذیری پایین و در نتیجه بازدهی کم در استخراج نمونه و در نهایت، حد تشخیص پایین در تجزیهوتحلیل نمونه است. به همین دلیل، گرایش به سمت روش‌های نوین همچون پلیمرهای قالب مولکولی، گسترش پیدا کرده است. این روش، با طراحی دقیق قالب چه توسط مدل‌سازی مولکولی و چه با طراحی تجربی یا روش‌های غربالگری طراحی حفره‌ها، صورت میگیرد. امروزه، کاربرد این روش بسیار گسترش یافته است. به عنوان مثال، سنتز جاذب پلیمری قالب مولکولی بهمنظور استخراج انتخابی علف‌کش‌ها از نمونه‌های زیستی ]24[ در سالهای اخیر، مورد استقبال قرار گرفته است. ترکیب کردن دستگاه سوانگاری مایع باSPE-MIPs برای تعیین مقدار آنالیت یا آلاینده مدنظر در غذا یا دارو از دیگر نوآوری‌ها در این زمینه بوده که بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. در مطالعهای، روش استخراج فاز جامد پلیمری قالبمولکولی با ترکیب سوانگاری مایع با کارایی بالا برای تعیین باقیمانده‌های داروهای تتراسایکلین در غذا توسعه داده شد. پلیمر با استفاده از کلروتتراسایکلین بهعنوان مولکول قالب، متااکریلیک اسید بهعنوان مونومر عاملی در نسبت الگو / مونومر ۱: ۴ سنتز شد. ستون استخراج فاز جامد تهیه شده، قادر به استخراج چهار نوع از تترسایکلین‌ها بهطور همزمان با ظرفیت‌های جذب بالا (۳۵۶۰ - ۴۷۰۰ نانو گرم) و بازیابی بالا (۸۷ %) و قادر به استفاده مجدد برای حداقل سی مرتبه بود. حد تشخیص پایین و امکان بازیابی نمونه‌ها و کارای بالای ستون، از مزایای این روش بود ]25[. سنتز بستر فلورسانس فاز جامد جدید با خاصیت جذب ویژه برای رودامین B (RB)یا سولفامتوکسازول(SMX) با قرار دادنMIP ها در هیدروژل شکلپذیر آماده‌شده توسط پلی‌وینیل الکل (PVA)، برای غربالگری انتخابی برخی ترکیبات مضر در مواد غذایی، مطالعه شد. در اینجا، MIPs همراه با استخراج فاز جامد(SPE) و به دنبال آن تشخیص فلورسانس مستقیم در محیط استخراج مشابه، برای غربالگری انتخابی سریع در محل، بدون آمادهسازی نمونه پیشنهاد شد. این روش پیشنهادی، در زمان کوتاه 5 دقیقه و با حساسیت و تکرارپذیری بالا بهعنوان پروتکل غربالگری سریع و در محل بسیار امیدوار کننده است. یکی از مسائلی که در حال حاضر، در حال ظهور است وجود آلاینده های پرخطر در فاضلاب های محیطی مثل وجود ترکیبات خطرناک دارویی یا سموم کشاورزی، از جمله کاربامازپین در فاضلاب محیطی است. شناسایی و حذف بقایای سموم دفع آفات که برای مبارزه با کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند بسیار حائز اهمیت است. مطالعه حذف قارچ‌کش دیتیوکربامات از فاز مایع، که مثالی از فنون حذف آلاینده‌های خطرناک از محیط پیرامون ما است؛ از جمله کاربردهای MIP برای حذف آلاینده‌ها است ]26[. یکی از کاربردهای بسیار وسیع پلیمرهای قالبمولکولی، استفاده از آنها به عنوان فاز ساکن در سوانگاری است. ستونهای سوانگاری که از پلیمرهای قالب مولکولی در آنها استفاده شده است، نتایج بسیار خوبی را از خود نشان داده‌اند. در اکثر روش‌های استخراج SPE، در ابتدا پلیمرهای قالبمولکولی که برای گونه مورد نظر سنتز شده، بهعنوان فاز ساکن در داخل ستون قرار گرفته و سپس محلولی که حاوی گونه مورد نظر است، وارد ستون میشود. از آنجاییکه این گونه، تمایل به ترکیب با پلیمرهای قالبمولکولی دارد، با آنها برهمکنش برقرار کرده و بقیه محلول از پایین ستون، خارج میشود.
2-7 حسگرها
در حسگرهای زیستی، از مولکولهای زیستی مانند آنزیم، آنتیبادی، پروتیین، گیرندهها و... استفاده میشود. همانطور که قبلا ًهم اشاره شد، این مولکولهای زیستی قادرند مولکول خاصی را شناسایی و جذب کنند. به همین خاطر است که از آنها به عنوان عنصر تشخیص در حسگرهای زیستی، استفاده میشود. اما امروزه محققان، پلیمرهای قالبمولکولی را جایگزین این مولکولهای زیستی کرده‌اند. از آنجاییکه پلیمرهای قالبمولکولی بهعنوان همتای این مولکولهای زیستی، پایداری بالاتری دارند، خواص شیمیایی-حرارتی مناسب‌تری را از خود نشان می‌دهند، گزینشپذیری بالاتری دارند و قیمت تمام شده آنها پایین‌تر است؛ می‌توانند بهعنوان جایگزینی مناسب و ایدهآل بهعنوان عنصر تشخیصی برای حسگرها باشند ]27[.
3-7 جداسازی غشایی
یکی از پرکاربردترین و مهم‌ترین فرایندها در صنایع مختلف، فرایند جداسازی است. بسیاری از مشکلاتی که در فرایندهای جداسازی وجود دارد با غشاهای موجود، قابل حل نیست. به همین دلیل، محققان از فن قالبزنی در فرایندهای غشایی هم استفاده کرده‌اند. به این ترتیب که آنها، مکانهای پیوندی یا مکانهای شناخت مولکولی خاصی را در غشاها ایجاد کردند که این مکانها قادرند به صورت گزینشی، مولکول خاص را شناسایی و جداسازی کنند. این غشاها که دارای گزینشپذیری بالایی هستند، برای جداسازی ترکیباتی مثل مواد سمی، داروها و مولکولهای زیستی پیچیده، مورد استفاده قرار گرفتهاند ]25[.
شکل 6 تصویری از غشای ایجاد شده با روش قالبزنی مولکولی
8 نتیجهگیری و آینده‌نگری
پليمرهاي قالبمولكولي، نشان‌دهنده رده جديدي از موادي هستند كه بهصورت مصنوعي توليد شده و داراي جايگاههاي شناسايي اختصاصي هستند. استفاده ازMIP ها در آمادهسازی نمونه، پیشرفت عظیمی در طول سالهای گذشته داشته‌است. اگرچه برخی از معایب برای این روش گزارش شده‌اند، ولی در حال حاضر پیشرفتهای چشمگیری رخ داده که منجر به ارائه روش‌هایی برای به حداقل رساندن این معایب و بهبود عملکرد ابزارهای حاوی MIP شده است. بهعنوان ابزار انتخابي، عملكرد اختصاصي در شناسايي مولكولهاي هدف، راحتي آماده‌سازي و ارزان بودن تهيه پليمرهاي قالبمولكولي، موجب استفاده روز افزون از آنها در تكنيك‌هاي جداسازي مانند غشاها، زیستحسگرها و فنون تجزيه‌اي استخراج فاز جامد، سوانگاري مايع با عملكرد بالا، سوانگاري الكتروفورز و غیره شده است. تهيه و توليد پليمرهايي با عملكرد بالا برای شناسايي اختصاصي مولكولهاي هدف، نيازمند مطالعه در مورد اجزا و روش‌هاي بهكار گرفته شده برای توليد، شناسايي و بهكارگيري اين مواد سنتزي است. در حال حاضر، کارتریج‌های تجاری حاوی MIP ها برای استخراج برخی از ترکیبات از قبیل حلقه بوترول، تریازین و ریبوفلاوین در دسترس هستند و برخی از شرکت‌ها سنتز سفارشیMIP ها را برای SPE ارائه می‌دهند، که باعث تسهیل اجرای این روش در آزمایشگاه‌ها خواهد شد. در این زمینه، سنتز و ارائه MIP که بهطور مستقیم به سامانه تشخیص متصل شود، هنوز در مراحل ابتدایی آزمایش است. در این روش، استخراج، پیشتغلیظ، جداسازی و شناسایی گونههای هدف همزمان با هم روی میدهد.
مراجع
[1] BelBruno J.J., Molecularly imprinted polymers, Chemical Review, 119, 94-119, 2019.
[2] Cristian C.V., Leidy T.S., Germán A.V., Shakeel A., Tomy J.G., Molecularly imprinted polymers for food applications: A review, Trends in Food Science & Technology, 111, 642-669, 2021.
[3] Zhao Q., Ma C., Liu J., Chen Z., Zhao H., Li B., Synthesis of magnetic covalent organic framework molecularly imprinted polymers at room temperature: A novel imprinted strategy for thermo-sensitive substance, Talanta, 225, 121958, 2021.
[4] Ramanavicius S., Jagminas A., Ramanavicius A., advances in molecularly imprinted polymers based affinity sensors (review), Polymers, 13, 974-985, 2021
[5] Wulff G., Vesper R., Grobe M., Sarahan, A., An Enzyme-analogue built polymer, on the synthesis of polymers containing chiral cavities and their use for the resolution of racemates. Makromolecular Chemistry, 178, 2799-2816, 1977.
[6] Cui Y., He Z., Xu Y., Su Y., Ding L., Li Y., Fabrication of molecularly imprinted polymers with tunable adsorption capability based on solvent-responsive cross-linker, Chemical Engineering Journal, 405, 126608, 2021.
[7] Arshady, R., Mosbach, K., Synthesis of substrate-selective polymers by host-guest polymerization. Makromolecular Chemistry, 182, 687-692, 1981.
[8] Lamaoui A., Palacios-Santander J.M., Amin A., Cubillana-Aguiler L., Molecularly imprinted polymers based on polydopamine: Assessment of non-specific adsorption, Microchemical Journal, 164, 106043, 2021.
[9] Yano K., Nakagiri T., Takeuchi T., Matsui J., Ikebukuro K., Karube I., Stereoselective recognition of dipeptide derivatives in molecularly imprinted polymers which incorporate an L-valine derivative as a novel functional monomer, Analytical Chimica Acta, 357, 91–98, 1997.
[10] Umpleby R.J., Bode M., Shimizu K.D., Measurement of the continuous distribution of binding sites in molecularly imprinted polymers, Analyst, 125, 1261–1265, 2000.
[11] Sellergren B., Andersson L., Molecular recognition in macroporous polymers prepared by a substrate-analog imprinting strategy, Journal of Organic Chemistry, 55, 3381–3383, 1990.
[12] Caro E., Masque´ N., Marce´ R.M., Borrull F., Cormack P.A.G., Sherrington D.C., Non-covalent and semi-covalent molecularly imprinted polymers for selective on-line solid-phase extraction of 4-nitrophenol from water samples, Journal of Chromatography A, 963, 169–178, 2002.
[13] Whitcombe M.J., Rodriguez M.E., Villar P., Vulfson E.N., A new method for the introduction of recognition site functionality into polymers prepared by molecular imprinting synthesis and characterization of polymeric receptors for cholesterol. Journal of American Chemical Society, 117, 7105–7111, 1995.
[14] Fujii Y., Matsutani K., Kikuchi K., Formation of a specific coordination cavity for a chiral amino-acid by template synthesis of a polymer Schiff base cobalt(III) Complex, Journal of Chemical Society Chemical Communication, 10, 415–417, 1985.
[15] Bouvarel T., Delaunay N., Pichon V., Molecularly imprinted polymers in miniaturized extraction and separation devices, Journal of Separation Science, 44, 1727-1751, 2021.
[16] Hu T., Chen R., Wang Q., He C., Liu S., Recent advances and applications of molecularly imprintedpolymers in solid-phase extraction for real sample analysis, Journal of Separation Science, 44, 274-309, 2021.
[17] Jamalipour Soufi G., Iravani S., Varma R.S., Molecularly imprinted polymers for the detection of viruses: challenges and opportunities, Analyst, 10, 240-265, 2021.
[18] Tamayo F.G., Turiel E., Mart´ın-Esteban A., Molecularly imprinted polymers for solid-phase extraction and solid-phase microextraction: Recent developments and future trends, Journal of Chromatography A, 1152, 32-40, 2007.
[19] P´erez-Moral N., Mayes A.G., Molecularly imprinted sensors: overview and applications, Biosensor and Bioelectronics, 21, 1798, 2006.
[20] Rycke E.D., Leman O., Dubruel P., Hedström M., Völker M., Beloglazova N., Novel multiplex capacitive sensor based on molecularly imprinted polymers: A promising tool for tracing specific amphetamine synthesis markers in sewage water, Biosensors and Bioelectronics, 178, 113006, 2021.
[21] Benachio I., Lobato A., Gonçalves L.M., Employing molecularly imprinted polymers in the development of electroanalytical methodologies for antibiotic determination, Journal of molecular recognition, 34, 1-12, 2021.
[22] Ye L., Cormack P.A., Mosbach K., Molecularly imprinted monodisperse microspheres for competitive radioassay. Analytical Communication, 36, 35-38, 1999.
[23] Moral N., Mayes A.G., Comparative study of imprinted polymer particles prepared by different polymerization methods. Analytical Chimica Acta, 504, 15-21, 2004.
[24] Heravizadeh O.R., Synthesis of molecular imprinted polymer as an absorbent for selective extraction of a triazine herbicide from biological samples, 1, 1-11, 2018
[25] Martín-Esteban A., Membrane-protected molecularly imprinted polymers: Towards selectivity improvement of liquid-phase microextraction, TrAC Trends in Analytical Chemistry, 138, 116236, 2021.
[26] Guo B., Tong Y., Zhang B., Tian M., Double affinity based molecularly imprinted polymers for selective extraction of luteolin: A combination of synergistic metal chelating and boronate affinity, Microchemical Journal, 160, 105670, 2021.
[27] Tan L., Zhou L.D., Jiang Z.F., Ma R.R., Selective separation and inexpensive purification of paclitaxel based on molecularly imprinted polymers modified with ternary deep eutectic solvents, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 192, 113661, 2021.
