Tóth Blanka, Pap Tímea, Horváth Viola és Horvai György
BME Kémiai Informatika Tanszék és MTA Műszaki Analitikai Tanszéki Kutatócsoport,
1111, Budapest Szt. Gellért tér 4.
Bevezetés
A molekuláris lenyomatú polimerek („molecularly imprinted polymer”,
MIP) szelektív szorbensek. Különleges tulajdonságaikat előállítási módjuknak
köszönhetik. A polimert a szelektíven megkötni kívánt anyag – ami lehet
viszonylag egyszerű szerves molekula, pl. gyógyszer vagy növényvédőszer,
de lehet akár makromolekula vagy sejt is – jelenlétében állítják elő. Kovalens
kötésen alapuló lenyomatképzés esetén a célmolekula („templát”) és a monomerek
között a polimerizáció előtt alakítanak ki reverzibilis kovalens a kötést,
ami a templát és a monomerek helyzetét rögzíti. Nemkovalens kölcsönhatáson
alapuló lenyomatképzéskor a monomer(ek) és a közeg célszerű megválasztásával
általában elérhető, hogy a polimerizációs elegyben a megkötendő anyag és
a monomer molekulák között önrendeződően jelentős intermolekuláris kölcsönhatások
jöjjenek létre. A kialakított vagy magától kialakult térbeli elrendezés
a polimerizáció során a keresztkötő segítségével rögzül, kialakul a szilárd
polimer.
1. ábra A molekuláris lenyomatképzés sematikus menete (T= templát)
Ezek a reverzibilis vagy másodlagos kötőerők azonban alkalmas, többnyire kompetitív reagensek segítségével megbonthatók, és így a megkötött anyag a polimerről leoldható. Visszamaradnak azonban a már kialakult kötőhelyek, vagyis a kiválasztott anyag térbeli és kémiai lenyomata. Ezért beszélünk molekuláris lenyomat-képzésről. A polimer a templátot képes oldataiból szelektíven adszorbeálni az említett lenyomatszerű kötőhelyekre. Az adszorbeált anyag azután alkalmas lemosószerrel ismét eltávolítható. Így a molekuláris lenyomatú polimer újrahasználható.
Itt csak a kis molekulák, nemkovalens kölcsönhatáson alapuló polimer lenyomataival foglalkozunk. Az előadás célja bemutatni néhány új, általános módszert e különleges polimerek előállítására és alkalmazására. Hangsúlyosan tárgyaljuk azokat a módszereket és számítási eredményeket, amelyek létrejöttében aktívan részt vettünk
Kombinatorikus előállítás
A molekuláris lenyomatú polimerek előállításánál számos technikai nehézséget
kell megoldani, ami csak sok kísérlet elvégzésével lehetséges. Mivel a
hagyományos módszerekkel egy új polimer tisztítása és jellemzése többnapos
feladat, ezért túl sok alternatíva kipróbálása korábban nem jöhetett szóba.
A megoldást a más területeken már divatos kombinatorikus (t.k. nagy áteresztőképességű)
módszer alkalmazása jelentette. Ezt egy konkrét munkánkon1,
a fenitoin nevű gyógyszerre szelektív MIP előállításán keresztül mutatjuk
be.
Nemlineáris kromatográfia
A molekuláris lenyomatú polimerek potenciális alkalmazási területeinek
egyike az elválasztástechnika. A MIP-pel töltött HPLC-oszlopok szelektivitása
általában kiváló, de jelentős a csúcsszélesedés és a csúcsok feltűnően
aszimmetrikusak. E problémák kiküszöbölésére már számos kísérletet tettek,
de ezek nem jártak sikerrel, mert figyelmen kívül hagyták, hogy a jelenség
fő oka a MIP-ek – kis koncentrációknál is – nemlineáris adszorpciós izotermája2.
Sajonz és munkatársai sem mutattak rá azonban a nemlineáris kromatográfiás
viselkedésnek azokra az általános következményeire, amelyeket a MIP-ekkel
dolgozóknak feltétlenül figyelembe kellene venniük. Előadásunkban ezeket
a következményeket tekintjük át, pl: a szelektivitás jellemzésére használt
adatok koncentrációfüggését.
Pszeudo immun-analitika
A molekuláris lenyomatú polimerek érdekes alkalmazási területe az immunreagensek
helyettesítése. Egyes MIP-ek az ellenanyagokhoz hasonló szelektivitással
és nagy egyensúlyi állandóval kötik meg a lenyomatképző anyagot. Ugyanakkor
a MIP sokkal stabilabb, mint az ellenanyag, reprodukálhatóan állítható
elő és alkalmazásával elkerülhetők az állatkísérletek is.
Ezen a területen az immunanalitikából átvett, rengeteg kísérletet igénylő módszerekkel optimálják a mérési eljárásokat anélkül, hogy az adatok egy esetleges újraoptimáláshoz felhasználhatók lennének. A közelmúltban sikerült megmutatnunk3, hogy az első optimáláskor elvégzett mérésekből meghatározható a MIP izotermája, ez utóbbi ismeretében pedig a módszer más feladatokra, például más lineáris tartományra, más alsó méréshatárra, más jel/zaj viszonyú detektorra egyszerű számítással újra optimálható.
1 F. Lanza et al., Anal. Chim. Acta, 435 (2001) 91
2. P. Sajonz et al., J. Chrom. A 810 (1998) 1
3. T. Pap, G. Horvai, J. Chrom. B 804 (2004) 167