基于分子拥挤效应提高分子印迹聚合物吸附性能的机制研究

《Analytical Chemistry》：Research on the Mechanism of Enhancing the Adsorption Capacity of Molecularly Imprinted Polymers Based on the Molecular Crowding Effect

分子拥挤通过压缩溶液自由体积和改变极性微环境显著提升对乙酰氨基酚分子印迹聚合物的吸附能力，验证了分子拥挤在功能材料设计中的应用潜力。

　　

近年来，分子拥挤作为一种调控分子间相互作用的关键机制，在材料科学领域展现了巨大的应用潜力。本研究提出并系统探讨了分子拥挤对对乙酰氨基酚分子印迹聚合物（AMIP）吸附性能的提升效果及其背后的机制。通过将葡萄糖作为分子拥挤剂引入AMIP对对乙酰氨基酚（APAP）的吸附体系中，利用核磁共振（NMR）横向弛豫时间和扩散有序光谱（DOSY）分析方法阐明了溶液微观环境的物理参数与AMIP吸附能力之间的关系。实验结果表明，当葡萄糖浓度超过10 g/L时，分子拥挤效应开始显现。在葡萄糖浓度为500 g/L时，AMIP的吸附能力比无分子拥挤条件下的吸附能力提高了1.96倍。其主要机制是由于葡萄糖通过排除体积效应压缩了溶液的自由体积，从而显著增加了APAP的局部有效浓度；其次，葡萄糖与大量水分子竞争结合，改变了水的极性微观环境，削弱了APAP与水之间的氢键作用，从而促进了APAP与AMIP的特异性结合。为了验证这一机制，研究人员对四种具有不同极性的化合物进行了吸附实验，证实分子拥挤能够提高亲水性和疏水性化合物的吸附能力。这项工作为优化MIP性能提供了一种新的溶液微观环境策略，并拓展了分子拥挤在功能材料合理设计中的应用潜力。