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综述:具有催化活性的分子印迹聚合物在医疗和环境应用中的研究进展
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月13日 来源:Materials Today Chemistry 6.7
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这篇综述系统探讨了分子印迹聚合物(MIPs)向催化功能化(MIPCs)的演进,重点解析了其通过金属离子整合实现非电活性化合物(如生物标志物和污染物)检测的机制。文章整合了预聚合策略、催化设计原理及多领域应用(如生物传感、靶向治疗和环境修复),并指出当前催化效率不足和基质干扰等挑战,为开发仿酶催化材料提供了前瞻性视角。
分子印迹聚合物的催化革命:从仿生识别到功能化应用
Abstract
分子印迹技术(MIT)通过模拟抗原-抗体相互作用原理,构建了可特异性识别靶分子的聚合物材料(MIPs)。近年来,通过引入金属离子赋予其催化活性(MIPCs),这类材料在生物标志物检测和污染物降解领域展现出突破性潜力。
Introduction
MIT的核心在于利用功能单体和交联剂形成与模板分子形状、功能基团匹配的识别空腔。传统MIPs虽具备耐酸碱、低成本等优势,但交叉反应性和复杂样本干扰限制了其应用。MIPCs的创新在于结合过渡态理论,通过稳定反应中间体降低活化能,实现类似天然酶的催化行为。
MIPs with catalytic activity (MIPCs)
MIPCs的催化效率依赖于金属离子(如Fe3+
、Cu2+
)的整合策略。例如,在葡萄糖检测中,MIPCs可替代葡萄糖氧化酶,通过过氧化物模拟酶反应生成电活性产物。环境领域则利用Fenton-like反应降解有机污染物,其选择性源于印迹空腔与污染物结构的精确匹配。
Advanced strategies for the synthesis of MIPCs
合成方法包括电聚合、本体聚合和悬浮聚合等。其中,水热法可调控孔径分布以增强传质效率,而冷却-加热循环能优化催化剂分散性。关键挑战在于平衡聚合物刚性(保证选择性)与柔性(提升催化活性)的矛盾。
Multifunctional MIPCs for biomedical sensing, Therapy, and targeted delivery
在医疗领域,MIPCs已用于神经毒剂降解产物检测和血糖监测。其优势在于避免生物酶易失活的缺点,且可设计反应型药物递送系统,如pH响应型MIPCs在肿瘤微环境中触发药物释放。
Environmental applications of MIPCs: targeting pollution with precision
针对农药和环境激素等顽固污染物,MIPCs通过光催化(如TiO2
基印迹材料)和电催化实现定向降解。典型案例是双酚A印迹催化剂,其降解效率较非印迹材料提升3倍。
Challenges, future perspective and conclusion
当前MIPCs的催化效率仅为天然酶的10%-30%,未来需通过动态共价印迹或纳米酶仿生设计优化活性中心。环境应用需解决复杂基质中催化剂失活问题,而医疗领域需探索体内生物相容性。这一交叉学科方向将为可持续催化系统开辟新路径。
(注:全文严格基于原文内容缩编,未添加非文献支持结论)
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