Molekulárisan lenyomatolt polimerek (Molecularly Imprinted Polymers: MIPs)

A molekuláris lenyomatot képzı technológia olyan üreges anyagok elıállításával foglalkozik, melyek képesek adott molekulák szelektív felismerésére méret, alak vagy kémiai funkcionalitás alapján. A nagyfokú szelektivitás érdekében a szintézis során az adott molekulát templátként használják, majd a szintézis végén eltávolítják az anyagból, így egy háromdimenziós fizikai-kémiai lenyomata marad vissza a templátnak. Bár a molekuláris lenyomatoló (MI: Molecularly Imprinting) technológia már a múlt század elején kifejlıdött, alkalmazása a mintaelıkészítés terén csak az elızı dekádban indult jelentıs fejlıdésnek.

Napjainkban különösen a biológiai minták esetében a legelterjedtebb mintaelıkészítési technika a SPE. Bár nagyon sokféle szorbens kifejlesztésre került, a szelektivitás nem mindig kielégítı. Kivételt képeznek az immunoszorbensek, melyek antigén-antitest kölcsönhatás következtében nagyon specifikusak, azonban kevésbé stabilak, viszonylag nehezen elıállíthatóak és drágák.

Napjainkban egyre nagyobb figyelmet kapnak az ún. molekulárisan lenyomatolt polimerek (MIPs), mivel nagyon stabilak, relatíve könnyen és olcsón elıállíthatóak, valamint nagyon szelektívek és széleskörően alkalmazhatóak. Ezek szintetikus polimerek, melyek

olyan üregeket tartalmaznak, melyekkel képesek nagyon szelektíven kötni a vizsgálandó molekulát, még szerkezetileg nagyon hasonló egyéb molekulák jelenlétében is. A monomereket úgy választják, hogy a templát molekula funkciós csoportjaival kölcsönhatásba tudjanak lépni (31. ábra). A polimerizáció végén a templátot valamilyen kémiai reakcióval, vagy extrakció útján eltávolítják a polimerbıl, amely ezután újra meg tudja kötni a kívánt molekulát.

31. ábra: MIP-ek szintézisének sematikus ábrázolása

MIP-ek elıállítására 3 lehetıség van: kovalens, szemi-kovalens és nem kovalens szintézis. A kovalens technika esetében a polimerizáció elıtt a monomerek és a templát között reverzibilis kovalens kötések alakulnak ki. Ezen kötések felbontásával távolítják el a templátot, amely újraképzıdik a vizsgálandó molekula jelenlétében. Legnagyobb elınye ezen MIP-eknek, hogy a monomer-templát komplex stabil és sztöchiometrikus, valamint hogy a polimerizáció körülményei széleskörően változtathatóak. Számos hátrányuk is van azonban, melyek közül a legfontosabb a templát lassú kötése és kibocsátása. A szemi-kovalens módszer során a templát kovalensen kötıdik a funkcionális monomerhez, de molekula újrakötıdése nem-kovalens kölcsönhatásokon alapul, míg a nem kovalens technikánál a polimerizáció elıtt a templát és a monomer között csak gyenge nem-kovalens (hidrogénkötés, elektrosztatikus kölcsönhatás, van der Waals kötés, stb.) kötés jön létre. A templát „újrakötıdése” pedig ugyanezen erıkkel történik, így ez sokkal gyorsabb, mint a kovalens technika esetében. Mindemellett elınye még a nem-kovalens technikának, hogy könnyen kivitelezhetı és széleskörő a lenyomatozható templátok száma. Vannak azonban hátrányai is, többek között a templát-monomer komplex kevésbé stabil, valamint a nem-specifikus kötıhelyek számának minimalizálása érdekében a polimerizáció körülményeit nagyon pontosan kell megválasztani.

A MIP-eket mintaelıkészítésre többféle technikai megvalósításban alkalmazzák. Az egyik legelterjedtebb a molekulárisan lenyomatolt szilárd fázisú extrakció (MI-SPE). Ez nem

+

különbözik jelentısen a hagyományos SPE-tól. Általában egy 15-500 mg MIP-et tartalmazó fecskendıtestes SPE oszlopot készítenek. A lépései megegyeznek a SPE-val (kondícionálás, mintafelvitel, mosás, eluálás). A kondícionálás során a MIP-et eluálószerrel is kell mosni az esetleges szennyezıdések eltávolítása végett, majd pedig a „loading” oldószerrel kell a kondícionálást befejezni. A mintafelvitelt általában valamilyen alacsony polaritású oldószerrel végzik (CHCl3, CH2Cl2, CH3CN, toluol, stb.). A mosási lépés célja a célmolekula és MIP közötti specifikus kölcsönhatások maximalizálása, valamint a polimer mátrix által visszatartott zavaró komponensek eltávolítása. A mosáshoz használt oldószer általában szintén alacsony-polaritású szerves oldószer (CHCl3, CH2Cl2, toluol, stb.), vagy ezek keveréke. Az elúciót pedig kis mennyiségő acetonitrillel, metanollal, vagy ezek keverékével végzik. Vizes mintákat is felvihetünk az oszlopra, azonban ebben az esetben a MIP fordított-fázisú szorbensként viselkedik. Vagyis ilyen esetekben a módszerfejlesztés hosszabb idıt vehet igénybe. A MISPE az elızıekben bemutatott off-line kivitelezés mellett használható on-line módban is, amikor egy kismérető elıtét oszlopot építenek a rendszerbe, amely általában 50 mg MIP-t tartalmaz. A zavaró komponensek eltávolítása után egy váltószelep segítségével a HPLC mozgófázisa az analitikai oszlopra mossa a mintát.

A MISPE technika alkalmazása széleskörő, alkalmas többek között környezetanalitikai-, élelmiszeripari-, biológiai- és gyógyszerminták extrakciójára. Bár biológiai minták (vizelet, vér, plazma, stb.) közvetlenül is felvihetık a MIP-re, általában valamilyen szerves oldószerrel meg kell hígítani a mintát, ami egyrészt kicsapja a proteineket, másrészt segíti a specifikus kötések kialakulását. Az alkalmazások között a biológiai és gyógyszerminták közel 50%-ot tesznek ki.

Ahogy a MISPE a SPE egy változatának tekinthetı, értelemszerően elkezdıdött a fejlesztése a molekulárisan lenyomatolt szilárd fázisú mikroextrakciós (MI-SPME) technikának is. Bár a fejlıdés nem olyan gyors, mert a különbözı fázisok szintézisének reprodukálhatósága még nem teljesen megoldott, a terület folyamatos fejlıdés alatt van. A hagyományos SPME az extrakció során nem szelektív, mivel a szálak a vegyületeket polaritásuk függvényében adszorbeálják. MI-SPME esetében kétféle technika van. Az egyik a MIP-el bevont szálak készítése, míg a másik MIP (monolit) szálak elıállítása. Az elsı esetben a kvarc szálat szililezéssel aktiválják, majd polimerizációs oldatba merítik. A polimerizáció 60 ^oC-on 6 órán keresztül történik, melynek során a kvarcszál felületén jön létre a MIP. A másik technika esetén a MIP-et kvarc kapilláris belsejében hozzák létre. A kapillárist 30 cm hosszúságú darabokra vágják. Ezután a kapillárist feltöltik a polimerizációs eleggyel, a két végét lezárják, és 60 ^oC-nál magasabb hımérsékleten adott ideig polimerizálják, majd

feldarabolják. A MIP monolitek vastagsága a kapilláris belsı átmérıjétıl függ. Az így létrehozott MIP-SPME szálak ellentétben a hagyományos SPME szálakkal nagyon flexibilisek, nehezen törnek el. Az extrakció végén a szálat kismennyiségő alkalmas oldószerbe helyezve a vizsgálandó anyag deszorbeálódik a szálról.