第二十四卷 第三期 - 2013年六月二十一日 PDF
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合成模版混成有機無機凝膠團聚以進行對肌酸酐之專一性吸附與吸附動力學探討
張詠順、柯定賢、許庭榕、許梅娟*
國立成功大學工學院化學工程學系
 
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酸酐是由肌酸代謝產生且是由腎臟代謝的最終產物。它在血清及泌尿系統的分泌濃度受到日常飲食改變的影響很少。因此,肌酸酐在腎臟、甲狀腺、及肌肉功能的評估上是個可信賴的指標。所以在本研究中被選為標定分子。

分子模印已是一種有效的方法,能用於製備以特異性鍵結標定分析物的高分子材料。製備基於溶膠-凝膠程序的分子模印高分子已經有文獻提出。近年來,混成溶膠-凝膠法被進一步地用來製備模印高分子。藉由引入有機矽前驅物到溶膠凝膠為基礎的分子模印高分子中,矽膠會與官能基團接枝,與模印分子相互作用。有機矽前驅物能提供多種性質以作為有機和無機材料相連接的橋樑。由先前所建議的溶膠凝膠程序製備的分子模印材料可以形成受限區域和堅硬的結構, 以便對標定分子達到較佳的特異性吸附。 無機前驅物, 四乙氧基矽烷 (TEOS, tetraethoxysilane), 和有機功能性單體, 2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸 (AMPS, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid),以及肌酸酐模版混合,可製備有機無機混成模版高分子。製備示意圖如圖1所示。化學功能性和限制團聚的形成均是透過聚合和溶膠-凝膠的水解-縮合方式而達成。
圖1 有機無機混成溶膠凝膠之肌酸酐模印高分子之製備示意圖。

由有機無機混成的模印高分子對於非模印高分子之模印比率為3.42。此外,混成模印材料的分子模印基座之親和性分佈是由恆溫吸附的資料以異座模型 (allosteric model) 動力模式進行模擬而求得。混成模印高分子與混成非模印高分子之吸附等溫線如圖 2所示。異座模型是應用於多層吸附且考慮立體結構之影響,本研究中即利用此模式說明模版材料的吸附機制。異位由字面上來看是“其它基座” 的意思。在本研究中,除了肌酸酐外,其餘溶質都是由非特異性孔洞所吸附,而假設大部份的肌酸酐是由特異性孔洞所吸附。因此,異位模型非常適合用以描述有機無機混成模印高分子之特異性吸附行為。由吸附等溫線之實驗數據以異位模型模擬之結果如圖2所示。異座模式可以表示成下列的公式:

(1)

其中 B、F 的定義與上述相同,m 為指數,qs是肌酸酐特定鍵結位置的數量,Ks是鍵結常數。
圖2 藉由(●)有機無機混成模印高分子與(○)有機無機混成非模印高分子之肌酸酐等溫吸附曲線。

模印高分子通常是無結晶的型態且其辨識孔洞是不均質的。因此,每一個辨識孔洞可具有不同的親和係數。已有文獻報導,由吸附動力學模型推導出的親和性分佈函數可以描述模印高分子的吸附動力學。本研究中是假設辨識孔洞為不均勻型態。同樣的,由異位模型所導出的親和性分佈函數如下所示。在本研究中,即利用親和譜解釋混成模版高分子之吸附行為。鍵結位置的數量,Ni可以表示成下列的公式:

(2)

其中 Ni 是鍵結位置的數量,B 是已鍵結的分析物,F是未已鍵結的分析物,Ki 是結合常數,R是常數。
B 與 F 相對的數值計算得到後,可將整理公式 (2) 整理為下式
(3)

其中 m 值為 1.072,Nt ≡ qs = 31.819 mg/g MIP,a ≡ 1/Ks = 4.505。親和性譜是Ni 與 Ki 相對之半對數圖。有機無機混成肌酸酐模印高分子的資料模擬之親和性分佈圖如圖3 所示。其曲線呈現出連續性的常態分佈,在此代表的是鍵結位置與其結合常數的關係,最大的鍵結位置為34 mg/g MIP,在此時的結合常數為 3.55。在極值附近結合常數數值較低的區域,當Ki 值增加時,鍵結位置的數目 (Ni 值) 隨之增加。相反地,在極值附近結合常數數值較高的區域,當Ki 值增加時,鍵結位置的數目 (Ni 值) 反而減少。
圖3 由異位模型導出之有機無機混成肌酸酐模印溶膠凝膠高分子之親和性分佈圖
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