Towards the Rational Design of Molecularly Imprinted Polymers
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Gipsgjutning är ganska enkelt. Blanda gipset med vatten och rör runt lite. Häll därefter blandningen i en form om du vill ha en gipshund eller så, eller i en tallrik om du vill trycka av en kroppsdel. Om du vill ha en handavgjutning så tryck dit handen en stund och låt gipset stelna. Sedan är det klart. Bara den hand du gjutit av kommer att passa; var det högerhanden så kommer vänsterhanden passa illa. Dina kamraters händer kommer inte heller att passa lika bra som din avtryckshand. Det lyckas förstås inte alltid fullt ut. Om gipsblandningen är för tunn så kanske avgjutningen flyter ut. Om någon kittlar dig under tiden, om du hostar eller är darrhänt så blir förmodligen handavgjutningen dålig. Tvingades du göra samma avtryck tusentals gånger så är det troligt att en del skulle bli perfekta och andra hyggliga, vissa andra ganska dåliga och några urusla. Den här avhandlingen handlar ungefär om detta, men i en mycket mindre skala. Vi har gjort avgjutningar av molekyler. Processen är då lite svårare att kontrollera eftersom molekyler är så små. Nikotin är en sådan molekyl vi gjutit av. Det får plats lika många nikotinmolekyler på ytan av min hand som det antal enkronor som skulle krävas för att täcka hela Sveriges yta. Eftersom molekyler är sådär små och avgjutningarna likaså, så vi kan inte se dem. I stället har vi fått använda oss av andra tekniker med vars hjälp vi indirekt kunnat lista ut hur avtrycken ser ut.
Giftiga kemikalier och olika mikroorganismer som flyttar in i oss gör oss sjuka så vi använder läkemedel för att lindra och bota. Både gifter och läkemedel är viktiga att mäta i oss för att läkaren ska kunna behandla klokt. Trots att det finns många metoder tillgängliga för att göra detta så har vi svårt att skilja på molekyler som liknar varandra mycket. Med avgjutningstekniken kan vi enkelt skräddarsy plaster som klarar jobbet. En stor fördel med plasterna är att de håller mycket längre än många av de mätmaterial som finns idag. De är också mycket billiga att framställa. Mätning av kemikaliehalter är också viktigt inom många tillverkningsprocesser och dessutom måste man då ofta kunna avskilja en viss kemikalie från andra. Här kan våra plaster visa sig användbara för att avskilja biprodukter och för att styra reaktioner så att färre biprodukter bildas.
Molekylavgjutningar tillverkas genom att man först blandar avgjutningsmolekyler med plastbyggstenar. Några av dessa har förmågan att fästa till avgjutningsmolekylen och andra finns med för att härda plasten. Ett lösningsmedel måste finnas med för att plasten ska bli lagom porös och för att hjälpa byggstenarna att fästa till avgjutningsmolekylerna. Sist tillsätter man en instabil kemikalie som sätter igång plastbildningen om man värmer lösningen eller lyser med ultraviolett ljus på den. En hård plastkaka bildas då på några timmar, och den maler man ner till små partiklar. Plasten tvättas därefter så att avtgjutningsmolekylerna släpper och avgjutningarna blir lediga. Den här avhandlingen handlar om hur avgjutningarna bildas, hur väl olika molekyler passar i dem och hur man kan göra dem bättre, för precis som de tusen handavtrycken i gips så blir inte alla molekylavgjutningar likadana.
Vi är ganska säkra på att avgjutningarna bildas genom att olika delar av avgjutningsmolekylerna fäster till olika plastbyggstenar som fixeras när plasten bildas, precis som gipset när det stelnar. De krafter som håller ihop dessa komplex är av samma typ som de krafter som håller ihop vattenmolekyler så att de stannar kvar i glaset. Det fungerar inte så bra att ta med vatten i reaktionsblandningen eftersom vattnet gärna fäster till avgjutningsmolekylerna. Då blir det inte lika fin passform på avgjutningarna, ungefär som om om du hade en Lovikavante på när du tryckte ned näven i gipset. I stället används fettlösande vätskor som inte på samma sätt tävlar om plats intill avgjutningsmolekylerna. I våra arbeten försökte vi få en uppfattning om hur hårt plastbyggstenarna fäster till olika avgjutningsmolekyler innan plastbildningen satts igång. Vi studerade också hur hårt olika ämnen fäster till olika avgjutningsplaster. Våra resultat tyder på att många avgjutningsmolekyler i reaktionslösningen inte har plastbyggstenar fästa till sig i alla fästpunkter, precis som om du inte fick ned alla fingrarna i gipset vid alla de tusen handavgjutningarna. Därför skiljer sig avgjutningarna mellan olika molekyler av samma sort. Vi kunde också se att "darrhänta" molekyler och de med "fingrarna gömda" gav sämre avgjutningar. Vi såg också tecken på att en del avgjutningsmolekyler sitter ihop när plasten bildas, som om du höll ihop dina händer när du gjorde gipsavtrycken. I så fall passar en del av avgjutningarna två eller fler molekyler i stället för en. Det sistnämnda vet vi inte säkert. Med hjälp av dessa kunskaper så vet vi mer om hur man skulle kunna tillverka bättre avgjutningar. Det försökte vi också göra.
Vi prövade några olika sätt för att komma till rätta med en del av problemen. Ett exempel på detta är en plast som tillverkades med en nyskapad, kiral byggsten. Att den är kiral betyder att det finns en spegelbild till molekylen, d v s om molekylen är högerhänt så finns det en vänsterhand också. En sådan byggsten kan fästa samtidigt till flera "fingrar", och då fäster de bättre till avgjutningsmolekylen när plasten ska bildas, men i den färdiga plasten går det ungefär lika fort att få loss avgjutningsmolekylen ändå. Vår byggsten var inte så stabil, så det lossnade delar av den när plasten väl var färdig, men plasten fungerade ändå. Många ämnen är kirala, så många avgjutningsmolekyler passar bättre med höger- än vänsterhandsbyggstenar, och det kan också användas för att göra avtrycken bättre. Det kunde vi se i dessa experiment.
Ett annat problem som vi ibland stöter på är att det inte går att lösa upp ämnet som ska gjutas av i den vätska där plastbildningen ska ske. Då brukar inte avgjutningen fungera. För att komma runt det här problemet så använde vi oss av en kroneter, en sorts molekyl-fingerborg med vars hjälp vi kunde gömma vissa olösliga grupper. På så sätt kunde vi lösa avgjutningsmolekylerna och göra avgjutningar av dem, och när den färdiga plasten tvättats ren kunde vi visa att den kände igen avgjutningsmolekylerna. Att det inte blev riktigt lika bra avgjutningar som det brukar bli när andra typer av molekyler (t ex nikotin) gjuts av beror troligen på att kronetrarna utgör en del av avtrycken, precis som fingerborgar vid handavgjutning.
Ett tredje problem vi försökt rätta till är att avgjutningarna inte gått att göra så bra i vatten. Det löste vi genom att vända på systemet: De flesta molekyler vi arbetat med har fettlösliga och vattenlösliga delar, och tidigare avgjutningsbyggstenar har fäst till de "vattenlösliga" fästpunkterna. Vi använde i stället fettlösliga fästpunkter till fettlösande byggstenar. Då gick det bra att göra avgjutningar i vatten.
Det krävs mer jobb än så här för att göra plasterna riktigt användbara, men vi är på väg dit med raska kliv. Den här avhandlingen visar vägen.
Gipsgjutning är ganska enkelt. Blanda gipset med vatten och rör runt lite. Häll därefter blandningen i en form om du vill ha en gipshund eller så, eller i en tallrik om du vill trycka av en kroppsdel. Om du vill ha en handavgjutning så tryck dit handen en stund och låt gipset stelna. Sedan är det klart. Bara den hand du gjutit av kommer att passa; var det högerhanden så kommer vänsterhanden passa illa. Dina kamraters händer kommer inte heller att passa lika bra som din avtryckshand. Det lyckas förstås inte alltid fullt ut. Om gipsblandningen är för tunn så kanske avgjutningen flyter ut. Om någon kittlar dig under tiden, om du hostar eller är darrhänt så blir förmodligen handavgjutningen dålig. Tvingades du göra samma avtryck tusentals gånger så är det troligt att en del skulle bli perfekta och andra hyggliga, vissa andra ganska dåliga och några urusla. Den här avhandlingen handlar ungefär om detta, men i en mycket mindre skala. Vi har gjort avgjutningar av molekyler. Processen är då lite svårare att kontrollera eftersom molekyler är så små. Nikotin är en sådan molekyl vi gjutit av. Det får plats lika många nikotinmolekyler på ytan av min hand som det antal enkronor som skulle krävas för att täcka hela Sveriges yta. Eftersom molekyler är sådär små och avgjutningarna likaså, så vi kan inte se dem. I stället har vi fått använda oss av andra tekniker med vars hjälp vi indirekt kunnat lista ut hur avtrycken ser ut.
Giftiga kemikalier och olika mikroorganismer som flyttar in i oss gör oss sjuka så vi använder läkemedel för att lindra och bota. Både gifter och läkemedel är viktiga att mäta i oss för att läkaren ska kunna behandla klokt. Trots att det finns många metoder tillgängliga för att göra detta så har vi svårt att skilja på molekyler som liknar varandra mycket. Med avgjutningstekniken kan vi enkelt skräddarsy plaster som klarar jobbet. En stor fördel med plasterna är att de håller mycket längre än många av de mätmaterial som finns idag. De är också mycket billiga att framställa. Mätning av kemikaliehalter är också viktigt inom många tillverkningsprocesser och dessutom måste man då ofta kunna avskilja en viss kemikalie från andra. Här kan våra plaster visa sig användbara för att avskilja biprodukter och för att styra reaktioner så att färre biprodukter bildas.
Molekylavgjutningar tillverkas genom att man först blandar avgjutningsmolekyler med plastbyggstenar. Några av dessa har förmågan att fästa till avgjutningsmolekylen och andra finns med för att härda plasten. Ett lösningsmedel måste finnas med för att plasten ska bli lagom porös och för att hjälpa byggstenarna att fästa till avgjutningsmolekylerna. Sist tillsätter man en instabil kemikalie som sätter igång plastbildningen om man värmer lösningen eller lyser med ultraviolett ljus på den. En hård plastkaka bildas då på några timmar, och den maler man ner till små partiklar. Plasten tvättas därefter så att avtgjutningsmolekylerna släpper och avgjutningarna blir lediga. Den här avhandlingen handlar om hur avgjutningarna bildas, hur väl olika molekyler passar i dem och hur man kan göra dem bättre, för precis som de tusen handavtrycken i gips så blir inte alla molekylavgjutningar likadana.
Vi är ganska säkra på att avgjutningarna bildas genom att olika delar av avgjutningsmolekylerna fäster till olika plastbyggstenar som fixeras när plasten bildas, precis som gipset när det stelnar. De krafter som håller ihop dessa komplex är av samma typ som de krafter som håller ihop vattenmolekyler så att de stannar kvar i glaset. Det fungerar inte så bra att ta med vatten i reaktionsblandningen eftersom vattnet gärna fäster till avgjutningsmolekylerna. Då blir det inte lika fin passform på avgjutningarna, ungefär som om om du hade en Lovikavante på när du tryckte ned näven i gipset. I stället används fettlösande vätskor som inte på samma sätt tävlar om plats intill avgjutningsmolekylerna. I våra arbeten försökte vi få en uppfattning om hur hårt plastbyggstenarna fäster till olika avgjutningsmolekyler innan plastbildningen satts igång. Vi studerade också hur hårt olika ämnen fäster till olika avgjutningsplaster. Våra resultat tyder på att många avgjutningsmolekyler i reaktionslösningen inte har plastbyggstenar fästa till sig i alla fästpunkter, precis som om du inte fick ned alla fingrarna i gipset vid alla de tusen handavgjutningarna. Därför skiljer sig avgjutningarna mellan olika molekyler av samma sort. Vi kunde också se att "darrhänta" molekyler och de med "fingrarna gömda" gav sämre avgjutningar. Vi såg också tecken på att en del avgjutningsmolekyler sitter ihop när plasten bildas, som om du höll ihop dina händer när du gjorde gipsavtrycken. I så fall passar en del av avgjutningarna två eller fler molekyler i stället för en. Det sistnämnda vet vi inte säkert. Med hjälp av dessa kunskaper så vet vi mer om hur man skulle kunna tillverka bättre avgjutningar. Det försökte vi också göra.
Vi prövade några olika sätt för att komma till rätta med en del av problemen. Ett exempel på detta är en plast som tillverkades med en nyskapad, kiral byggsten. Att den är kiral betyder att det finns en spegelbild till molekylen, d v s om molekylen är högerhänt så finns det en vänsterhand också. En sådan byggsten kan fästa samtidigt till flera "fingrar", och då fäster de bättre till avgjutningsmolekylen när plasten ska bildas, men i den färdiga plasten går det ungefär lika fort att få loss avgjutningsmolekylen ändå. Vår byggsten var inte så stabil, så det lossnade delar av den när plasten väl var färdig, men plasten fungerade ändå. Många ämnen är kirala, så många avgjutningsmolekyler passar bättre med höger- än vänsterhandsbyggstenar, och det kan också användas för att göra avtrycken bättre. Det kunde vi se i dessa experiment.
Ett annat problem som vi ibland stöter på är att det inte går att lösa upp ämnet som ska gjutas av i den vätska där plastbildningen ska ske. Då brukar inte avgjutningen fungera. För att komma runt det här problemet så använde vi oss av en kroneter, en sorts molekyl-fingerborg med vars hjälp vi kunde gömma vissa olösliga grupper. På så sätt kunde vi lösa avgjutningsmolekylerna och göra avgjutningar av dem, och när den färdiga plasten tvättats ren kunde vi visa att den kände igen avgjutningsmolekylerna. Att det inte blev riktigt lika bra avgjutningar som det brukar bli när andra typer av molekyler (t ex nikotin) gjuts av beror troligen på att kronetrarna utgör en del av avtrycken, precis som fingerborgar vid handavgjutning.
Ett tredje problem vi försökt rätta till är att avgjutningarna inte gått att göra så bra i vatten. Det löste vi genom att vända på systemet: De flesta molekyler vi arbetat med har fettlösliga och vattenlösliga delar, och tidigare avgjutningsbyggstenar har fäst till de "vattenlösliga" fästpunkterna. Vi använde i stället fettlösliga fästpunkter till fettlösande byggstenar. Då gick det bra att göra avgjutningar i vatten.
Det krävs mer jobb än så här för att göra plasterna riktigt användbara, men vi är på väg dit med raska kliv. Den här avhandlingen visar vägen.
Avdelning/ar
Publiceringsår
1999
Språk
Engelska
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
University of Kalmar, Institute of Natural Sciences, P. O. Box 905, S-391 29 Kalmar, Sweden,
Ämne
- Biochemistry and Molecular Biology
Nyckelord
- Thermodynamics
- Molecular Recognition
- Polyvalency
- Cooperativity
- Electrostatic Interactions
- Hydrophobic Effect
- Chromatography
- Frontal Analysis
- HPLC
- Spectroscopy
- Molecularly Imprinted Polymer
- Molecular Imprinting
- Crown Ether
- Template Polymerisation
- Cyclodextrin
- Biochemistry
- Metabolism
- Biokemi
- Biotechnology
- Bioteknik
Status
Published
Handledare
- [unknown] [unknown]
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 91-7874-011-8
- LUTKDH/TKBK-1048/1-218/1999
Försvarsdatum
11 juni 1999
Försvarstid
10:15
Försvarsplats
Hörsalen, Falken, University of Kalmar
Opponent
- Richard F Venn (Dr)