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Rationalization of molecular interactions in template-functional monomer pre-polymerization complexes.
Phys Chem Chem Phys · 2026 · 28:2947-2955 · PMID 41532583 · 등급6 세포·모델 모델링연구 · 농업과 정책 > 기타·종설 · 식이
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분자 임프린팅은 특정 인식 부위를 가진 고분자 매트릭스를 합성하는 첨단 기술로, 생물학적 수용체에서 발견되는 자연적인 인식 과정을 모방한다. 본 연구는 28가지 기능성 단량체를 사용하여 세 가지 유해 식품 오염 물질인 아플라톡신 B1(Aflatoxin B1), 글리포세이트(Glyphosate), 그리고 설파메톡사졸(Sulfamethoxazole)의 분자 임프린팅을 조사하였다. 반경험적 전역 최적화 CREST 접근법과 DFT를 결합하여, 본 연구는 가장 안정한 전-중합체 복합체 구조를 규명하고 안정화 에너지를 정확하게 계산하는 것을 목표로 하였다. 그 결과, 이타콘산(itaconic acid)이나 도파민(dopamine)과 같이 여러 개의 카르복실기 또는 하이드록실기를 가진 기능성 단량체가 주형 분자와 강력한 수소 결합 상호작용을 형성할 수 있는 능력 덕분에 우수한 효능을 나타내는 것으로 나타났다. 반면, 강한 상호작용에 필요한 작용기가 부족한 4-에틸스티렌(4-ethylstyrene)은 가장 낮은 상호작용 경향성을 보였다. 특히, 사용된 클러스터링 접근법은 조사된 단량체들을 그 안정화 에너지에 따라 뚜렷한 그룹으로 효과적으로 분리하였으며, 이는 화학 구조와 잘 상관관계가 있었다. 각 클러스터 대표의 비공유 상호작용을 시각화함으로써, 상호작용 에너지에 기여하는 주요 요인들에 대한 보다 상세한 통찰력을 제공하였다. 본 연구에서 입증된 이론적 CREST/DFT 앙상블 접근법은 가장 안정한 전-중합체 복합체를 찾고 에너지 및 비공유 상호작용을 정확하게 결정하는 빠르고 신뢰할 수 있는 방법임이 입증되었다. 결과적으로, 이 접근법은 특히 대량의 주형과 단량체에 대한 신속한 스크리닝이 요구될 때 최적의 임프린팅을 예측하는 데 활용될 수 있다. 본 연구 결과는 분자 임프린팅 기술을 발전시켜 바이오센서, 약물 전달 및 환경 모니터링 분야에서의 응용 범위를 향상시키고, 고선택성 및 고효율 합성 수용체 개발의 길을 열었다.
ORIGINAL ABSTRACT
Molecular imprinting, an advanced technique for synthesizing polymer matrices with specific recognition sites, emulates the natural recognition processes found in biological receptors. This study investigates the molecular imprinting of three hazardous food contaminants: Aflatoxin B1, Glyphosate, and Sulfamethoxazole, using 28 functional monomers. Employing the semi-empirical global optimization CREST approach combined with DFT, the research aims to identify the most stable pre-polymerization complex conformations and accurately calculate stabilization energies. The results indicate that functional monomers with multiple carboxylic or hydroxyl groups, such as itaconic acid and dopamine, exhibit superior efficacy due to their capacity to form robust hydrogen bond interactions with the template molecules. In contrast, 4-ethylstyrene, which lacks the necessary functional groups for strong interactions, showed the lowest interaction tendency. Notably, the employed clustering approach effectively separated the investigated monomers into distinct groups based on their stabilization energies, which correlates well with their chemical structure. Non-covalent interactions of each cluster representative were visualized, providing a more detailed insight into the main factors contributing to the interaction energy. The theoretical CREST/DFT ensemble approach, demonstrated herein, has proven to be a fast and reliable method for locating the most stable pre-polymerization complexes and accurately determining energy and non-covalent interactions. Consequently, this approach can be utilized to predict optimal imprinting, particularly when rapid screening of a large number of templates and monomers is required. The findings advance molecular imprinting technology, enhancing its applications in biosensors, drug delivery, and environmental monitoring, and pave the way for developing highly selective and efficient synthetic receptors.
저자Vlahović, F. Ž.
저널Physical chemistry chemical physics : PCCP
권·호·쪽28(4), 2947-2955
PMID41532583
DOI10.1039/d5cp04704h
MeSHPolymerization; Molecular Imprinting; Hydrogen Bonding; Density Functional Theory; Polymers
APA 7판
Vlahović, F. Ž. (2026). Rationalization of molecular interactions in template-functional monomer pre-polymerization complexes. Phys Chem Chem Phys, 28(4), 2947-2955. https://doi.org/10.1039/d5cp04704h
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