1、ADDIN CNKISM.UserStyle分子(fnz)印跡技術(jsh)的應用(yngyng)進展石婭（蘭州城市學院，化學與環境科學學院，化學112班741300）摘 要: 分子印跡技術是近年來集高分子合成、分子設計、分子識別、仿生生物工程等眾多學科優勢發展起來的一門邊緣學科分支。 分子印跡聚合物由于具有與天然抗體同樣的識別性能和與高分子同樣的抗腐蝕性能的雙重優點, 因而廣泛應用于生物工程、臨床醫學、環境監測、食品工業等眾多領域。本文闡述了分子印跡技術目前的研究現狀, 并展望了分子印跡技術未來的進展。關鍵詞: 分子印跡技術;研究進展.前言分子印跡技術（molecular imprintin

2、g technique，MIT）是近年發展起來的一門結合高分子化學、材料科學、化學工程及生物化學的交叉學科技術。它利用分子印跡聚合物（molecular imprintingpolymers，MIPs）模擬酶-底物或抗體-抗原之間的相互作用，對印跡分子（imprinting molecular）也稱模板分子（template molecular）進行專一識別。這類聚合物是具有分子識別功能的新型仿生試劑，其通常含有一定的空間形狀、不同大小的化學官能團。MIT首次出現于 1931 年，不到十年，MIT 概念的提出者 Dickey 的實驗結果便顯示出該技術的巨大潛力1。1 分子印跡技術的基本原理 分

3、子印跡是制備對特定目標分子具有特異性識別能力的高分子材料的過程，目標分子又叫作模板分子或者印跡分子. 分子印跡聚合物的制備過程一般包括三個過程：（）首先根據模板分子選擇合適的功能單體，并在致孔溶劑中使功能單體與模板分子通過兩者官能團之間的相互作用（包括共價、氫鍵及其他一些弱作用）形成某種可逆復合物；（）加入交聯劑，在引發劑的作用下引發單體進行光聚合或熱聚合，將模板分子與功能單體形成的可逆復合物“凍結”起來，使得模板分子被包埋在所形成的剛性高分子材料內；（）采用物理或化學的方法將模板分子從高分子材料中洗脫出來，在模板分子所占據的空間位置和結構處遺留下來一個三維孔穴，該孔穴在尺寸、形狀和結構方面與

4、模板分子相匹配，同時由于功能單體具有與模板分子官能團互補的功能性官能團，因此所合成的分子印跡聚合物能夠特異性的與模板分子進行識別和結合2. MIT 通常選擇合理的功能單體與模板分子形成復合物，加入適當的交聯劑、致孔劑、引發劑，在一定的條件下（如低溫光照或加熱）引發聚合反應，最后再用如萃取或經酸水解的方法將分子模板去除。這樣便得到了在三維空間上與模板分子完全匹配并對其有很好選擇性的空穴，從而可以在一定的基質中將模板分子富集。根據形成復合物時的作用方式不同，MIT主要分為共價法與非共價法。共價法又稱預組織法，模板分子與功能單體之間依靠共價鍵的作用形成復合物，在一定的化學條件下除去模板分子。此方法形

5、成的共聚物模板分子較難除凈，對分離和富集有一定影響。其結合與解離的速度較慢，但卻可以形成較高的專一識別性。非共價法又稱自組織法，模板分子與功能單體通過非共價鍵作用，如氫鍵、靜電引力、電荷轉移、離子對作用、金屬配位作用、疏水作用、范德華力等形成復合物。這種作用更接近于天然的分子識別過程，對印跡分子的類型沒有太多的限制。但其特異性選擇能力較共價法弱，飽和吸附量較低。鑒于這兩種方法的優缺點，模板與功能單體形成聚合物時采用共價鍵作用，進行分子識別時采用非共價鍵作用的設想應運而生。此 MIPs選擇專一性較高，識別過程近似天然分子識別過程。則巧妙地以待識別分子的類似物為模板分子，獲得具有反轉的立體選擇性的

6、 MIPs1。2 分子(fnz)印跡聚合物的制備(zhbi)及表征(bio zhn)2.1分子印跡聚合物的制備分子印跡(yn j)聚合物的制備通常(tngchng)包括4個步驟(bzhu)3：2.1.1功能單體的選擇 根據單體與印跡分子作用力的大小預測 ,合理地設計 、合成帶有能與印跡分子發生作用的功能基的單體 ;使用的共價型單體包括 4-乙烯苯硼酸、4 -乙烯苯甲醛、4-乙烯苯胺 、4-乙烯苯酚等 。使用的非共價型單體包括丙烯酸、甲基丙烯酸 、甲基丙烯酸甲酯、對乙烯苯甲酸 、對乙基苯乙烯、亞甲基丁二酸、二丙烯酰胺 -2 -甲基 -1-丙磺酸、1 -乙烯基咪唑、4-乙烯基吡啶 、2-乙烯基吡啶

7、等。印跡分子主要有糖類(包括甘露糖、半乳糖 、果糖)、氨基酸及其衍生物、蛋白質、核苷酸及其衍生物 、嘌呤 、嘧啶等生物堿 、羧酸、二醛、膽固醇 、維生素 、酶、抗原 、神經遞質如乙酰膽堿、殺蟲劑 、除草劑 、染料 、藥物等。2.1.2聚合反應 在印跡分子和交聯劑存在的條件下,對單體進行聚合 。聚合方式有懸浮聚合、乳液聚合、表面印跡等 。為維持良好的特定空間構型 ,一般需要控制較高的交聯度(通常高達 80 %)。常用交聯劑有:雙甲基丙烯酸乙二醇酯、季戊四醇三丙烯酸酯 、三甲氧基丙烷 、三甲基丙烯酸酯 、N , N-亞甲基雙丙烯酰胺、二乙烯基苯等 。2.1.3印跡分子的去除 采用盡可能溫和的物理手

8、段將占據在識別位點上的絕大部分印跡分子洗脫下來。2.1.4后處理 在適宜的操作條件下對印跡分子聚合物進行成型加工和真空干燥等后處理 。所制備的分子印跡聚合物應具備良好的物理化學和生物穩定性、高吸附容量和使用壽命、特定的形狀尺寸, 以獲得較高的應用效率。2.2 MIPs的表征理想的MIPs應該有一定的剛性、柔韌性、力學性能、熱穩定性、親和位點可接近等性質。考察其各項性能通常是依靠各種表征完成。2.2.1 形態(xngti)的表征 掃描電鏡（SEM）可以(ky)最直觀地表達聚合物的外貌、形態。而激光粒度測定儀則能給出顆粒粒徑分布曲線。利用氮氣吸附實驗，可以得到顆粒的比表面積及孔容。這三者把聚合物的

9、外觀形態很好地表現了出來。2.2.2 吸附(xf)性能的檢測 吸附性能的考察通常從兩個方面進行：靜態吸附性能和動態吸附性能。對于靜態吸附性能，聚合物的結合量隨底物濃度的變化關系通常以吸附等溫曲線表達。此外靜態分配系數與分離因子也可用于聚合物識別性能的表征。對于動態吸附性能的檢測，可以得到柱容量及動態分離因子。這些數據通常會以不含模板分子的空白柱為參比對照，顯示出聚合物的特異性吸附。2.2.3 波譜法 波譜是經典的解析物質結構的方法。利用紫外光譜和紅外光譜可以知道是否有特殊的官能團生成或消失，從而觀測聚合物或是復合物是否按期望生成。利用核磁共振可以監測復合物形成的方式。此外，也可以利用模板物質等

10、的熒光性來確定聚合物的性能。 2.2.4色譜法 MIPs經常會裝入色譜柱中進行表征，所以用來評價色譜柱的一些方法可用來表征聚合物的選擇分離性能，如分離度、保留時間、分離因子等。也有人將聚合物制成薄層色譜板，通過 Rf值來表征聚合物的分離性能。2.2.5 其它 熱重分析可用于分析聚合物的分解溫度，表征聚合物的熱穩定性。利用元素分析，可根據MIPs中的 C、N 等元素含量，判斷MIPs 生成情況。在傳感器方面，經常以一些電化學參數，如電壓、電流、電導等表征聚合物的選擇性與敏感度。而在催化應用方面則以催化效率來表征4。3分子印記技術的應用3.1分子印跡技術在生物領域內的應用3.1.1 手性異構體拆分

11、 將印跡聚合物作為高效液相色譜的固定相用于分離多肽, 蛋白質, 核糖核蛋白及各種糖類分子。目前, 市場上的極大多數光學活性物質為外消旋體形式, 無法分別測定其藥物動力學和毒理學指標,利用分子印跡技術可以分離及純化這些對映異構體混合物。如用( - ) Stimolol為印跡分子的甲基丙烯酸和雙甲基丙烯酸亞乙酯共聚物作為HPLC 的手性固定相, 可使消炎藥的外消旋體拆分。3.1.2 藥物(yow)分析 用酰替苯胺(bn n)的 Leu- 腦啡肽為印跡(yn j)分子, 制成的甲基丙烯酸和雙甲基丙烯酸亞乙酯共聚的印跡高聚物可以模擬生物體內的鴉片受體的結合活性, 能有效識別游離的 Leu- 腦啡肽,

12、而與四肽、五肽不發生相互作用。Whitcombe 等用 4- 乙烯基碳酸酯中的酯鍵與印跡分子膽固醇相連, 制成具有非共價識別位點的印跡聚合物, 這種聚合物有可能用于膽固醇檢測。3.1.3 藥物控制 釋放印跡高聚物可以吸收大量與印跡分子結構相似的物質, 可以被用來做為一種反應性控制釋放載體。以某種印跡分子為模板制得的印跡高聚物載著一定量的與該種印跡分子結構相似的藥物分子, 這種聚合物在該印跡分子存在的溶液中可以加速藥物分子的釋放。可以想象, 這種吸附有藥物分子的高聚物進入人體后, 如果人體內存有該種印跡分子, 則其會同藥物分子對高聚物產生競爭性吸附, 從而導致藥物分子的逐步釋放。當然該高聚物應是

13、可體內降解的。3.1.4 生物模擬傳感器 生物傳感器技術在過去十年中得到了飛速發展, 并被廣泛用于特定場合的測量和分析。由于其核心技術是生物配體與受體特異性相互作用,因而可用印跡聚合物實現對目標物的特異性結合,用做生物模擬傳感器的識別元件。這類生物模擬傳感器與用抗體、酶、細胞傳感器相比, 具有穩定期長、可用高溫消毒, 能在苛刻環境下使用等優點。3.2 在藥學中的應用3.2.1在手性藥物和結構類似物分離中的應用 在天然合成的藥物中，有許多手性化合物。據統計，現有藥物中有60%具有一個和多個手性中心，其對應體的藥理和毒性往往有很大差異，有時甚至性質相反。如，乙胺丁醇的一種構型用于治療結核病，而另一

14、種卻是致盲的。因此，1992年美國食品和藥品管理局規定，今后對發展新的旋光性藥品都必須給出手性拆分結果，并分別測定其藥物動力學和毒性學的各項指標。由于分子印跡技術具有較高的立體專一性及識別性，可將作為手性結構以及非手性結構藥物的分離方法之一。3.2.2在藥物分析(fnx)中的應用 在體內藥物的分析中，一般(ybn)采用液-液萃取(cuq)或液-固萃取，對生物樣品中的目標物進行凈化和濃縮，MIP對目標分子的特異性吸附及良好的機械強度使其成為液-固萃取固定相的選擇。3.2.3在中藥活性成分的分離純化中的應用 目前，分離純化中藥活性成份主要依賴于硅膠柱色譜、大孔吸附樹脂柱色譜、聚酰胺柱色譜、凝膠柱色

15、譜、高效逆流色譜等色譜技術。與色譜分離技術相比，分子印跡技術具有識別性強，固相制備簡便、快速、操作簡便、溶劑消耗量小、模板和MIP都可回收再利用的優點。分子印跡技術在中藥活性成份提取中的應用已較為廣泛，涉及到黃酮、多元酚、生物堿、甾體、香蘭素等多種結構類型化合物，在該領域將發揮越來越大的作用。3.2.4在助力新型給藥系統研究中的應用 由于分子印跡聚合物對模板分子有特異性吸附，因此，可以作為一種特殊材料用于給藥系統的研究。主要包括緩控釋給藥系統的研究，藥物載體，靶向給藥系統，捕獲系統等。給藥系統涉及口服、眼部以及經皮涂藥等5。3.3分子印跡技術在環境領域中的應用3.3.1 MIT 在環境分析中的

16、應用 研究表明, MIPs可作為水質檢測傳感器的敏感元件, 通過研制成各種類型的耐受性強、成本低廉的分子印跡傳感器, 以實現對水質的快速定量檢測。利用MIPs制作的化學傳感器主要有電化學傳感器和光化學傳感器兩種類型。目前該類傳感器已成功用于氨基酸衍生物、神經性毒劑、農藥等的檢測分析。對光化學傳感器的研究相對較少, 主要集中在與熒光技術結合應用方面。Barragan用非共價法制得在水中能識別甲基2氨基甲酸鹽殺蟲劑胺甲萘的分子印跡聚合物, 結合熒光發射光譜技術, 研制了一種檢測水中胺甲萘的光化學傳感器。研究結果表明, 該類傳感器相對其它甲基2氨基甲酸鹽殺蟲劑如惡蟲威和克百威, 對胺甲萘有特異性選擇

17、, 檢測限為0127 50LgPL, 聚合物能循環使用200次以上并能在4個月內保持較強穩定性。分子印跡傳感器的研究還在起步階段, 還存在響應時間過長、靈敏度較低等問題,相信隨著對MIPs研究的不斷深入, 這些問題會逐漸得到解決, 分子印跡傳感器也會得到更廣泛的應用。環境樣品檢測往往需要(xyo)進行純化與分離等預處理。MIPs 膜分離技術(jsh)是利用MIPs膜對某一分子(fnz)的高度選擇性, 將其從基質中吸附并分離出來, 作為固相萃取劑其可簡化環境樣品分析時復雜的預處理手續, 極大地方便了樣品的采集、富集和分析。MIPs 膜可以對模板分子進行特異性吸附, 具有通透量大、處理能力強的優點

18、。目前, MIPs 膜的應用主要有抗氧化劑的分離、水體中殘留藥物的分離、除草劑的富集分離、重金屬離子的吸附分離等。用MIPs膜可以高選擇性地分離水環境中的除草劑、抗氧化劑、殘留藥物、重金屬等, 實現環境樣品的富集與純化.固相萃取( Solid2Phase Extraction, SPE) 是一個包括液相和固相的物理萃取過程。MIPs 因其具有對分析物的特異吸附性且耐酸堿等惡劣環境的優點, 可用作 SPE 柱選擇性富集目標分析物, 分子印跡色譜技術是MIPs最主要的用途之一。在早期研究中, 分子印跡聚合物的制備和識別大多局限在非極性和弱極性介質中, 如何能在水溶液或極性溶劑中進行分子印跡識別引起

19、了人們的關注。有許多研究者以硅膠為介質來改善印跡聚合物的水相識別性能。分子印跡固相萃取(Molecularly Imprinted Solid2Phase Extraction, MISPE) 有在線和離線兩種模式。與其它傳統吸附劑一樣, 大部分MISPE 都采用離線模式, 這種模式的主要優勢在于操作簡便, 且可以不用考慮溶劑和添加劑對后續色譜分析的影響, 但同時離線模式耗時長, 進而易導致分析誤差。在線模式由于直接與分析系統構成一個自動化系統, 在富集與分析之間避免了樣品處理過程, 減少了樣品的損失,避免了樣品的污染, 提高了檢測結果的準確性和重現性。研究(ynji)表明, MIPs 可作為

20、(zuwi)水質檢測傳感器的敏感元件, 通過(tnggu)研制成各種類型的耐受性強、成本低廉的分子印跡傳感器, 以實現對水質的快速定量檢測。利用MIPs 制作的化學傳感器主要有電化學傳感器和光化學傳感器兩種類型。20 世紀 90 年代初, Mosbach 等將MIPs 材料涂在場效應晶體管表面, 當印跡分子結合到 MIPs 上時,MIPs 構象變化導致了晶體管電容的變化, 從而將化學信號轉變成電信號, 根據電容的變化可檢測溶液中的印跡分子。目前該類傳感器已成功用于氨基酸衍生物、神經性毒劑、農藥等的檢測分析。由此可見通過嘗試不同的制備方法、選用不同的基質材料等途徑可以優化傳感器的性能。3.3.2

21、 MIT 在廢水處理中的應用 分子印跡吸附劑因其對目標分子選擇性強、吸附速率快、吸附容量大、易脫附等優點而引起人們將其用于重金屬廢水處理的興趣。將金屬離子的配位作用引入分子印跡技術為重金屬離子廢水處理提供了一種新的方法。目前的研究主要集中在 Ni、Cu、Pb、Cr、Fe 等離子的吸附處理6。3.4分子印跡技術在食品安全檢測中的應用3.4.1固相萃取 樣品中目的待測組分往往甚微，在測定過程中的影響因素很多，測定前常需要對樣品進行預處理，分離富集目的組分，去除干擾物。分子印跡聚合物具有特異性和親和性，用作固相萃取劑，可以彌補普通吸附劑選擇性差的不足，克服生物或環境樣品體系復雜、預處理繁雜等缺點，為

22、樣品的采集、富集和分析提供了很大的方便。張華斌等在碳納米管表面成功制備綠原酸印跡材料，以此作為固相萃取劑，優化萃取條件，成功應用于金銀花提取液中綠原酸的富集分離。王培龍等采用分子印跡聚合物固相萃取小柱提取、凈化并富集豬尿液中的鹽酸克倫特羅分子，結合毛細管氣相色譜質譜聯用法，在優化條件下，檢出限為051 gL，定量限為100gL；不同鹽酸克倫特羅加入量的回收率為71.089.3，相對標準偏差為3.29.7。將該方法與農業行業標準方法進行比較，結果其吻合度較高。3.4.2傳感器 生物傳感器雖然具有極高的靈敏度和特異性，但由于用作分子識別元件的生物活性組分極易變性失活，傳感器制作成本高，可供使用的生

23、物活性組分種類有限，從而限制了其大規模的應用。分子印跡聚合物可作為傳感器的敏感材料(cilio)，化學性質穩定，成本低，可多次重復使用，易于保存。目前主要用于檢測的有光學傳感器、電化學傳感器及壓電傳感器。 3.4.3色譜分析(s p fn x) 分子印跡聚合物最早的應用是在色譜(s p)領域，而且至今仍然是一個比較活躍的領域。作為色譜固定相，它已被廣泛地應用于高效液相色譜（HPLC）、毛細管電色譜（CEC）、薄層液相色譜（TLC）。在理論塔板數相同的情況下，由于分子印跡聚合物的高選擇性，其對極性類似物的液相分離效果要比普通色譜柱高得多。但模板分子色譜峰的變寬和拖尾阻礙了這一技術的發展。劉祥軍等

24、在高效液相色譜柱中原位聚合，直接制備了三甲氧基芐啶的分子印跡聚合物整體柱，此整體柱具有良好的通透性，可以在高流速下使用，同時對模板分子具有特異的親和性和選擇性，印跡因子達到了10.3，而相應的磺胺類藥物在印跡柱上沒有保留，此印跡整體柱可望用于實際樣品中三甲氧基芐啶的富集檢測及含量測定。將分子印跡聚合物應用于CEC，其高選擇性與CEC的高分離效率相結合，可以降低印跡分子等的化學物質消耗，具有極大的發展前景7。3.5其他方面的應用3.5.1分子印跡技術在毒品檢測中的應用 SPE是最常用的樣品前處理方法之一, 尤其適合于復雜基體中微量、痕量物質的分離與檢測, 利用分子印跡聚合物的固相萃取 (MISP

25、E)技術從生物樣品中萃取分析物受到越來越多的關注, 并取得了良好的效果。M IPs具有較高的選擇性和對目標分子的富集能力, 可以大大提高 SPE用于痕量分析的準確性和重現性, 降低檢測限。MISPE已逐漸被應用于尿、血清、血漿及各組織中有毒有害物質測定與臨床分析。近年來科學家又提出了虛擬分子印跡這一新方法, 該方法主要是為了制備某種生物活性的人工受體提出的。當人們希望用上述活性化合物 (作為模板 )實現分子印跡時, 常發現這些模板化合物在一定數量下是不能應用的, 這是因為他們往往是有毒物質, 因而在操作中就有相當危險。在這樣的情況下,直接的分子印跡就不能得到, 而只能采用適當的類似化合物代替作

26、為模板。他們有著和真實模板相似的結構,但他們毒性較小, 因而可接受用作為模板化合物。這種虛擬的分子印跡法是非共價印跡法的一種擴展, 同時它在很大程度上加寬了目標分子的檢測范圍8。3.5.2生物模擬(mn)檢測 配體結合分析(fnx)被用來臨床測量血液中的痕量物質,這種分析方法需要一個(y )能選擇性結合待分析物的受體。通常人們用抗體作受體,但使用抗體操作上很不方便且費用高,用印跡聚合物來模擬抗體分析結果讓人滿意。以分子印跡為基礎的分析方法具有極高的靈敏性,能識別化合物的細微的差別。傳統的生物和微生物檢測藥物的方法日益暴露出其弱點,而以藥物為模板的分子印跡聚合物可用于臨床檢測,有望成為藥物檢測的

27、新方法。許多研究表明分子印跡聚合物作為免疫檢測的識別元素可以代替那些昂貴的,難于獲得的天然抗體9。3.5.3生物傳感器 特殊識別現象在傳感器技術中具有十分重要的作用。化學或生物傳感器是由識別部位和與其緊密連接的轉換元件組成的,能將對分析物產生的響應信號轉變成輸出信號。化學或生物傳感器都是將生物分子(如酶、抗體 )作為特異識別部位,由于生物分子物理化學穩定性 差,因此生物傳感器的商品化受到了很大的限制,這使人造受體得到了廣泛重視。IMPs有非常高的特異性及物理化學穩定性,科學家們在將其用于傳感器方面作了大量嘗試。Msobcah等人首次將印跡與傳感器技術結合起來,利用MIPs作為識別元件,制備出生物傳感器。后來陸續報道了關于氨基聯苯、嗎啡、芳去津等的MPIs傳感器研究。目前在實際測定中已有利用分子印跡聚合物生產的傳感器10。4 小結從分子印跡聚合物研究的發展和成就來看，無論是作為固相萃取材料、選擇性催化劑還是人工(rngng)受體、化學傳感器的應用都反映了分子印跡技術是集高分子合成化學、物理化學、生物化學等眾多相關學科的優勢而發展起來的交叉學科.目前，隨著分子印跡技術(jsh)的迅速發展，其應用領域也大