分子印迹技术的研究进展

高磊

（天津工业大学环境与化学工程学院，天津300387）



·专论与综述·

分子印迹技术的研究进展

高磊

（天津工业大学环境与化学工程学院，天津300387）

摘要：分子印迹技术是目前处于领先地位的一种分子识别技术，近些年来的发展日趋成熟，这种技术能够使得高分子材料制备成具有特异识别的功能，而这种材料被称为分子印迹聚合物。这类聚合物具备可识别性、可预定性和广泛实用性等优点，在很多领域中具有比较广泛的应用前景。本文对分子印迹技术的发展历史、基本原理及应用现状进行详细介绍。

关键词：分子印迹技术；分子印迹聚合物；研究进展

分子印迹技术（MIT）是一种有效的在高度交联，刚性的聚合物母体中引入特定分子结合位点的技术［1］。利用分子印迹技术制备的高分子材料叫做分子印迹聚合物（MIP）。美国著名化学家莱纳斯·卡尔·鲍林在20世纪40年代年曾经提出了以抗原为模板合成抗体的理论，并引起了广泛的关注。虽然后来经实验证明该理论是错误的，但是该理论的提出仍为分子印迹技术的发明及发展起到了奠基作用［2］。20世纪70年代，德国的WULFF课题组第一次提出了分子印迹聚合物的概念［3，4］。现代分子印迹技术的建立主要归功于Wulff和Mösbach，他们的开创性工作推动了分子印迹技术的高速发展。从此以后各国科学家在分子印迹领域上的研究取得了非凡的成就。分子印迹聚合物具有很多优良的特征，比如特异识别性、可预定性及广泛实用性的诸多特点。分子印迹技术已经表现出良好的发展前景，并可以广泛应用于诸多领域［5］。分子印迹技术及分子印迹聚合物的研究目前已经成为国内外研究的热点之一。

1　分子印迹技术基本原理

MIT为依靠两种或者两种以上的分子相互作用在一起结合，构成了具有相对完整性、组织性的复杂聚集体其具有一定确定性的宏观特性和微观结构。MIT是一种独特复制记忆方法，可以被生动的描述为制造识别“分子钥匙”的“人工锁”的技术。通过MIT技术可以制备具有识别性及选择性的大分子骨架。

该技术可以将功能单体和目标分子通过非共价或者共价的方式共聚生成聚合物，可以通过溶剂将目标分子洗脱，最终在聚合物中可以留下独特的“记忆”空穴，此空穴在空间形状以及确定官能团上可与原来目标分子完全相匹配，这样的空穴可以与混合物中的目标分子进行可逆的特异性结合，该聚合物称为分子印迹聚合物（MIP）。在制备分子印迹聚合物的过程中，不同的组分在聚合过程中分别发挥着不同的功能，这些功能分别作用如表1所示。

表1　分子印迹聚合物各合成组分的功能

2　分子印迹技术的分类

根据功能单体与目标分子官能团之间的作用力形式不同，当前MIT最基本的技术方法分为：共价法、非共价法以及半共价法三类。

共价法亦称之为预组织法，这种方法是利用功能单体与目标分子之间共价键相互作用结合的方式，首先加入交联剂，在形成聚合物之后，再将共价键断裂出去目标分子。此类聚合物的制备以及分子识别过程的关键因素是功能单体与目标分子之间的可逆共价键的相互转化［6］。所以利用共价法制备印迹聚合物的方法相对复杂且成功率不高，目前应用范围不广泛。

非共价法又可以称为自组织法。此方法的原理为：首先，功能单体与目标分子之间依靠较弱的非共价键、氢键、疏水作用、静电等作用进行自组织，形成带有多重作用位点的分子复合物，之后经过交联剂处理，除去目标分子，得到分子印迹聚合物［7］。此方法相对简便在实际应用比较广泛。

半共价法是介于共价法与非共价法中间的一种方法，它结合了共价法和非共价法的特点。简单的说即在制备印迹聚合物时功能单体和目标分子以共价键的方式结合，在洗脱目标分子之后，其所形成的分子印迹聚合物则是以非共价作用来识别目标分子［8］。

3　分子印迹技术的应用

3.1固相萃取技术

分子印迹固相萃取技术在现实应用中十分广泛。简单说就是把分子印迹聚合物作为固相萃取剂。此类分子印迹聚合物可以对目标分子的萃取物能够进行特异性的识别。通过此方法可以解决传统固相萃取存在的剂选择性差的问题。张高奎课题组［9］使用乙烯吡啶为功能单体，阿散酸为虚拟模板分子，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，成功合成出了对洛克沙胂具有高选择性的分子印迹聚合物。实践表明通过分子印迹固相萃取柱回收洛克沙胂，其回收率可以达到95%以上。

3.2手性药物拆分

分子印迹技术今年来在药物手性拆分方面的应用越来越引起人们的关注。由于分子印迹聚合物拥有十分突出的特异性识别能力，分子印迹聚合物可以作为HPLC的固定相分离手性药物和非手性药物。由于分子印迹聚合物和模板分子在几何形状上存在互补关系，同时其在分子间存相互作用力较强，所以与普通的手性固定相比较起来，用某一种对映体作为模板分子制备的分子印迹聚合物对它具有较强的保留性，因此以分子印迹聚合物作为固定相用于HPLC拆分手性化合物，不仅能够做到完全分离对应体，还能预测脱洗顺序。至今，印迹技术进行手性拆分范围已经扩大到薄层色谱、超临界流体色谱等领域［10，11］。

3.3环境样品分析

由于环境样品本身来源的特殊性，导致环境样品的组成可能十分复杂，同时目标污染物浓度十分低，所以在环境样品分析时所用的检测方法必须具备良好的灵敏性。分析环境样品的过程中一般情况下都要首先需要对环境样品种的目标污染物进行分离富集。分子印迹聚技术便具备在复杂体系中对目标化合物进行特异性识别的能力以及极高的灵敏度，因此分子印迹聚合物可以将需要分析的污染物从复杂的环境体系中分离出来；于此同时依靠分子印迹的特异性，能够将需要分析的污染物从低浓度的环境体系中吸附到聚合物中，表面其具有较强的富集能力，在环境监测领域有很大的发展空间［12］。

3.4色谱分离

与传统固定相相比，分子印迹聚合物能够与模板分子形成较强的作用力，延长模板分子的保留时间。康敬万等制备了以2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）为模板的MIPs，用HPLC考察了其选择性［13］。

4　展望

近年来随着分子印迹技术不断发展其已经成为国内外的研究热点之一。分子印迹技术具有以下几个显著的特点：可识别性、可预定性和广泛实用性。由此可见，人类社会进入新世纪以来，分子印迹技术逐渐成熟，发展势头迅猛。我国在分子印迹技术方面的研究起步较晚，到目前不过只有15年的时间。而我国研究主要涉及领域为：仿生传感器的研究、天然药物中有效成分的分离与提取、污染物分析分离、手性药物的拆分等。分子印迹技术还可以应用于色谱分离、固相萃取、药物分析、传感器、模拟酶催化、膜分离等方面。但应该说明的是，目前分子印迹技术存在一些不足和劣势，很多问题需要进行深层次的研究和探索，主要包括：使用何种办法可以使分子印迹技术的机理更加明确；为了满足不同类型的分子印迹识别的需要，需要研究更多功能单体和交联剂；如何加速分子印迹技术的商业化；如何使分子印迹技术向高选择性、高重复性和微型化方向发展等多方面问题。

参考文献：

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［6］李景景，郭玉蓉.分子印迹技术研究进展［J］.农产品加工-学刊，2011，（12）∶89-93.

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［8］黄新革，刘远方.分子印迹技术应用研究［J］.河南化工，2011，28 （5）：29-32.

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［12］Haginaka J.Sslectvivity of affinity media in solid-phase extrac⁃tion of analytes.Trends in Analytical Chemistry，2005，24∶407-415.

［13］康静万，刘小育，王志华.2，4-二氯苯氧乙酸印迹聚合物的制备及识别特性［J］.西北师范大学学报：自然科学版，2006，42（3）：58-64.

doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.001

中图分类号：TQ203.3

文献标志码：A

文章编号：1008-1267（2016）01-0001-03

收稿日期：2015-08-27