摘 要 分子印跡聚合物（MIP）是一種對(duì)目標(biāo)分子（模板分子）具有選擇性結(jié)合能力的聚合物。配位印跡聚合物（CIP）是基于金屬離子與功能單體、模板分子間配位作用的分子印跡聚合物， 既沿襲了MIP的優(yōu)點(diǎn)， 又具有適用于極性環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)， 在食品、環(huán)境、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域目標(biāo)物的識(shí)別中有良好的應(yīng)用潛力。本文介紹了CIP的原理和特點(diǎn)， 綜述了CIP在分析化學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展， 展望了CIP的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 分子印跡聚合物； 配位印跡聚合物； 分析化學(xué)； 評(píng)述

1 引 言

配位印跡聚合物（Complex imprinted polymer， CIP）是一種對(duì)目標(biāo)配合物（模板配合物）具有選擇性結(jié)合能力的聚合物， 是分子印跡聚合物（Molecularly imprinted polymer， MIP）的一個(gè)重要發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。CIP的常見(jiàn)制備流程類似于MIP， 如圖1所示：將模板分子、中心金屬與功能單體混合溶解在聚合溶劑（致孔劑）中， 三者形成配合物；然后加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑， 熱引發(fā)或紫外照射引發(fā)聚合后形成高度交聯(lián)的聚合物；最后通過(guò)適當(dāng)?shù)娜軇┫疵摮ツ０迮浜衔铮?聚合物中形成了與原模板配合物大小、形狀和空間結(jié)構(gòu)互補(bǔ)并且具有多重作用位點(diǎn)的“空穴”?？昭ǎㄓ≯E空腔）在空間大小和形狀上以及化學(xué)作用方面都是與 圖1 配位印跡聚合物制備流程圖

Fig．1 Schematic representation of preparation procedures for complex imprinted polymer模板配合物相匹配的， 具有選擇性地與之重新結(jié)合的能力。在制備MIP時(shí)， 聚合物與模板分子的結(jié)合是基于靜電作用、范德華力、疏水作用、氫鍵等作用力， 其中氫鍵作用力是應(yīng)用較為廣泛的一種。由于具有結(jié)構(gòu)預(yù)置性、廣泛適用性、良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性， MIP被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域\\。但MIP的選擇性識(shí)別能力存在一些不足之處， 如氫鍵作用力易受極性環(huán)境的影響， 導(dǎo)致MIP的印跡效果減弱， 選擇性降低\\。因此， 在制備以水溶性分子為對(duì)象的MIP或把MIP應(yīng)用于極性環(huán)境時(shí)受到限制\\。

基于金屬離子與功能單體、目標(biāo)分子配位作用的CIP是解決上述問(wèn)題的有效途徑之一。由于配位鍵比氫鍵、范德華力、靜電作用、疏水作用等具有更強(qiáng)的作用力， 且具有定向性， 有利于制備高選擇性的印跡聚合物；通過(guò)金屬配位作用結(jié)合的識(shí)別過(guò)程具有結(jié)合快速且可逆的優(yōu)點(diǎn)， 改善了共價(jià)作用的不足， 兼?zhèn)淞斯矁r(jià)作用和非共價(jià)作用的優(yōu)點(diǎn)；另外， 金屬配位作用在極性體系中可以穩(wěn)定存在， 這就使水溶性目標(biāo)分子的印跡聚合物的制備和應(yīng)用成為可能；金屬配位作用具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性， 比較容易達(dá)到動(dòng)力學(xué)平衡， 應(yīng)用范圍廣泛；再者， 由于過(guò)渡金屬在不同氧化狀態(tài)下具有不同的化學(xué)特性， 以它和模板分子組成的化合物也就具有多種性質(zhì)和催化效應(yīng)\\。

目前， CIP的制備多采用本體聚合法\\， 后處理過(guò)程繁雜， 需經(jīng)過(guò)粉碎、篩選等手續(xù)， 費(fèi)時(shí)耗力， 且聚合物的吸附性、選擇性和利用率均會(huì)受到影響；其次使用較多的表面修飾法是在各種形狀底材（如膜\\、微球\\、纖維\\）的表面修飾一層CIP。該法可改善本體聚合法等方法中模板包埋過(guò)深或過(guò)緊， 從而導(dǎo)致無(wú)法洗脫下來(lái)和使用過(guò)程中“滲漏”的問(wèn)題， 目標(biāo)物質(zhì)較易離開(kāi)或接近聚合物的印跡位點(diǎn)， 具有良好的應(yīng)用性能。在固載CIP前， 底材往往需經(jīng)過(guò)處理， 從而帶有能鍵合聚合物的基團(tuán)；或結(jié)合原位聚合法， 膜狀底材吸附預(yù)聚溶液后引發(fā)聚合得到貫穿底材的CIP\\。此外電聚合法在鉑電極表面固載CIP也有報(bào)道\\。雖然CIP的研究尚處于初級(jí)階段， 但因具有適用于極性體系的優(yōu)點(diǎn)已引起了廣泛關(guān)注。有關(guān)CIP研究的報(bào)道日趨增多， 下面將重點(diǎn)評(píng)述其在分析化學(xué)中的應(yīng)用。2 配位印跡聚合物在分析化學(xué)中的應(yīng)用

CIP與MIP的在結(jié)構(gòu)上主要差異是CIP的“模板分子”， 即“模板配合物”包括兩個(gè)部分：中心配位金屬和配體（目標(biāo)分子）， 其識(shí)別作用的原理類似于配體交換吸附劑， 但具有更好的選擇性和適應(yīng)性。CIP使用的中心離子經(jīng)常是Cu2＋， Co2＋， Zn2＋， Ni2＋等過(guò)渡金屬離子。制備時(shí)根據(jù)功能單體及目標(biāo)分子的配位能力來(lái)選擇中心金屬， 金屬離子和抗衡離子的種類均會(huì)影響印跡效果和選擇性識(shí)別能力；模板分子一般帶有含N， O， S等可提供電子對(duì)的官能團(tuán)， 且具有易與金屬形成配合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。生物體內(nèi)的許多物質(zhì)， 如蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、核酸、糖等， 均具有多種配位基， 如氨基酸分子中的羧基、氨基和咪唑基；核酸分子中的堿基和磷酸基。近年來(lái)， 有關(guān)配位印跡聚合物的研究日趨增多， 本文主要概述了CIP在分析化學(xué)中的應(yīng)用。應(yīng)用對(duì)象包括吡啶類、咪唑類、羧酸類、有機(jī)膦類、氨基酸類、多肽及蛋白質(zhì)類物質(zhì)等。

2.1 在吡啶類物質(zhì)分析中的應(yīng)用

2，2′聯(lián)吡啶（2，2′Dipyridine， 2，2′Dpy）須通過(guò)金屬離子才能起特定的藥理作用。Zeng等\\以4乙烯基吡啶（4Vinylpyridine， 4Vpy）為功能單體， 以Cu2＋和2，2′聯(lián)吡啶為模板分子， 制備了顆粒狀聚合物， 然后制成碳糊電極， 利用循環(huán)伏安法測(cè)試了該電極對(duì)2，2′聯(lián)吡啶的結(jié)合能力。2，2′聯(lián)吡啶還可與Zn2＋\\和Ni2＋\\形成配合物。王學(xué)軍等\\研究了印跡聚合物對(duì)2，2′聯(lián)吡啶、4，4′聯(lián)吡啶、1，10鄰菲羅啉和4，4′二甲基2，2′聯(lián)吡啶吸附容量的差異。但以上報(bào)道均未將印跡材料用于實(shí)際樣品的分析。 Huang等\\首次將配位印跡技術(shù)和固相微萃?。⊿olid phase microextraction， SPME）技術(shù)結(jié)合， 集成了兩者的優(yōu)勢(shì)， 在硅烷化處理后的光纖維上化學(xué)鍵合了2，2′DpyCu印跡的CIP涂層， 其制備流程圖如圖2所示。CIPSPME萃取頭可在水相環(huán)境中選擇性識(shí)別模板配合物， 吸附容量分別為MIP和非印跡聚合物（Nonimprinted polymer， NIP）的2.2和2.6倍。由于極性溶劑的干擾， 基于氫鍵作用的MIP只有很弱的印跡效果， 而基于配位鍵的CIP具有較好的印跡效果和選擇性。CIPSPME萃取頭的耐溶劑性和熱穩(wěn)定性較好， 且使用70次后表面形貌沒(méi)有明顯改變或者損壞。方法的線性范圍10～200

Wu等\\制備了2酰胺基吡啶乙酸銅為模板的印跡聚合物， 邁出了解決分子內(nèi)氫鍵問(wèn)題的第一步。該研究組在研究2酰胺基吡啶的印跡聚合物時(shí)發(fā)現(xiàn)， 模板分子未起到印跡的作用， 推測(cè)是因?yàn)?酰胺基吡啶形成了分子內(nèi)氫鍵， 減弱了與功能單體的作用。而加入Cu2＋后， 印跡聚合物的選擇性得到了很大的提高。Takeuchi等\\制備了（—）金雞吶啶為對(duì)象的印跡聚合物， 對(duì)比了以甲基丙烯酸（Methacrylic acid， MAA）或金屬卟啉或兩者混合作為功能單體時(shí)， 所得聚合物親和能力及選擇性的差異。結(jié)果表明， 使用兩種功能單體時(shí)， 印跡聚合物對(duì)模板分子的親和力和選擇性最佳， 這可能是因?yàn)橛≯E和分析過(guò)程中同時(shí)利用了配位作用力和氫鍵作用力的結(jié)果。

將聚合物制成膜狀， 既克服了顆粒狀印跡聚合物聚合時(shí)間長(zhǎng)和需要篩分的缺點(diǎn)， 又縮短了洗脫時(shí)間。馬向霞等\\采用紫外光引發(fā)原位聚合的方法制備了帶支撐膜的鈷離子配位印跡聚合物膜；膜滲透實(shí)驗(yàn)表明， 在一定濃度Co2＋存在下， 印跡膜對(duì)模板分子表現(xiàn)出良好的滲透選擇性； 還考察了溶液中陽(yáng)離子和陰離子的種類對(duì)印跡膜滲透模板分子的影響。

2.2 在咪唑類物質(zhì)分析中的應(yīng)用

二乙酸亞胺能和Cu2＋形成穩(wěn)定的配合物， Dhal等\\利用二乙酸亞胺的苯乙烯衍生物為功能單體， 合成了Cu2＋為中心離子的二咪唑類CIP， 并用電子自旋共振內(nèi)標(biāo)法測(cè)試了該聚合物對(duì)模板分子和結(jié)構(gòu)類似物的結(jié)合能力及選擇性， 分離因子為1.17～1.35。為了穩(wěn)定功能單體在空腔中的排布， 使用了功能單體∶交聯(lián)劑=5∶95（摩爾比）的高比例。模板分子既能和中心離子形成二配位的復(fù)合物， 又在聚合物中產(chǎn)生空間結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的空腔， 為分離結(jié)構(gòu)類似物提供了有效的方法。

改變金屬離子的種類可以調(diào)節(jié)CIP與模板分子的親和性能。Plunkett等\\使用Cu2＋\\二乙酸（Cu2＋\\diacetic acid， CuVBIDA）為功能單體， 以甲醇為致孔劑， 在表面處理過(guò)的硅膠上印跡了單咪唑和二咪唑類為模板分子的聚合物， 洗脫模板分子后填充到液相色譜柱中。Cu2＋與咪唑基的強(qiáng)作用力使聚合物里留下了穩(wěn)定的互補(bǔ)空腔， 但同時(shí)因此模板分子在色譜柱中的保留過(guò)強(qiáng)， 結(jié)合后難以洗脫。他們先以Zn2＋沖洗填充柱， 使Cu2＋被Zn2＋取代。Zn2＋與咪唑基的作用力比Cu2＋小一些， 所得的固定相可較好地分離模板分子及其結(jié)構(gòu)類似物。

馬卡迪\\以烯基卟啉鋅為功能單體， 苯并咪唑?yàn)槟０宸肿雍铣闪擞≯E聚合物， 利用競(jìng)爭(zhēng)吸附法檢測(cè)了印跡聚合物的吸附能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 印跡聚合物對(duì)模板分子具有較高的特異性吸附能力；印跡過(guò)程是分子空間匹配以及金屬卟啉配位等多種作用相互協(xié)同的過(guò)程。在此基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步采用酪氨酸為模板分子， 利用聚合物柱吸附法考察了含金屬卟啉印跡聚合物在水相中對(duì)模板分子的識(shí)別能力， 獲得了具有水相識(shí)別性能的印跡聚合物。同時(shí)將金屬卟啉負(fù)載于聚苯乙烯二乙烯苯微球上制得了新型HPLC填料， 初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 該填料對(duì)咪唑類化合物能起到一定的分離效果。

2.3 在羧酸類物質(zhì)分析中的應(yīng)用

Li等\\以Co2＋作為模板分子（S）萘普生和功能單體4Vpy間的作用橋梁， 加強(qiáng)了它們之間的自組裝作用。（S）萘普生Co2＋印跡聚合物對(duì)萘普生對(duì)映體的區(qū)分能力優(yōu)于NIP和（S）萘普生MIP， 說(shuō)明金屬鈷的引入提高了分子印跡聚合物的特異性吸附能力。劉鶯等\\以CuVBIDA為功能單體， 甲醇為聚合溶劑， 制備了L扁桃酸的CIP。將它作為色譜固定相， 系統(tǒng)考察了流動(dòng)相的pH值、甲醇含量以及緩沖溶液的濃度對(duì)其手性分離能力的影響。Sumi等\\研制了Cu2＋水楊酸的印跡聚合物， 模擬了抗炎藥水楊酸銅的藥物傳遞系統(tǒng)。以X射線分光光譜、火焰原子化吸收光譜和高效液相色譜方法監(jiān)測(cè)了水楊酸銅在聚合物中的洗脫、裝載和釋放， 結(jié)果表明， 印跡聚合物有著更高的裝載容量和釋放量。吡啶二羧酸（Dipicolinic acid， DPA）是桿菌孢子的主要成分之一\\， Gültekin等\\利用DPA與Cr3＋的配位作用力， 使用分散聚合法制備了基于熒光響應(yīng)的金銀納米簇表面印跡傳感器， 對(duì)DPA的檢出限為0.1