高磊

（天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，天津300387）

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·專論與綜述·

分子印跡技術(shù)的研究進(jìn)展

高磊

（天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，天津300387）

摘要：分子印跡技術(shù)是目前處于領(lǐng)先地位的一種分子識(shí)別技術(shù)，近些年來的發(fā)展日趨成熟，這種技術(shù)能夠使得高分子材料制備成具有特異識(shí)別的功能，而這種材料被稱為分子印跡聚合物。這類聚合物具備可識(shí)別性、可預(yù)定性和廣泛實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域中具有比較廣泛的應(yīng)用前景。本文對(duì)分子印跡技術(shù)的發(fā)展歷史、基本原理及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：分子印跡技術(shù)；分子印跡聚合物；研究進(jìn)展

分子印跡技術(shù)（MIT）是一種有效的在高度交聯(lián)，剛性的聚合物母體中引入特定分子結(jié)合位點(diǎn)的技術(shù)［1］。利用分子印跡技術(shù)制備的高分子材料叫做分子印跡聚合物（MIP）。美國著名化學(xué)家萊納斯·卡爾·鮑林在20世紀(jì)40年代年曾經(jīng)提出了以抗原為模板合成抗體的理論，并引起了廣泛的關(guān)注。雖然后來經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明該理論是錯(cuò)誤的，但是該理論的提出仍為分子印跡技術(shù)的發(fā)明及發(fā)展起到了奠基作用［2］。20世紀(jì)70年代，德國的WULFF課題組第一次提出了分子印跡聚合物的概念［3，4］。現(xiàn)代分子印跡技術(shù)的建立主要?dú)w功于Wulff和M?sbach，他們的開創(chuàng)性工作推動(dòng)了分子印跡技術(shù)的高速發(fā)展。從此以后各國科學(xué)家在分子印跡領(lǐng)域上的研究取得了非凡的成就。分子印跡聚合物具有很多優(yōu)良的特征，比如特異識(shí)別性、可預(yù)定性及廣泛實(shí)用性的諸多特點(diǎn)。分子印跡技術(shù)已經(jīng)表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景，并可以廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域［5］。分子印跡技術(shù)及分子印跡聚合物的研究目前已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。

1　分子印跡技術(shù)基本原理

MIT為依靠兩種或者兩種以上的分子相互作用在一起結(jié)合，構(gòu)成了具有相對(duì)完整性、組織性的復(fù)雜聚集體其具有一定確定性的宏觀特性和微觀結(jié)構(gòu)。MIT是一種獨(dú)特復(fù)制記憶方法，可以被生動(dòng)的描述為制造識(shí)別“分子鑰匙”的“人工鎖”的技術(shù)。通過MIT技術(shù)可以制備具有識(shí)別性及選擇性的大分子骨架。

該技術(shù)可以將功能單體和目標(biāo)分子通過非共價(jià)或者共價(jià)的方式共聚生成聚合物，可以通過溶劑將目標(biāo)分子洗脫，最終在聚合物中可以留下獨(dú)特的“記憶”空穴，此空穴在空間形狀以及確定官能團(tuán)上可與原來目標(biāo)分子完全相匹配，這樣的空穴可以與混合物中的目標(biāo)分子進(jìn)行可逆的特異性結(jié)合，該聚合物稱為分子印跡聚合物（MIP）。在制備分子印跡聚合物的過程中，不同的組分在聚合過程中分別發(fā)揮著不同的功能，這些功能分別作用如表1所示。

表1　分子印跡聚合物各合成組分的功能

2　分子印跡技術(shù)的分類

根據(jù)功能單體與目標(biāo)分子官能團(tuán)之間的作用力形式不同，當(dāng)前MIT最基本的技術(shù)方法分為：共價(jià)法、非共價(jià)法以及半共價(jià)法三類。

共價(jià)法亦稱之為預(yù)組織法，這種方法是利用功能單體與目標(biāo)分子之間共價(jià)鍵相互作用結(jié)合的方式，首先加入交聯(lián)劑，在形成聚合物之后，再將共價(jià)鍵斷裂出去目標(biāo)分子。此類聚合物的制備以及分子識(shí)別過程的關(guān)鍵因素是功能單體與目標(biāo)分子之間的可逆共價(jià)鍵的相互轉(zhuǎn)化［6］。所以利用共價(jià)法制備印跡聚合物的方法相對(duì)復(fù)雜且成功率不高，目前應(yīng)用范圍不廣泛。

非共價(jià)法又可以稱為自組織法。此方法的原理為：首先，功能單體與目標(biāo)分子之間依靠較弱的非共價(jià)鍵、氫鍵、疏水作用、靜電等作用進(jìn)行自組織，形成帶有多重作用位點(diǎn)的分子復(fù)合物，之后經(jīng)過交聯(lián)劑處理，除去目標(biāo)分子，得到分子印跡聚合物［7］。此方法相對(duì)簡便在實(shí)際應(yīng)用比較廣泛。

半共價(jià)法是介于共價(jià)法與非共價(jià)法中間的一種方法，它結(jié)合了共價(jià)法和非共價(jià)法的特點(diǎn)。簡單的說即在制備印跡聚合物時(shí)功能單體和目標(biāo)分子以共價(jià)鍵的方式結(jié)合，在洗脫目標(biāo)分子之后，其所形成的分子印跡聚合物則是以非共價(jià)作用來識(shí)別目標(biāo)分子［8］。

3　分子印跡技術(shù)的應(yīng)用

3.1固相萃取技術(shù)

分子印跡固相萃取技術(shù)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中十分廣泛。簡單說就是把分子印跡聚合物作為固相萃取劑。此類分子印跡聚合物可以對(duì)目標(biāo)分子的萃取物能夠進(jìn)行特異性的識(shí)別。通過此方法可以解決傳統(tǒng)固相萃取存在的劑選擇性差的問題。張高奎課題組［9］使用乙烯吡啶為功能單體，阿散酸為虛擬模板分子，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，成功合成出了對(duì)洛克沙胂具有高選擇性的分子印跡聚合物。實(shí)踐表明通過分子印跡固相萃取柱回收洛克沙胂，其回收率可以達(dá)到95%以上。

3.2手性藥物拆分

分子印跡技術(shù)今年來在藥物手性拆分方面的應(yīng)用越來越引起人們的關(guān)注。由于分子印跡聚合物擁有十分突出的特異性識(shí)別能力，分子印跡聚合物可以作為HPLC的固定相分離手性藥物和非手性藥物。由于分子印跡聚合物和模板分子在幾何形狀上存在互補(bǔ)關(guān)系，同時(shí)其在分子間存相互作用力較強(qiáng)，所以與普通的手性固定相比較起來，用某一種對(duì)映體作為模板分子制備的分子印跡聚合物對(duì)它具有較強(qiáng)的保留性，因此以分子印跡聚合物作為固定相用于HPLC拆分手性化合物，不僅能夠做到完全分離對(duì)應(yīng)體，還能預(yù)測脫洗順序。至今，印跡技術(shù)進(jìn)行手性拆分范圍已經(jīng)擴(kuò)大到薄層色譜、超臨界流體色譜等領(lǐng)域［10，11］。

3.3環(huán)境樣品分析

由于環(huán)境樣品本身來源的特殊性，導(dǎo)致環(huán)境樣品的組成可能十分復(fù)雜，同時(shí)目標(biāo)污染物濃度十分低，所以在環(huán)境樣品分析時(shí)所用的檢測方法必須具備良好的靈敏性。分析環(huán)境樣品的過程中一般情況下都要首先需要對(duì)環(huán)境樣品種的目標(biāo)污染物進(jìn)行分離富集。分子印跡聚技術(shù)便具備在復(fù)雜體系中對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行特異性識(shí)別的能力以及極高的靈敏度，因此分子印跡聚合物可以將需要分析的污染物從復(fù)雜的環(huán)境體系中分離出來；于此同時(shí)依靠分子印跡的特異性，能夠?qū)⑿枰治龅奈廴疚飶牡蜐舛鹊沫h(huán)境體系中吸附到聚合物中，表面其具有較強(qiáng)的富集能力，在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間［12］。

3.4色譜分離

與傳統(tǒng)固定相相比，分子印跡聚合物能夠與模板分子形成較強(qiáng)的作用力，延長模板分子的保留時(shí)間?？稻慈f等制備了以2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）為模板的MIPs，用HPLC考察了其選擇性［13］。

4　展望

近年來隨著分子印跡技術(shù)不斷發(fā)展其已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。分子印跡技術(shù)具有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：可識(shí)別性、可預(yù)定性和廣泛實(shí)用性。由此可見，人類社會(huì)進(jìn)入新世紀(jì)以來，分子印跡技術(shù)逐漸成熟，發(fā)展勢頭迅猛。我國在分子印跡技術(shù)方面的研究起步較晚，到目前不過只有15年的時(shí)間。而我國研究主要涉及領(lǐng)域?yàn)椋悍律鷤鞲衅鞯难芯?、天然藥物中有效成分的分離與提取、污染物分析分離、手性藥物的拆分等。分子印跡技術(shù)還可以應(yīng)用于色譜分離、固相萃取、藥物分析、傳感器、模擬酶催化、膜分離等方面。但應(yīng)該說明的是，目前分子印跡技術(shù)存在一些不足和劣勢，很多問題需要進(jìn)行深層次的研究和探索，主要包括：使用何種辦法可以使分子印跡技術(shù)的機(jī)理更加明確；為了滿足不同類型的分子印跡識(shí)別的需要，需要研究更多功能單體和交聯(lián)劑；如何加速分子印跡技術(shù)的商業(yè)化；如何使分子印跡技術(shù)向高選擇性、高重復(fù)性和微型化方向發(fā)展等多方面問題。

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doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.001

中圖分類號(hào)：TQ203.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-1267（2016）01-0001-03

收稿日期：2015-08-27