吳海華

【摘 要】將分子印跡技術(shù)與量子點(diǎn)熒光相結(jié)合，利用分子印跡技術(shù)的特異識(shí)別性、量子點(diǎn)熒光敏感特性相結(jié)合，制備得到的一系列功能材料。該功能材料能實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定的環(huán)境污染物進(jìn)行檢測(cè)，相對(duì)傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，具有操作簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)精確等優(yōu)點(diǎn)，為環(huán)境污染物的監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)新的方法和思路。

【關(guān)鍵詞】分子印跡技術(shù);量子點(diǎn)熒光;環(huán)境污染物;環(huán)境監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)： X830.2;O657.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）14-0223-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.108

0 引言

20世紀(jì)40年代，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Pauling[1]提出了一項(xiàng)理論：用抗原為模板來(lái)合成抗體的理論。雖然被證明這一設(shè)想是不能實(shí)現(xiàn)的，但對(duì)分子印跡技術(shù)后來(lái)的發(fā)展提供了思路。直到德國(guó)的Wulff[2]研究小組，報(bào)道了人工合成分子印跡聚合物，分子印跡技術(shù)逐漸得到了廣泛的關(guān)注，越來(lái)越多的學(xué)術(shù)界人士開(kāi)始從事這方面的研究。1993年，Mosbach等[3]在《Nature》發(fā)表了一篇“有關(guān)茶堿分子印跡聚合物的研究報(bào)道”，分子印跡技術(shù)一躍成為國(guó)內(nèi)外新的研究熱點(diǎn)。

1 分子印跡技術(shù)概念及原理

1.1 分子印跡技術(shù)的概念

分子印跡技術(shù)（molecular imprinting technique，MIT）是指制備對(duì)某一特定的目標(biāo)分子具有特異選擇性的聚合物的過(guò)程。如果將目標(biāo)分子形象地描繪為“分子鑰匙”，分子印跡技術(shù)即是制造與其匹配的“人工鎖”的技術(shù)。

分子印跡技術(shù)是將要分離的目標(biāo)分子與交聯(lián)劑進(jìn)行共聚，制備得到分子印跡聚合物。然后洗脫出去包埋在聚合物中的模板分子，得到分子印跡聚合物（molecular imprinting polymers，MIPs），可保持與目標(biāo)分子的空間結(jié)構(gòu)“記憶”。

1.2 分子印跡技術(shù)的原理

分子印跡聚合物的形成通常需要借助非共價(jià)鍵（氫鍵、范德華力、離子鍵等）相互作用，多重非共價(jià)鍵的耦合和多個(gè)作用點(diǎn)的協(xié)同會(huì)形成很強(qiáng)的相互作用，這樣就能克服單個(gè)非共價(jià)鍵比單個(gè)共價(jià)鍵鍵能低的問(wèn)題，從而使復(fù)合物具有很高的穩(wěn)定性。模板分子與聚合物單體接觸時(shí)，形成多重作用點(diǎn)。通過(guò)交聯(lián)劑、聚合反應(yīng)等試驗(yàn)手段，將這些多重作用點(diǎn)固定下來(lái)。當(dāng)去除模板分子后，形成了與模板分子在空間、結(jié)合位點(diǎn)相匹配的空穴，這樣的空穴通過(guò)相應(yīng)的結(jié)合位點(diǎn)，對(duì)模板分子具有選擇性。

2 分子印跡聚合物的研究進(jìn)展

由于MIPs特異性識(shí)別能力強(qiáng)、親和性好、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，近20年不斷有新的科研機(jī)構(gòu)和科研工作者投入到分子印跡的科研領(lǐng)域中來(lái)，MIT也得到了迅猛發(fā)展。其研究領(lǐng)域已十分寬廣，作為模板的物質(zhì)既有中藥活性成分（黃酮、生物堿等）、重金屬離子（Cd2+、Pb2+等）、環(huán)境雌激素（如雙酚A）、藥物（咖啡因、撲熱息痛等）、抗生素（喹諾酮類、磺胺類等）等小分子，也有多糖、核酸、酶、蛋白質(zhì)等生物大分子甚至是細(xì)胞。其具體應(yīng)用則包括生物傳感器、固相萃取、色譜分離、酶模擬催化、藥物釋放等。除了選擇不同的模板進(jìn)行MIPs的制備以應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，通過(guò)選用不同的聚合方法和對(duì)MIPs的設(shè)計(jì)用以改善MIPs的性能是一直是該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)MIPs制備方法主要包括：本體聚合、沉淀聚合、懸浮聚合、乳液聚合和原位聚合等。為了解決傳統(tǒng)聚合方法印跡位點(diǎn)包埋過(guò)深和印跡位點(diǎn)分布不均導(dǎo)致的模板去除不徹底、活性位點(diǎn)利用率低、印跡動(dòng)力學(xué)不佳等問(wèn)題，進(jìn)一步提高M(jìn)IPs的吸附性能，科研工作者們不斷開(kāi)發(fā)或者利用先進(jìn)的聚合方法將其應(yīng)用于MIPs中。

近幾年，許多分子印跡科研工作者將MIT與熒光檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，制備得到的分子印跡熒光材料通過(guò)對(duì)目標(biāo)物的特異性識(shí)別將分子信息轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，具有檢測(cè)簡(jiǎn)便、快速，靈敏度高的特點(diǎn)。應(yīng)用于分子印跡熒光材料的熒光劑主要有機(jī)熒光染料、無(wú)機(jī)熒光量子點(diǎn)和稀土配合物三類。熒光分子印跡復(fù)合材料在一定程度上克服了傳統(tǒng)熒光探針不具備選擇性的缺點(diǎn)，結(jié)合分子印跡技術(shù)的高選擇性與熒光的高靈敏度，制備出量子點(diǎn)分子印跡聚合物，能夠簡(jiǎn)單、高效的檢測(cè)一系列目標(biāo)物。為檢測(cè)分析領(lǐng)域提供了新的發(fā)展方向，成為分子印跡領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)[4-8]。

Liu[9]等在摻雜Mn的ZnS量子點(diǎn)表面用3-巰基三乙氧基硅烷包覆一層二氧化硅，然后以4-硝基苯酚為目標(biāo)物，APTES為功能單體，TEOS為交聯(lián)劑，合成表面印跡聚合物，其對(duì)目標(biāo)物表現(xiàn)出高度的選擇性。由于4-硝基苯酚的紫外吸收峰與量子點(diǎn)印跡聚合物的紫外吸收峰存在重疊，量子點(diǎn)印跡聚合物導(dǎo)帶上的電子能夠直接轉(zhuǎn)移到4-硝基苯酚分子的紫外最低非占用分子軌道和可見(jiàn)光帶，從而引起熒光淬滅，實(shí)現(xiàn)對(duì)4-硝基苯酚的定量檢測(cè)。

Kim[10]等使用CdSe量子點(diǎn)作為信號(hào)傳導(dǎo)材料，介孔硅納米顆粒作為印跡材料，制備了高靈敏度的分子印跡熒光傳感器。結(jié)合位點(diǎn)在空穴之間選擇性形成，CdSe量子點(diǎn)被封裝進(jìn)介孔硅的孔穴中。從靈敏度和選擇性的角度來(lái)看，封裝量子點(diǎn)的分子印跡介孔硅表現(xiàn)出很強(qiáng)的分子識(shí)別性能。由于結(jié)合位點(diǎn)接近量子點(diǎn)，在雙酚-A的存在下，觀察到了隨濃度變化的熒光淬滅。

Zhao[11]等利用水熱法制備了油溶性的ZnS量子點(diǎn)，而后將量子點(diǎn)、聚苯乙烯-丙烯酸共聚物、模板分子溶解在1mL的氯仿中，然后將混合物的氯仿溶液注入到10mL水中，超聲攪拌。然后將該混合溶液加熱到60℃，直到氯仿?lián)]發(fā)完，用甲醇洗去模板后得到QDs-MIPs復(fù)合物顆粒。水樣中的二嗪農(nóng)與QDs-MIPs復(fù)合物顆?；旌虾?，由于疏水作用以及與模板分子大小吻合的空穴的存在，相較于其他干擾物，二嗪農(nóng)更容易進(jìn)入到識(shí)別空穴中。二嗪農(nóng)的紫外吸收光譜與QDs-MIPs復(fù)合物顆粒的激發(fā)帶發(fā)生重疊，兩者之間發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移，從而引起熒光的淬滅。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境污染和人類健康問(wèn)題已備受關(guān)注，成為人類亟待解決的問(wèn)題之一。而優(yōu)異的選擇性能、良好的物化穩(wěn)定性、較低的制備成本、可重復(fù)利用性，使得分子印跡技術(shù)成為目前熱門(mén)的分離手段，將分子印跡技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境污染物的監(jiān)測(cè)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

致謝：

感謝江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)科研基金項(xiàng)目（NO.1817）對(duì)本工作的支持。

【參考文獻(xiàn)】

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