唐風(fēng)娣,李延斌,胡譯之,何紅芳,門吉英

(中北大學(xué) 化學(xué)系,山西 太原 030051)

近年來(lái)，部分不法商家為獲取更多的利益，濫用動(dòng)植物促生長(zhǎng)素及超標(biāo)使用農(nóng)藥、化肥等，其經(jīng)過(guò)一定途徑進(jìn)入人體后將對(duì)人造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害，為了公共衛(wèi)生利益，歐盟已明確規(guī)定了一些藥物的最大殘留限量。且根據(jù)一些藥物使用規(guī)范，一些藥劑在人體過(guò)多的殘留會(huì)對(duì)人體造成一定的副作用，其在臨床治療方面也具有一定的意義。因此，將分子印跡傳感器應(yīng)用于藥物檢測(cè)對(duì)食品安全、環(huán)境安全及生命安全等方面成為近年來(lái)的熱點(diǎn)。

分子印跡傳感器是以分子印跡聚合物作為傳感器識(shí)別元件的一種識(shí)別檢測(cè)裝置，由信號(hào)轉(zhuǎn)換器和識(shí)別元件兩部分組成。在檢測(cè)中，有較高的靈敏度和特異選擇性，且穩(wěn)定性好，因此其在傳感器領(lǐng)域頗受關(guān)注[1-2]。此外，一些傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，如高效液相色譜(HPLC)、氣相色譜(GC)、高效液相色譜-質(zhì)譜(HPLC-MS)等技術(shù)都有一定的局限性，如檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)樣品制備技術(shù)依賴性高、儀器昂貴等，限制了其應(yīng)用。而分子印跡傳感器具有更優(yōu)良的性能，如操作簡(jiǎn)單靈活，選擇性良好及反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，成為更佳選擇的檢測(cè)裝置[3]。本文將從分子印跡傳感器在藥物檢測(cè)方面的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 分子印跡傳感器的制備方法

分子印跡傳感器的制備方法主要有以下5種。

表面涂覆法：是用來(lái)制備分子印跡傳感器的最簡(jiǎn)單的方法。Afzali等[4]采用離子液體基MIPs和納米金顆粒/氧化石墨烯(Au/GO)復(fù)合材料對(duì)玻碳電極(GCE)進(jìn)行了修飾。通過(guò)表面涂覆法合成了MIP/Au/GO納米復(fù)合材料，成功地應(yīng)用于實(shí)際樣品的咪喹莫特(IMQ)檢測(cè)。

原位引發(fā)聚合法：是在加熱或者光照的條件下直接在傳感器上形成目標(biāo)分子印跡聚合物膜的方法。Kartal等[5]采用原位聚合法在石英晶體微天平(QCM)芯片上使用紫外光進(jìn)行引發(fā)聚合成功制備了分子印跡傳感器。

電化學(xué)聚合法：也是一種直接成膜的方法。Azizollah等[6]在支撐電解質(zhì)(NaClO4·H2O)存在下，通過(guò)鉛筆石墨電極(PGE)、循環(huán)伏安法在PGE表面電沉積得到MIP。結(jié)果表明，該傳感器對(duì)MMZ具有良好的選擇性和準(zhǔn)確性。

自組裝法：陳琛等[7]在構(gòu)建L-色氨酸/OTS混合自組裝膜和L-色氨酸分子印跡OTS自組裝膜的基礎(chǔ)上，完成了L-色氨酸印跡膜電化學(xué)傳感器的制備與性能研究。該傳感器的檢出限為1.323 μmol/L，有較好的重現(xiàn)性和較長(zhǎng)的使用壽命。

分子印跡溶膠-凝膠體系是一類具有特異性識(shí)別能力的無(wú)機(jī)聚合物。由于其穩(wěn)定的物理剛性結(jié)構(gòu)，分子印跡溶膠-凝膠體系在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等極端的環(huán)境中不易被破壞。蘇立強(qiáng)等[8]采用溶膠-凝膠法在熒光碳點(diǎn)(CDs)表面包覆分子印跡層，制備分子印跡熒光傳感器，檢測(cè)下限為1.8 μg/kg，有較高靈敏度和良好的選擇性。

2 分子印跡傳感器在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用 現(xiàn)狀

2.1 分子印跡電化學(xué)傳感器在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用

分子印跡電化學(xué)傳感器設(shè)備簡(jiǎn)單、靈敏度高和穩(wěn)定性良好，且分析速度快，具有同時(shí)測(cè)定多組分等優(yōu)點(diǎn)[9]，具有廣泛的實(shí)用性。一般分為分子印跡電流型傳感器、分子印跡電容型傳感器、分子印跡電位型傳感器和分子印跡電導(dǎo)型傳感器4種。

2.1.1 分子印跡電流型傳感器在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用 分子印跡電流型傳感器是指?jìng)鞲衅髯R(shí)別元件與目標(biāo)分子接觸時(shí)，是將濃度變化產(chǎn)生的分析信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)變化來(lái)進(jìn)行測(cè)定。Afazli等[10]采用金顆粒/氧化石墨烯(Au/GO)復(fù)合材料合成印跡聚合物，后將印跡聚合物懸浮液滴于GCE表面獲得MIP/Au/GO/GCE傳感器，結(jié)果表明，該傳感器有良好的重復(fù)性和再現(xiàn)性，成功地運(yùn)用到實(shí)際樣品中咪喹莫特(IMQ)的檢測(cè)。另外，Wang等[11]提出了一種基于CuCo2O4/N-CNTs負(fù)載分子印跡聚合物(MIP)修飾玻碳電極(GCE)的新型電化學(xué)傳感器，將GCE電極浸入以甲硝唑?yàn)槟０宸肿樱员桨窞楣δ軉误w的混合電解質(zhì)溶液中，采用循環(huán)伏安法(CV)進(jìn)行電化學(xué)聚合形成分子印跡傳感器。實(shí)際樣品的回收率(95.9%～100.9%)和合理的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)(3.2%～4.8%)表明了該傳感系統(tǒng)的實(shí)用性。在實(shí)際應(yīng)用中，該類型傳感器制作簡(jiǎn)易，性能穩(wěn)定，是電化學(xué)傳感器中應(yīng)用最廣泛的傳感器。

2.1.2 分子印跡電容型傳感器在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用 分子印跡電容型傳感器的原理是監(jiān)測(cè)傳感器識(shí)別元件與目標(biāo)分析物結(jié)合前后的電容的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物質(zhì)的檢測(cè)。Canfarotta等[12]采用固相法合成了模板小分子四氫大麻酚(THC)。在傳感器表面沉積了納米MIPs，靶分子與生物傳感層上的受體結(jié)合，使金表面周圍的反離子(擴(kuò)散層)發(fā)生位移，總電容減小。電容測(cè)試表明，納米MIPs可成功地用作選擇性捕獲劑，用于檢測(cè)具有不同性質(zhì)(電荷、分子量、極性)的分析物。還有，Dhanjai等[13]制造了一種非酶仿生腎上腺素電容傳感器，LbL組件由聚二甲基硅氧烷(PDMS)襯底、碳納米管-纖維素納米晶(CNC/CNT)納米薄膜(第1層)和腎上腺素印跡聚(苯胺/苯基硼酸)(pANI/PBA)部分(第2層)組成。該傳感器的線性響應(yīng)范圍為0.001～100 μmol/L，檢測(cè)限為0.001 μmol/L，有較高的選擇性。該方法對(duì)傳感器今后的制備提供一些參考。

2.1.3 分子印跡電位型傳感器在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用 分子印跡電位型傳感器是通過(guò)測(cè)定分子印跡膜在選擇性吸附目標(biāo)分析物前后電極電位的信號(hào)變化來(lái)對(duì)待測(cè)物進(jìn)行檢測(cè)。Zarezadeh等[14]采用自制的納米結(jié)構(gòu)分子印跡聚合物修飾的玻碳電極(GCE)和碳糊電極(CPE)對(duì)卡托普利(CAP)藥物進(jìn)行了電化學(xué)研究和電位測(cè)定。將制備的CAP-MIP作為CPE的修飾劑，設(shè)計(jì)了選擇性CAP傳感器。為CAP的檢測(cè)提供了一種方法指導(dǎo)。近年，Hassan等[15]制備并設(shè)計(jì)了用于氨基吖啶(ACR)檢測(cè)的仿生電位離子選擇電極，該傳感器檢測(cè)限低、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，成功用于實(shí)樣中氨基吖啶(ACR+)的測(cè)定。該類型傳感器具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、測(cè)量時(shí)間短、分析量大等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)用中節(jié)省時(shí)間提高檢測(cè)效率，應(yīng)用前景良好。

2.1.4 分子印跡電導(dǎo)型傳感器在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用 分子印跡電導(dǎo)型傳感器是通過(guò)傳感器導(dǎo)電性能變化來(lái)對(duì)待測(cè)物濃度進(jìn)行檢測(cè)。劉曉芳等[16]采用原位引發(fā)聚合法在絲網(wǎng)印刷電極上制備了地西泮分子印跡聚合物，建立以此為傳感元件的電導(dǎo)型傳感器。該方法檢測(cè)地西泮在0.039～0.62 mg/L范圍具有良好的線性關(guān)系。但此類型傳感器因其穩(wěn)定性較差，且制備條件要求嚴(yán)格，因此其應(yīng)用范圍較窄，近幾年相關(guān)報(bào)道極少。

2.2 分子印跡光學(xué)傳感器在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用

常用的分子印跡光學(xué)傳感器有三種，分別是分子印跡熒光傳感器、分子印跡化學(xué)發(fā)光傳感器和分子印跡等離子體共振傳感器。

2.2.1 分子印跡熒光傳感器在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用 分子印跡熒光傳感器(MI-FL)通過(guò)傳感器選擇識(shí)別目標(biāo)分析物后，在特定激發(fā)波長(zhǎng)下輸出不同的熒光信號(hào)來(lái)對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行監(jiān)測(cè)。Le等[17]開發(fā)了一種可靠的磺胺甲惡唑(SMZ)熒光傳感器，該方法取決于包裹在硅膠分子印跡聚合物(GQDs@SMIP)中的石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)，以GQDs、SMZ為熒光材料、模板劑，通過(guò)聚合反應(yīng)制備了該化合物。該傳感器增加了石墨烯量子點(diǎn)，提高了傳感器的選擇性，是一種有效且前景廣闊的制備思路。Wei等[18]采用丙烯酸(AA)修飾CQDs表面的乙烯基，以四環(huán)素(TC)為模板分子，采用沉淀聚合法制備了基于CQDs的分子印跡熒光傳感器。結(jié)果表明，該傳感器的檢出限為0.17 μmol/L，成功地用于TC樣品的檢測(cè)。這種熒光傳感器制備相對(duì)簡(jiǎn)單，檢測(cè)方便，但要求被分析物具有熒光發(fā)射能力。

2.2.2 分子印跡化學(xué)發(fā)光傳感器在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用 分子印跡化學(xué)發(fā)光傳感器是將分子印跡傳感器連入流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光流路中，目標(biāo)分析物作為發(fā)光源，發(fā)生氧化還原(或發(fā)光)反應(yīng)后，由發(fā)射出固定波長(zhǎng)的光信號(hào)的強(qiáng)弱變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)分析物的檢測(cè)。Jin等[19]以還原氧化石墨烯(rGO)和上轉(zhuǎn)換納米粒(UCNPs)為基礎(chǔ)，建立了一種分子印跡電化學(xué)發(fā)光傳感器(MIECLS)。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，ECL信號(hào)在10～100 μmol/L范圍內(nèi)與克倫特羅(CLB)濃度的對(duì)數(shù)成正比，檢測(cè)下限為6.3 nmol/L。具有良好的靈敏度。Hu等[20]以阿奇霉素(AZM)為模板分子，以分子印跡聚合物修飾碳糊電極作為識(shí)別元件，制備了一種快速、選擇性的電化學(xué)發(fā)光(ECL)傳感器。在最佳條件下，線性范圍從1.0×10-10～4.0×10-7mol/L，檢出限低至2.3×10-11mol/L(S/N=3)，成功運(yùn)用到實(shí)際樣品的檢測(cè)中。但此種傳感器由于發(fā)光系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，因此在實(shí)際應(yīng)用中有一定限制。

2.2.3 分子印跡等離子體共振傳感器在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用 表面等離子共振(SPR)是一種物理光學(xué)現(xiàn)象，通過(guò)金屬薄膜折射率的變化來(lái)探測(cè)分子結(jié)合的方法。Zhang等[21]以4-乙烯基苯硼酸為功能單體，聚乙二醇丙烯酸酯為交聯(lián)劑，2,2’-偶氮脒鹽酸鹽為引發(fā)劑，采用原位聚合法在SPR芯片表面制備了卡那霉素分子印跡膜。后有學(xué)者將核殼式結(jié)構(gòu)與SPR納米傳感器相結(jié)合。如?zkan等[22]將六角氮化硼(HBN)納米片與分子印跡聚合物(MIP)相結(jié)合制備出一種基于核殼納米粒子的有效SPR納米傳感器(Ag@AuNPs )，用于依托泊苷(ETO)的檢測(cè)。該傳感器的線性范圍為1.0×10-7～1.0×10-5mol/L (R2=0.994 1)，成功地應(yīng)用于實(shí)際樣品中卡那霉素的測(cè)定。此類傳感器在實(shí)際樣品的檢測(cè)中，樣品無(wú)需純化，應(yīng)用范圍較廣。

2.3 分子印跡質(zhì)量敏感型在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用

分子印跡質(zhì)量敏感型傳感器主要有三種，分別是聲波表面?zhèn)鞲衅?、石英晶體微天平傳感器和懸臂梁化學(xué)傳感器。目前分子印跡技術(shù)常與石英晶體微天平傳感器(QCM)連用。QCM是一種高分辨率的質(zhì)量敏感傳感器，利用了石英中發(fā)現(xiàn)的壓電效應(yīng)。Shaheen等[23]制備了一種石英晶體微天平(QCM)的傳感器，傳感器響應(yīng)是由于氯霉素在模板空腔中重新結(jié)合而導(dǎo)致的微天平頻率降低，檢測(cè)限低至0.74 μmol/L，具有選擇性結(jié)合和良好的靈敏度。Zhao等[24]提出了一種基于空心分子印跡石英晶體微天平(QCM)傳感器的檢測(cè)甲咪唑方法，該方法首先利用表面印跡技術(shù)制備了空心印跡聚合物(H-MIPs)，以空心二氧化硅微球?yàn)榛|(zhì)支撐材料，該傳感器靈敏度高，LOD為3 μg/L，取得了較好的應(yīng)用效果。該類型傳感器通過(guò)檢測(cè)質(zhì)量微變化或者由其變化所導(dǎo)致的振幅、頻率、波速等聲波參數(shù)的變化，從而對(duì)被測(cè)物進(jìn)行分析，在實(shí)際應(yīng)用中具有很好的靈敏度和準(zhǔn)確性，廣泛應(yīng)用于定量分析中。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著分子印跡傳感器廣泛地應(yīng)用在藥物檢測(cè)領(lǐng)域中，高靈敏度和大檢測(cè)容量是傳感器行業(yè)的其它共同要求。經(jīng)分析，還存在以下幾方面的不足：(1)由于在傳感器表面上制造MIP受體的復(fù)雜性和有限的可重復(fù)使用性，阻礙了傳感器的商業(yè)化；(2)一些分子印跡聚合物的導(dǎo)電性能比較差，使制得的分子印跡傳感器的靈敏度較弱；(3)傳感器僅在合理范圍內(nèi)完成分析物的準(zhǔn)確定量時(shí)才有用。

針對(duì)以上問(wèn)題，個(gè)人認(rèn)為可從以下幾個(gè)方面解決：(1)發(fā)現(xiàn)新型的功能單體消除結(jié)合動(dòng)力學(xué)中的一些限制及提高印跡聚合物的耐受性，改善傳感器的使用性能；(2)與各種修飾劑(如量子點(diǎn)等)結(jié)合以提高被修飾電極的比表面積和電導(dǎo)率，從而提高傳感器的穩(wěn)定性和靈敏度；(3)結(jié)合一些輔助技術(shù)(如SPR等)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感信號(hào)，以提高分子印跡傳感器的準(zhǔn)確性?？傊肿佑≯E傳感器已廣泛使用在藥物監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，隨著其不斷發(fā)展，未來(lái)定會(huì)在更廣泛的領(lǐng)域中發(fā)揮作用。