分子印迹技术原理及其在分离提纯上的应用

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生物分离的新技术——分子印迹

—创新论坛—工业生物技术专家报告会

2008级生命学院3班微生物与生化药学专业

2008001243 宋汉臣

目录

1分子印迹技术的原理与方法 (3)

1.1 MIP的制备过程 (3)

1.2制备MIP的方法 (3)

1.2.1预组装法——共价键作用 (4)

1.2.2自组装法——非共价作用 (4)

1.2.3 共价作用与非共价作用联合法 (5)

2 分子印迹技术在分离上的应用 (5)

2.1 MIP作为固定相的分离技术 (6)

2.1.1MIP作为固定相分离天然产物 (6)

2.1.2MIP作为固定相检测食品中药物的残留 (7)

2.2分子印迹膜(MIM)分离技术 (7)

3问题与展望 (8)

4 参考文献 (9)

摘要：分子印迹技术[1](Molecular Imprinting technique，MIT)是一种新的、很有发展潜力的分离技术。由于其具有选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用范围广等优点，分子印迹聚合物已广泛应用于生物工程、临床医学、环境监测及食品工业等众多领域，在分离提纯、免疫分析、酶模型以及生物模拟传感器等许多方面显示出良好的应用前景，引起了人们的广泛关注，其有望在三聚氰胺的快速痕量检测上发挥作用。

关键字：分子印迹生物分离分子印迹聚合物

前言：

分子印迹技术最初出现源于 20世纪 40年代的免疫学，当时Pauling[3]首次提出抗体形成学说为分子印迹理论的产生奠定了基础， 1993年Mosbach等人有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道，使这一技术在生物传感器、人工抗体模拟及色谱固相分离等方面有了新的发展，得到世界注目并迅速发展。基于该技术制备的分子印迹聚合物具有亲和性和选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用范围广等特点,因此分子印迹技术在许多领域，如色谱分离、固相萃取、仿生传感、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离等领域得到日益广泛的研究和开发，有望在生物工程、临床医学、天然药物、食品工业、环境监测等行业形成产业规模化的应用。目前，全世界[3]至少有包括瑞典、日本、德国、美国、中国、澳大利亚、法国在内的 10多个国家、100个以上的学术机构和企事业团体在从事分子印迹聚合物的研究和开发。

分子印迹技术是近年发展起来的一种新方法[2]，它可为人们提供具有期望结构的性质的分子组合体。当体系中存在着模板分子时，功能单体可以通过聚合使这些模板分子以互补的形式固定下来。聚合后，模板分子可被除去，于是在这一过程中，体系变动的“快照”就可被“拍摄”或记录下来，此对模板分子具有“记忆”功能，再遇到模板分子时就表现出独特的识别性能。从而使获得的分子组装体能专一性地键合模板分子以及它的类似物。

1分子印迹技术的原理与方法

分子印迹技术是指制备对某一特定分子具有选择性识别能力的聚合物的技术。模板分子与功能单体相互作用形成超分子复合物，再在交联剂作用下形成聚合物；当在一定条件下除去模板分子后，即可得到分子印迹聚合物(MIP)[4]。

1.1 MIP的制备过程[5]

MIP的制备过程主要由如下 4步构成：

（1）印迹分子与功能单体通过共价或非共价键作用相互结合，形成印迹分子-单体配合物（图1步骤3）

（2）在配合物中加入交联剂，受引发剂、热或光引发，印迹分子-单体配合物周围产生聚合反应。在此过程中，聚合物链通过自由基聚合将模板分子和单体配合物“捕获”到聚合物的立体结构中。常用交联剂有：双甲基丙烯酸乙二醇酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三甲氧基丙烷、三甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯等。（图1步骤4）（3）洗脱[6]印迹分子，得到印迹聚合物，形成含有与印迹分子形状和功能基团排列相匹配的空穴。分子印迹的3个过程可用图1来描述。（图1步骤5）因此MIP对印迹分子有“记忆”功能，对其具有高度的选择性。

图1分子印迹示意图[3]

(4) 后处理。在适宜的操作条件下对印迹分子聚合物进行成型加工和真空干燥等后处理。所

制备的分子印迹聚合物应具备良好的物理化学和生物稳定性、高吸附容量和使用寿命、特定的形状尺寸，以获得较高的应用效率。

1. 2制备MIP的方法[2]

根据印迹分子和功能单体之间的作用可将制备MIP的方法分为以下三种：

1. 2.1预组装法 (Pre-organized approach)——共价键作用

共价键法是由Wullf等人创立发展起来的。该方法中印迹分子 (目标分子 )和功能单体以共价键的形式结合生成单体—模板配合物，单体—模板配合物于交联剂反应生成聚合物

后，进一步在化学条件下打开共价键使印迹分子脱离。此时形成的共价键既稳定又可逆，这似乎是相互矛盾的双重特性，所以注定了其生成的分子稳定性高、抗性好、选择性强，但产物的洗脱困难的特性。共价键法主要应用于制备各种具有特异识别功能的聚合物，如糖类及其衍生物、甘油酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物、香酮、醛类及甾醇类物质。

1.2.2自组装法（Self-assembly approach）——非共价作用

非共价键法是由Mosbach等人发展起来的，即把适当比例的印迹分子与功能单体和交联剂混合，通过非共价键结合在一起生成非共价键印迹分子聚合物。非共价作用不必合成共价的单体-模板配合物，可在温和的条件下很快的将模板从聚合物中除去，拥有较快的反应速度，但这些也恰恰反映了非共价作用的缺点：选择特异性不强、生成的聚合物不稳定。此法主要应用于下列物质的分离中: 染料、二胺、维生素、氨基酸衍生物、多肽、肾上腺素功能药物阻抑剂、茶碱、二氮杂苯、核苷酸碱基、非甾醇类抗感染药莱普生和苄胺等。

共价键法和非共价键法的主要区别在于：单体与模板分子的结合机理不同，非共价键法中通过弱的相互作用力在溶液中自发地形成单体模板分子复合物，而共价键法是通过单体和模板分子之间的可逆性共价键合成单体模板分子复合物的，见(图13)[3]。

图13 共价作用与非共价作用过程[3]

1.2.3 共价作用与非共价作用联合法

近来 Vulfson等人又发展了一种称之为“牺牲空间法( sacrificial spacer method)”的分子印迹技术。该法实际上是把分子自组装和分子预组织两种方法结合起来形成的方法，其制备过程如图 14所示。

图 14 牺牲空间法示意图

模板分子与功能单体以共价键的形式形成模板分子的衍生物(单体—模板分子复合物)，这一步相当于分子预组织过程，然后交联聚合，使功能基固定在聚合物链上，除去模板分子后，功能基留在空穴中。当模板分子重新进入空穴中时，模板分子与功能单体上的功能基不是以共价键结合，而是以非共价键结合，如同分子自组装。那么整个过程也就是制备时模板分子与功能单体共价结合，反应时底物分子和聚合物非共价结合。这样就同时拥有了稳定性