分子印迹技术及应用

分子印迹技术及应用

林凯城１李永莲２

（１．揭阳职业技术学院化学工程系广东揭阳

５２２０００；２．广东轻工职业技术学院科研处广东广州５１０３００）

摘

要：分子印迹技术是构建高分子聚合物的有效方法，这种方法简便、成熟。所构建的纳米孔穴与印迹分子在空间形

状、大小以及作用点上相匹配，所以能被印迹分子高效地选择性识别出来。目前已广泛应用于各种离子、小分子、大分子等

的印迹。文中阐明了分子印迹技术的基本原理，简述了分子印迹技术的主要制备方法，并展望了光子晶体的应用前景。

关键词：分子印迹；聚合方法；应用

中图分类号:Ｑ５０３文献标识码:Ｂ

文章编号:１６７４－４８９６（２０１２）１２－００２６－０５

分子印迹技术最先应用于２０世纪４０年代Ｐａｕｌｉｎ首次提出抗体形成学说［１］，为后来分子印迹理论的产生和发展奠定了理论基础。１９７２年，Ｗｕｌｆｆ在分子印迹技术方面的研究取得了突破性进

展，首次成功制备出分子印记聚合物（MIPs ）[2]。

１９９３年Ｍｏｓｂａｃｈ开展的有关茶碱分子的分子印迹聚合物的研究也取得巨大成就，并在《Ｎａｔｕｒｅ》上发表了相关的论文。从此，分子印迹聚合物引起了人们的广泛关注，因为其具有高度专一性和普适性，并且广泛地应用于化学和生物学交叉的新兴领域，如模拟酶、药物分析、催化剂、色谱分析与色谱分离、仿生传感器等方面，受到世界关注并迅速发展。

高分子聚合物的合成，在合成之前将印迹分子加入到功能单体之中，两者之间发生化学作用，与此同时，加入交联剂及引发剂，通过一系列的聚合反应形成一个固态高分子化合物，这个化合物是高度交联的，接着将印迹分子从高分子中移除，这个可以利用化学或物理的方法移除，经过这个步骤之后，大量的空腔结构就在高分子化合物的内部形成并存在了，通过这些空腔结构内各官能团的位置以及它们各自的形状，空腔结构可以与印迹高分子进行互补，并且还能发生具有特殊性能的作用。分子印迹技术各方面的研究也正是利

用这一原理开展工作的。功能单体和印迹分子之间存在的化学作用方式主要有两种，一是共价键，另外一个是非共价键，其中又以非共价键作用方式的应用较多，它包括离子键作用、疏水作用、氢键作用等。

图1典型的分子印迹步骤[3]

当前，利用分子印迹技术合成的聚合物，由于其具有广泛的通用性和惊人的立体专一识别性，全世界进行ＭＩＰｓ的研究与开发的国家至少有１０多个国家，包括日本、美国、德国、中国等，另外还有企事业单位和学术机构，其总数也不少于１００个。但是，

由于目前所利用的制备聚合物的分子印

收稿日期：２０１２－０９－０４作者简介：林凯城（１９８３－），男，广东揭阳人，助教，研究方向：化学传感材料。

第５卷第６期２０１２年１２月清远职业技术学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｉｎｇｙｕａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃVol.5,No.6Dec.2012

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迹技术仍存在着许多问题，例如所制备的ＭＩＰｓ对目标分子的结合量较少、可接触性差、达到结合平衡时所需要的时间较长、制备过程中所使用的印迹分子难以完全洗脱等。本文将详细介绍近年来分子印迹技术的聚合方法，并介绍分子印迹技术在各个领域的应用。

1制备聚合物的分子印迹技术的聚合方法功能单体和印迹分子之间相互作用，从而形成多重作用点。根据作用方式的不同，分子印迹技术主要有以下两种方法。

１．１共价法（预组装法）

该方法是由Ｗｕｌｆｆ等［４］创立。在此法中，功能单体和印迹分子通过不稳定的共价键相连，在聚合前，通过印迹分子和功能单体之间发生的化学反应，生成西夫碱、硼酸酯、缩醛和缩酮等的衍生物，再合成高分子聚合物，这一步骤通过加入交联剂进行聚合反应制得，接着去除印迹分子即可以得到分子印迹聚合物（ＭＩＰｓ），这个可以通过水解等方法实现，该聚合物是共价结合型的化合物。目前，通过分子印迹技术获得的ＭＩＰｓ主要有甘油酸、糖类、扁桃酸，氨基酸及其衍生物，菌类，联辅酶，芳香酮以及二醛类等化合物。共价结合型的ＭＩＰｓ不适合于快速识别化合物，因为其所受到的限制较大，并且分子之间的共价作用力比较强，热力学平衡状态难以达到，这是由于其与印迹分子的解离与结合速度比较缓慢，另外，其与生物识别的作用机理相差甚远，且操作难度较大，因此发展比较缓慢。

１．２非共价键法（自组装法）

该方法主要是由Ｎｏｒｒｌｏｗ等［５］创立。在此法中，单体主要通过较弱的分子间作用力在模板分子周围进行自组装。制备ＭＩＰｓ最有效且最常用的方法是非共价键法。制备ＭＩＰｓ的非共价键主要有金属与配体的络合作用、偶极作用、π－π电子键、氢键、静电作用力、疏水作用和范德华力［６－７］。其中又以离子作用最为重要，另外是氢键的作用力。但在制取分子印迹聚合物（ＭＩＰｓ）的一系列过程中，通常制得的分子印迹聚合物（ＭＩＰｓ）选择性较低，这是由于使用了单一的作用方式的结果，因此在大多数情况下，为了制备具有高选择性和分离能力

的分子印迹聚合物（ＭＩＰｓ），一般都使用多种作用相互结合的方式。非共价法的模板分子容易除去，操作方法简单易行，具有更接近于天然分子的识别系统，如“抗体一抗原”等，这是与共价法相比所具备的优点。为了改善印迹的效果，还可以在印迹过程中同时提供多种单体，这样就可以给模板分子提供更多的相互作用效果。所以，分子印迹技术中的非共价法成为了研究热点，并且发展非常迅速。

2分子印迹聚合物（MIPs）制备技术具有的特点通过以上对分子印迹聚合物（ＭＩＰｓ）的聚合方法的介绍，可见ＭＩＰｓ主要具有下面三个方面的特点。

（１）可预定性。也就是说，不同的分子印迹聚合物（ＭＩＰｓ）可以根据各种不同的需要制备。

（２）可识别性。也就是说ＭＩＰｓ可专一地识别印迹分子，这是因为ＭＩＰｓ是按照模板分子定做出来的。

（３）实用性能。也就是说ＭＩＰｓ由于它是由化学合成的方法制备出来的，具有抗恶劣环境的能力，这是天然的生物分子识别系统如受体与激素、抗原与抗体、酶与底物所不具备的优点，所以说ＭＩＰｓ能表现出长的使用寿命和高度的稳定性。

3制备分子印迹聚合物(MIPs)各要素的选择３．１模板分子

甾醇类、金属离子、碳水化合物、羧酸类、有机胺类、氨基酸、蛋白质及核酸都可以用于制备分子印迹聚合物（ＭＩＰｓ），所以说在非共价型印迹聚合物的制备中，模板分子几乎不受什么限制。而如果用金属晶体、细胞［２２］等大分子作模板分子制备分子印迹聚合物（ＭＩＰｓ）却有一定的困难，虽然在这方面也有一些相关的报道。制备分子印迹聚合物（ＭＩＰｓ）一般选用有强极性基团的化合物，这样能制备出高选择性能的ＭＩＰｓ。另外，也可以选择能与功能单体形成氢键的印迹分子，因为氢键具有饱和性和方向性，并且作用力较强，制备出的ＭＩＰｓ也同样具有高选择性能。

３．２溶剂

溶剂对非共价型ＭＩＰｓ的制备有很大的影响，能影响分子的形态和相互之间的作用力，并且有

第５卷清远职业技术学院学报２０１２年

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