分子印迹技术在食品安全检测分析中的应用

安奉凯1，2，潘红青1，2，贾晓川1，2，王硕2

（1.天津出入境检验检疫局，天津300457；2.天津科技大学“食品营养与安全”教育部重点实验室，天津300457）

分子印迹技术

在食品安全检测分析中的应用

作者简介：安奉凯（1969—），男（汉），工程师，本科，学士，研究方向：食品安全。

摘要：

综述分子印迹技术的产生与发展、分子印迹的原理，常用的合成方法以及在固相萃取，膜分离，传感技术，免疫分析技术诸方面的应用，并对该技术的应用前景进行展望。关键词：

分子印迹；食品安全；检测分析APPLICATION OF MOLECULAR IMPRINTING TECHNOLOGY IN FOOD SAFETY DETECTION AND ANALYSIS

AN Feng-kai 1,2，PAN Hong-qing 1,2，JIA Xiao-chuan 1,2，WANG Shuo 2

（1.Tianjin Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau ，Tianjin 300457,China;2.Key Laboratory of Food Nutrition

and Safety,Ministry of Education,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China ）Abstract:In this paper,the appearance,and development,basic principle and the applications of MIT on solid-phase exaction,membrane separation,sensor technology and immunoassay were reviewed;the application prospect is also introduced.

Key words:molecular imprinting technology;food safety;detection and analysis

食品是人类赖以生存和发展的物质基础，随着全球经济一体化和食品贸易国际化，食品安全已成为一个世界性的挑战和全球重要的公共卫生问题而引起了全球人们的关注。在我国，近年来随着经济和社会的发展，食品安全的警钟不时在我国人民耳边敲响：瓜果蔬菜中农药残留超标、牛奶及乳制品中抗生素超标、水产品生产中抗生素和激素严重超标、生猪生产中的瘦肉精等问题严重，微生物污染造成的食源性疾病问题十分突出，非法使用劣质原料、添加有毒有害物质事件时有发生，给我国农产品销售、出口和消费者的身体健康带来了严重影响，我国的食品安全问题不容乐观。

目前对于食品安全的检测方法有很多，诸如化学方法、色谱法、免疫法、传感器法以及生物检测方法等。这些方法都需要对样品进行预处理，去除干扰杂质，富集痕迹量待测目的组分。针对样品成分复杂、大规模检测的情况，上述方法不适合实际现场检测的需要，需要

大型的昂贵的仪器和专门技术人员，而且有些方法的重现性不好或样品制备周期长等问题，在此背景下，新的检测技术或样品预处理方法被积极的开发出来，分子印迹技术(Molecular imprinting technology,MIT)就是其中的一项技术。

1分子印迹技术的产生与发展

分子印迹技术来源于免疫学的发展，早在20世

纪40年代，著名的诺贝尔奖获得者Pauling [1]就提出了以抗原为模板来合成抗体的理论。尽管这一设想后来被证明是不可行的，但却大大启发了广大科研工作者。

1949年，Dickey [2]首先提出了“分子印迹”这一概念，但在很长一段时间内没有引起人们的重视。直到

1972年由德国的Wuff [3]研究小组首次报道了人工合成分子印迹聚合物(Molecularly imprinted polymers ，

MIPs)之后，这项技术才逐渐为人们所认识。特别是1993年Mosbach 等[4]在上发表有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道后，这一技术开始飞速发展，每年发表的有关分子印迹技术的理论、分子印迹聚合物的合成及应用的论文数直线上升。迄今在印迹机

理、制备方法以及在各个领域的应用研究都取得了很大的进展[5-9]。

2分子印迹技术的基本原理

就是仿照抗体的形成机理，在模板分子周围形成一个高度交联的刚性高分子，除去模板分子后在聚合物的网络结构中留下了与模板分子在空间结构、尺寸大小、结合位点互补的立体孔穴，从而对模板分子表现出高度的选择识别性能[10-15]。

分子印迹聚合物的制备过程主要分为以下几个步骤：首先，模板分子与功能单体通过共价键或非共价键结合产生功能团和空间结构互补的相互作用，形成配合物；第二，在过量交联剂的存在下，引发聚合，使模板分子-功能单体配合物周围发生聚合反应，形成高度交联的具有一定机械性能的高分子聚合物；第三，除去模板分子，得到功能团和空间结构与模板分子互补的分子印迹聚合物。

3分子印迹技术在食品安全检测中的应用

分子印迹聚合物是按照模板分子定做的，可专一地识别印迹分子，可以与天然的生物分子识别系统，如酶与底物、抗原与抗体、受体与激素相比拟，具有抗恶劣环境、稳定性高、使用寿命长的优点。根据不同的目的制备不同的分子印迹聚合物，可以满足在食品安全领域如在兽药检测方面、农药残留方面等各种不同的需要。

3.1在固相萃取领域的应用

在样品前处理过程中，传统的固相萃取吸附剂与萃取物之间没有特异性，在萃取和洗脱条件难于掌握。分子印迹合成的聚合物是按照模板分子定做的，可以特异性地识别萃取物，而且制取方法简单，性质稳定，环境适应条件强。因此被越来越多的应用在固相萃取吸附剂上。

从Sellergren在1994年首次报道了以戊脒为模板制备的印迹聚合物用于试样的预处理[16-17]，并将该聚合物作为吸附剂完成了对生物液体试样尿中戊脒的提取、纯化和浓缩开始，这方面有了很迅速的发展。目前分子印迹聚合物被应用在固相萃取填料上的化合物主要有各类抗菌药，三嗪类除草剂药物[18-22]等。Jun Yang[22]等利用尼古丁的体内代谢物cotinine为模板分子，甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂合成的分子印迹聚合物应用在固相萃取，人的尿样中选择性的吸附了cotinine。并利用高效液相色谱(HPLC)进行定量定性分析，回收率达到80%，线性范围为0.05mg/L~5.0mg/L。Keith Farrington[23]等利用咖啡因为模板分子合成了分子印迹聚合物，从样品中萃取了咖啡因，通过与NMR-滴定实验优化了反应过程中的各个参数，提出了关于MIPs 聚合过程中的关键因素。Rayane M.等[24]利用一种硝基咪唑的聚合物从样品中抽提了五种硝基咪唑化合物和三种体内代谢物，在具体样品中，通过分子印迹固相萃取柱，以LC-ESIMS/MS检测，检测结果达到了欧盟规定的标准，回收率在91%~111%；王培龙等[25]采用分子印迹聚合物固相萃取富集猪尿液中的盐酸克伦特罗分子，经过衍生化，利用毛细管气相色谱-质谱(GC-MS)联用方法定性和定量分析，检出限(LOD)为5.1×10-4mg/L，该方法能够有效地消除尿液的基体干扰，具有较低的检出限和较高的精密度。

大量的试验表明，分子印迹聚合物应用在固相萃取上显示了极大的优越性，经过印迹固相萃取，可以大大提高仪器确证分析兽药残留的准确度和精密度。3.2在膜分离领域的应用

分子印迹膜(MIM)的研究最早始于20世纪90年代，是一种结合了微孔筛分作用和分子印迹特异性吸附能力的膜。除了筛分作用外，由于膜对目标分子的特异性吸附及由此而来的对扩散通道更高的接近能力，因此MIM能传输特定的底物分子，可将膜分离的可连续化操作特点与MIT相结合。这种分离膜具有处理量大、易放大的特点，而且对目标分子的特异吸附具有高选择性、高收率的优点，是目前最有应用前景的一种膜技术。

Sergeveva等[26]在亲水性聚偏氟乙烯膜表面接枝，以特丁通为模板分子，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体，合成高聚物，对样品中除草剂进行膜分离。Ulbricht等[27]利用光接枝共聚技术制备了对扑灭通有特异识别能力的MIPs膜，通量达到120L/(m2·h)，这是目前MIPs膜的最大通量。最近Lehmann等[28]又开发出一种新型复合膜，将印迹纳米粒子高的比表面积和选择性与膜的支撑作用结合起来，这是一种新颖而有效的方法，但通量还有待提高。

3.3在传感技术领域的应用

传感器通常是指由敏感部件与转化器紧密配合，对特定物质具有选择性和可逆响应的分析装置。传感器的敏感层与复杂样品中特定的目标分析物之间的识别反应会产生一些物理学信号的变化，再通过效应器转换成第二信号，用于物质的检测。与传统的检测方法相比，传感器检测技术具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低，能在线检测等优点，是食品安全