学年论文10级化本范玲玲

1、分子印迹技术的应用进展10化本 范玲玲摘要：分子印迹技术是一种对特定的目标分子具有特异性识别作用的高分子材料技术，是近几年来新兴起的一种新型的高分子识别技术，本文介绍了分子印迹技术的基本原理和分类，综述了该技术在食品检测，固相萃取，传感器以及催化等方面的研究与应用，并对未来研究热点的发展方向进行了展望。关键词：分子印迹、分子识别、发展前景1分子印迹技术的发展在生物界中，分子识别在生物活性方面发挥着重要作用，大多数生物分离技术都依赖于分子识别，所以科学家在合成对目标分子有识别能力的聚合物时进行了各种尝试，出现了现在比较热门的分子印迹技术，paulin首次提出抗体形成学说1，要点是抗体在形成其三维

2、结构会尽可能地同抗原形成多重作用位点，抗原作为一种模板就会“铸造”在抗体的结合部位。虽然该理论后来被否定，但它为分子印迹技术的产生奠定了基础。1972年Wulff G研究小组首次成功制备出分子印迹聚合物(molecularimprinted polymers简称MIPs)2，使这方面的研究产生了突破性进展。但其应用仅限于催化领域，在分子识别领域没有展开，在1993年Mosbach等人在Nature上发表了有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道3，80年代Norrlow等进一步发展了这一技术，分子印迹技术通过印迹分子(目标分子或模板分子)的应用，使目标分子在聚合物中的特异识别位点或催化位点得以形成，但

3、主要用于小分子物质，1995年Maria和Kempe等又将该技术用于蛋白质的分离纯化4，分子印迹技术以其通用性和惊人的立体专一识别性，越来越受到人们的青睐。近年来，分子印迹技术发展迅速，并在色谱分析、固相萃取、食品检测、催化体系、化学传感器和临床药物分析等领域取得了蓬勃的发展。目前某些印迹聚合物的选择性和亲合力已能同天然的分子识别系统相媲美，而且分子印迹聚合物具有抗恶劣环境的能力，表现出高度的稳定性和长的使用寿命等优点。另外许多研究工作者采用多种聚合方法制备了不同形状的分子印迹聚合物，并运用各种分析方法研究了分子印迹聚合物对印迹分子的识别机理、识别特性和选择性等，并由此得到了世界关注，前景5令

4、人瞩目。分子印迹技术也由此成为化学、材料学、传感器、生物学药学、污染物分析等交叉学科和新兴研究领域，并成为目前国内外研究的热点之一。在此针对分子印迹技术的发展历史、基本原理、应用现状以及一些新的研究热点进行了综述。2分子印迹技术的基本原理和分类分子印迹技术是指为获得在空间结构和结合位点上与某一分子(模板分子)完全匹配的聚合物的实验制备技术。将模板分子与选择好的功能单体通过一定作用形成主-客体复合物然后加人一定量的交联剂和功能单体共同聚合成高分子聚合物，除去模板分子后，刚性聚合物中的空穴记录有模板分子的构型，且功能基团在空穴中的精确排列与模板分子互补，从而对特定的模板分子具有较高的识别能力，而达

5、到分离混旋物的目的。分子印迹技术一般包括以下几个步骤：（1）在一定溶剂中，具有适当功能基团的功能单体通过与模板分子间的相互作用聚集在模板分子周围，形成稳定的复合物。（2）加入交联剂后，过量的交联剂使得功能单体上的功能基团在特定的空间取向上固定。（3）将聚合物中的印迹分子洗脱或解离出来得到分子印迹聚合物。在模板分子所占据的空间位置和结构处遗留下来一个三维孔穴，该孔穴在尺寸，形状和结构方面与模板分子相匹配，同时由于功能单体具有与模板分子官能团互补的功能性官能团，因此所合成的分子印迹聚合物能够特异性的与模板分子进行识别和结合，因为分子印迹聚合物是根据模板分子“量身定做”的，因此分子印迹聚合物对模板分

6、子（或结构类似物）具有较高的特异性识别能力，这种识别类似于生物学中酶和底物之间的相互作用，并且这种识别能力可以和单克隆抗体相媲美，分子印迹聚合物被MOSBACH教授形象地称为“塑料抗体”。根据模板分子与单体结合方式的不同，印迹技术可分为非共价法、共价法和半共价法6，非共价法中MIPs的合成和识别都依赖于模板分子与功能单体间的非共价键( 氢键、静电引力、金属螯合作用、电荷移动、输水作用、范德华力等)，在共价法中，模板分子与功能单体之间形成的是可逆共价键，共价法制备的 MIPs选择性好，但可逆化学反应种类有限，印迹过程复杂，而且MIPs识别速度慢，限制了其普遍适用性。半共价法是前两种方法的综合，即

7、合成反应中单体与模板分子之间的作用力是共价键，而识别过程中目标分子与MIPs的作用是非共价的。3分子印迹技术的应用现状3.1用于化学仿生传感器生物传感器是由识别元件和信号转换器构成，识别元件的主要任务是绑定目标分子并进行特异性识别7。而分子印迹传感器就是将MIPs作为识别原件同传感器技术结合起来而发展起来的一项技术。MIPs具有许多与天然受体相同的特点，在极端的物理和化学( 热、有机溶剂、酸和碱) 条件下稳定性好，机械强度高，成本低和可重复使用等性能，被视为理想的化学受体。分子印迹传感器根据转换器的测量原理不同分为：光学传感器、电化学传感器、质量式传感器和热学传感器。目前，分子印迹聚合物主要应

8、用于光学传感器和电化学传感器两类中。电化学传感器方面的研究进展缓慢，但由于MIECS具有高选择性、高灵敏度易于微型化和自动化，且价格低廉的优点，近来越多的学者对MIECS进行了研究。近年来很多研究者把MIECS应用于环境污染物8、农有越药残留9、食品添加剂10和医学分析11等领域的检测，并取得了一定进展。MIECS检测生物大分子也开始受到人们的关注12，光化学传感器是利用敏感层与被测物质相互作用前后物理，化学性质的改变而引起的传播光诸特性的变化检测物质的一类传感器，具有安全性好、可远距离检测、分辨力高、工作温度低、耗用功率低、可连续实时监控、易转换成电信号等优点。随着光纤技术及光集成技的迅猛发

9、展，光化学传感器引起了人们的极大关注，并且已经广泛地应用于工业、环境、生物医学的检测13。3.2用于固相萃取剂MIPs具有制备方法简单、稳定性好、成本低、耐酸碱及有机溶剂等优点，因此MIPs非常适合作为固相萃取吸附剂，最新研究中把它与液相色谱联合首次运用于蜂蜜样品中四环素类酚类和氯霉素等痕量组分的净化和富集14、尿液中克仑特罗的检测15、4种磺酰脲类除草剂残留的测定16、测定饲料中磺胺类药物17和莱克多巴胺18、检测黄瓜中灭蝇胺19等，并且固相萃取与化学发光法联合测定蔬菜中马来酰肼20等。现在固相萃取技术广泛应用于很多领域，例如环境试样分析中的应用，食品分析中的应用以及生物医学方面的应用等等，

10、固相萃取具有构效预定性、特异识别性和广泛适用性的新型MIPs的不断制备和发展必将为复杂样品的前处理手段提供很好的技术平台，而且快速灵敏的色谱检测手段的发展也为分析物的检测提供了有利的工具，这将更加促进MIPs作为固相吸附剂在各领域样品前处理中的应用，为实现目标物的高选择性、高灵敏度检测奠定坚实基础。3.3用于生物催化酶由于其催化活性高，催化反应单一而受到人们的高度重视，但天然酶结构复杂，难以按人们的意愿合成出催化特定反应的生物酶。而分子印迹技术则是设计新型人工模拟酶的最有效的手段之一，而且具有抗恶劣环境，高度的稳定性和长寿命的优点21，1987年,Mosbach研究小组以底物类似物SA-1为模

11、板，印迹于有Co2+配合的功能活性聚合物聚4-(5)-乙烯基咪唑中，制备出对底物的水解反应具有特殊键合位的印迹聚合物催化剂，与无印迹聚合物相比它使水解速率提高了2倍，这是MIP催化剂最早的应用之一。此后，MIPs对各类酯水解反应的MIP模拟酶的研究报道陆续出现，催化水解反应成为研究最多的领域22，随着光学纯药物市场的发展，催化在手性拆分和不对称合成中将得到广泛的应用，同时降低药物价格和尽快进入市场的内在需求也对产品合成和提纯工艺提出了更高要求。模拟酶的分子印迹聚合物不仅具有很好的结构选择性，而且能大大加速水解过程，为合成分子印迹模拟酶和纳米材料的应用提供了新途径。3.4用于食品检测分子印迹技术

12、凭借其具有的特异结合性和较强的耐受能力，回收率高等优点在食品安全检测领域已经得到广泛的应用。Puoci等建立一个简单的MISPE方法从食品中预富集痕量的苏丹红N23，Baggiani等人研究了用分子印迹聚合物作固相萃取柱中的吸附材料，来分离纯化葡萄酒中的嗜咤胺类杀菌剂24；双酚 A 等类雌激素在食品及其包装材料中广泛存在，对人类健康是一个潜在的威胁，叶天等研究建立了一种罐头食品中的双酚A及其环氧衍生物含量的分子印迹检测方法25；周文辉等26采用以三聚氰胺为模板分子合成了对三聚氰胺具有较好选择性的分子印迹聚合物，可以从奶粉、纯牛奶等奶制品中选择性地分离、富集三聚氰胺，并有效地去除奶制品中的复杂基

13、质，取得了良好的效果。子印迹方法的不断改进、新的功能单体不断出现，各种新型材料不断引入，都将不断推动分子印迹技术在更高层次上继续发展。总之，随着生物技术、电子技术、合成手段和现代分析检测手段的迅猛发展，分子印迹技术将日益完善，其必将在食品安全检测中发挥更大的作用。4分子印迹技术未来发展的方向4.1在水中进行分子印迹识别众所周知，在环境监测、食品安全分析与临床诊断中所用的样品多为有机小分子的水溶液体系，因此发展在水溶液中对有机小分子具有优异分子识别性能的分子印迹聚合物至关重要。而迄今为止发展起来的以有机小分子为模板的分子印迹聚合物通常只有在有机溶液体系中才能显示出优异的分子识别性能，而真正能适用

14、于水溶液体系的分子印迹聚合物则非常有限。然而无论从经济、生态及环境保护等各方面考虑，以水来代替有机溶剂都是非常必要的。而就其潜在的在生物技术领的应用（如生物样品分离材料与仿生化学传感器等）来讲，以水为溶剂则是必须的，因此开发在水溶液域中具有优异分子识别性能的分子印迹聚合物具有极其重要的意义。目前主要用在水分子识别的印迹技术有：（1）模板分子与功能单体通过疏水作用预组织；（2）在水-气界面上的分子印迹技术；（3）以硅胶为载体的分子印迹技术；（4）金属和配体进行“预组织”等27。但水相中的生物分子印迹技术目前仍存在很多问题，如：(1)大量水存在时，模板分子和功能单体的自组装过程最易受水分子的干扰，

15、因为水分子会与功能单体竞争和模板分子形成氢键；(2) 用于水相中的水溶性交联剂不能充分地增强高聚物，因此所得的高聚物在用作固定相时，就会出现刚性不足的问题。为此科学家们也正立足于寻找解决这些问题的方法，相信不久的将来，势必有大的发展。4.2计算机模拟在分子印迹中的应用计算机模拟方法能解决在模板分子、功能单体、交联剂和辅助溶剂共同存在的复杂分子印迹聚合物预组装体系中的条件优化问题，以确定最佳合成条件。这可以减少一些为了优化实验条件进行重复实验而带来的时间、试剂、材料和人力的消耗，并有利于合成高选择性和高亲和性的分子印迹聚合物，大大提高了研发效率。现在，计算机模拟也已经应用到了识别机理研究领域，并

16、取得较大的进展。今后计算机模拟在分子印迹技术中的应用趋势将是加深对分子印迹识别机理的研究、扩大分子印迹聚合物印迹范围、分子印迹聚合物筛选制备以及提高聚合物的制备效率和识别性能等。计算机模拟作为理论分析和实验的有力辅助和补充，将在分子印迹为理论分析和实验的有力辅助和补充，将在分子印迹技术等分析检测领域发挥越来越大的作用。5总结我们相信，随着化学、材料学、计算科学、生物学等交叉学科的不断进步，分子印迹技术会得到进一步的发展，并在越来越多的领域发挥巨大的作用。参考文献1 王荣艳，王静，王锡昌.分子印迹技术的研究的新进展及应用J.ModemScient，2008(3):11-162 马玉哲，李红霞.

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