分子印迹技术在药学中的应用

分子印迹技术在药学中的应用分子印迹技术（MolecularlyImprimingTechnique,MIT）是近些年发展起来的一种新型技术，其核心在于制备对目标分子具有特异识别性且高度稳定的分子印迹聚合物（Molecularlyimprintedpolymers，MIPs）。MIT技术的原理类似与“锁和钥匙”的理论，自1972由德国HeinrichHeine大学的Wulff[1-2]首次成功的合成了以糖类化合物为目标分子的共价型分子印迹聚合物起，这种能生动地模仿自然界自主识别过程的新技术，近年来已成为科学家们的热门研究方向。1分子印迹聚合物制备的过程及方法1.1分子印迹聚合物的制备过程分为以下几步⑶：（1）在特定的溶剂中，模板分子和功能单体在官能团之间的共价或非共价作用力下，结合形成配合物。（2）在溶剂中加入合适的交联剂，并引进光和热聚合，使其共聚形成高度交联的刚性聚合物。（3）将聚合物中的印迹分子用合适的溶剂去除去，这样就在聚合物中形成空间和化学功能与印迹分子相匹配，并且有预定选择性的立体孔穴。根据功能单体与印迹分子的作用机理的不同，分子印迹技术可分为共价键法，非共价键法，半共价键法。1.2常用的制备方法1.2.1本体聚合法所谓本体聚合就是将印迹分子、功能单体、交联剂和引发剂按比例溶解在惰性溶剂中，脱气、通氮除氧，然后在真空下移入密封的玻璃安培瓶中，经热引发或紫外光照射引发聚合得到块状聚合物。后经粉碎、磨细、过筛等过程，使块状聚合物成合适大小的粒子，洗脱除去模板分子。这种合成操作条件易于控制，实验装置简单，便于普及，此方法由Sellergren囹等人于1988年提出，迄今为止仍然为MIP的主要制备方法。1.2.2原位聚合法原位聚合是一种将模板分子、功能单体、交联剂、致孔剂和溶剂置于某些容器中或固体表面上直接聚合的方法。聚合物不需要经研磨、过筛和沉降等繁琐过程而直接用于分析。虽然原位聚合方法简便且步骤捷简，但原位聚合法的聚合条件往往很难控制和掌握。GuJ[5]等应用原位聚合法合成印迹聚合物制备分子印迹整体柱，以大黄素为模板分子，结果表明其分离纯化大黄素的能力优良。1.2.3悬浮聚合法悬浮聚合法是以水或强极性有机溶剂（全氟烃）作为分散剂，选用疏水性的功能单体，使印迹混合物形成乳液，聚合得到粒径大小规整的印迹聚合物颗粒。因为整个制备过程都是在非极性体系中进行的，产物较适合应用于非极性环境中。Madrakian等［6］以萘普生为模板，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，过硫酸铵为引发剂，通过悬浮聚合法制备分子印迹磁性多壁碳纳米管（MIPMCNTs），用于测定萘普生在人尿样品中的含量，并获得了满意的结果。1.2.4表面印迹法表面分子印迹法是先将模板分子与聚合单体在溶液中反应形成加合物，再以表面活化后的聚合物颗粒（如硅胶、壳聚糖）作为载体，制备MIPs的一种方法称为表面印迹法。这种附着在模板分子表面的印迹聚合物相对于其他聚合物有较高的空度和较大比表面积，能与底物更好的混合。1.2.5二次溶胀法二次溶胀法是在悬浮聚合法优化后发展起来的制备方法7］，总结来说两个步骤：（1）采用无皂乳液聚合法合成粒径较小的微球；（2）以此微球为种球，再用特定的乳液将其进行多次溶胀，然后引发聚合，得到粒径较大的微球。2分子印迹技术在药学相关领域中应用基于MIPs对氨基酸、蛋白质［8-1。］，以及药物［U］，食品［⑵，污染物U3］中多种化学和生物分子的高效识别能力，如今它的应用领域包括：分离、纯化目标物质14］，化学仿生传感器［15］，人工抗体模拟［16-17］，生物催化［18］，给药系统［19］等。本文将对MIT在药学中的应用进行了较为详细的介绍与论述。2.1MIPs应用于分离纯化目标物质因MIPs分离技术具有构效预定性、特异识别性、长期稳定性，且实施简便、溶剂消耗量小、可回收再利用等优点，分子印迹色谱法在中药有效成分的提取分离中有很好的应用前景，并且成为MIPs近些年被研究最广泛的应用领域之一。木犀草素［20］是花生壳中主要的黄酮活性成分，潘浪胜等用木犀草素分子印迹聚合物柱层析，对花生壳中黄酮类活性成分进行分离纯化和结构确定，成功地从花生壳的乙醇（70%）提取物中分离得到1个黄酮类化合物，经验证确为木犀草素。药物分子结构中引入手性中心后就叫手性药物，临床常用的2000余种化学药物中，约40%是手性化合物，其中单一对映体不足100种，外消旋体是主要的药用形式［21］，虽然对映异构体药物的理化性质基本相同，但由于药物分子所作用的受体或靶位是由氨基酸、核苷、膜等组成的手性蛋白质和核酸大分子等，后者对与之结合的药物分子的空间立体构型有一定的选择。因此，往往两种对映异构体中仅有一种是有效的，另一种无效甚至有害，所以这就提出手性药物的拆分要求，但传统的分离手段很难达到分离要求。分子印迹技术的出现为药物手性分离提供了一种简单有效的分离方法。尹俊发22］等以手性药物那格列奈为模板分子，采用原位聚合法制备了具有特定识别性能和手性拆分能力的分子印迹聚合物，并用作高效液相色谱固定相实现了那格列奈与其对映体的手性拆分。证明了原位聚合法制备的棒状聚合物固定相对模板分子及其对映体有很好的手性拆分性能;麻黄碱和伪麻黄碱是麻黄的两种主要成分，分子量相同，化学结构互为差向异构体，两药药理作用相当广泛且有差异。先前（一）-麻黄碱分子印迹聚合物（MIP）已成功应用于超临界流体色谱固定相的分离（±）-麻黄碱对映体中，AnsellRJ［23］等通过优化流动相组成，取得了更好的分离。因MIPs分离技术的特异识别性，它非常适合用作固相萃取剂来分离、富集复杂样品中的痕量被分析物，MIPs的出现明显提高了固相萃取技术分析的精密度和准确性，也为固相萃取技术提供了新的吸附剂选择。分子印迹聚合物作为固相萃取剂的应用主要包括固相萃取、基质固相分散萃取、固相微萃取、搅拌棒吸附萃取和磁性材料萃取。李礼［24］等分别以中药黄栌的主要成分非瑟酮为印迹分子、丙烯酰胺为功能单体及乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，聚合法合成了分子印迹聚合物。将其装于自制的固相萃取柱中，研究了以不同体积比的乙醇-水溶液为溶剂时非瑟酮在柱上的保留行为。通过优化清洗及洗脱条件，使非瑟酮与它的结构相似物槲皮素在柱上得到了很好的分离。司丽丽［25］以甲基丙烯酸为功能单体，磺胺二甲基嘧啶为模板分子，二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，乙腈为致孔剂，偶氮二异丁腈为引发剂，研究制备了磺胺二甲嘧啶分子印迹整体固相微萃取棒，并将制备的磺胺二甲嘧啶分子印迹整体棒应用于固相微萃取中，本研究适用于检测痕量的磺胺二甲嘧啶及其类似物。KolePL［26］等应用搅拌棒吸附萃取（SBSE）HPLC-UV技术测定了小儿尿液样本中的双氯芬酸的含量，并将此方法成功地应用于分析儿科临床药品试验的样品中双氯芬酸含量。基质固相分散萃取和磁性材料萃取则多用于农药残留检测和环境污染监测，在这里不予以举例说明。2.2给药系统由于MIPs对模板分子具有选择吸附性，且空穴结构具有高承载能力，所以MIPs可作为一种特殊材料应用于给药系统。Norell,M.。27］等在1998年第一次提出了印迹聚合物应用于缓释给药系统的想法，试验者以茶碱的分子印迹聚合物为研究对象，研究证明聚合物能在pH值7.0的磷酸盐缓冲液中维持几个小时的缓慢释药。近几年MIPs在缓控释给药系统的应用日趋成熟，余旭辉［28］以舒必利为模板分子，甲基丙烯酸和衣康酸分别作为单体，采用本体聚合法制备了对舒必利及其结构类似物具有选择吸附性能的MIPs,并将载药后的MIPs粉末加入辅料制成的MIPs-舒必利片剂。结果表明，在pH6.8的模拟肠液中，舒必利在100min释放达到平衡，而含有辅料的MIPs-舒必利片剂在250min释放达到平衡，显示该材料作为载体后具有一定的缓释性能。作为载体材料具有进一步开发为药物控释制剂的价值。智能调节型给药系统是［29］指由智能高分子载体构成的具有自我反馈功能的给药系统，这种智能性主要表现在智能高分子载体上，而所谓的智能高分子载俸材料是指通过系统协调材料内部的各种功能，对环境可感知且可响应，若且具有功能发现能力的一种新材料。Sreenivasan,K.［30］以氢化可的松作为模板分子制备MIPs，在移除模板分子后，让MIPs装载与其结构相似的睾酮分子。将装载了睾酮分子的MIPs置于有氢化可的松存在的溶液中，因MIPs对模板分子（氢化可的松）的认知识别能力优于睾酮分子，MIPs将会卸去睾酮分子，从而达到智能释药的目的。3结语与展望如今分子印迹技术已广泛应用于药物研究的各个方面，但其中存在的问题不容忽视32］。其一，一个新的MIP系统与特定模板分子的匹配需要消耗大量的人力和物力。要求试验者必须经过多次尝试，合理的调节各个实验参数才能摸出最佳条件。组合化学和高通量筛选［31］与分子印迹技术的结合则会提高MIPs的优化效率，这无疑将成为未来的一个热门研究领域。其二，MIPS的设计大多存在于非极性环境中，而在临床或环境监测领域，很多生物分子是不溶于有机溶剂的，更甚置于其中将失去活性，所以MIPS与水的兼容性至关重要。但研究证明水分子的存在会削弱或破坏模板与功能单体之间的非共价相互作用（静电吸引，氢键和范德华力），这是一个亟待解决的问题。尽管分子印迹技术存在上述不足，但随着研究的深入分子印迹技术将会在医学领域发挥更大的作用。参考文献［1］WulffG,SarhanA.Useofpolymerswithenzyme-analogousstructuresfortheresolutionofracemates.AngewChemIntEd.1972;11:341-342［2］WulffGSahanA，ZabrockiK.Enzyme-analonguebuiltpolymersandtheirusefortheresolutionofracemates.TetrahedronLett，1973，14(44)：4329-4332MosbachK,HauptK.Somenewdevelopmentsandchallengesinnon-covalentmolecularimprintingtechnology.}MolRecognit.1998Winter;11(1-6):62-8.SellergrenB,LepistoM,MosbachK.J.AmChem.Soc,1988,110(17)：5853—5860GuJ,ZhangH,YuanG,ChenL,XuX.Surface-initiatedmolecularlyimprintedpolymericcolumn:Insitusynthesisandapplicationforsemi-preparativeseparationbyhighperformanceliquidchromatography.JChromatogrA.2011Nov11;1218(45):8150-5.MadrakianT,AhmadiM,AfkhamiA,SoleimaniM.Selectivesolid-phaseextractionofnaproxendrugfromhumanurinesamplesusingmolecularlyimprintedpolymer-coatedmagneticmulti-walledcarbonnanotubespriortoitsspectrofluorometricdetermination.Analyst.2013Aug21;138(16):4542-9.霍佳平.分子印迹材料的制备及分析应用[D],中南大学,2010.Bossi,A.;Bonini,F.;Turner,A.P.F.;Piletsky,S.A.Molecularlyimprintedpolymersfortherecognitionofproteins:Thestateoftheart.Biosens.Bioelectron.2007,22,1131-1137.Scorrano,S.;Me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