浅析分子印迹技术的发展及在化工制药筛选的应用

浅析分子印迹技术的发展及在化工制药筛选的应用

浅析分子印迹技术的发展及在化工制药筛选的应用1引言

在各种各样的生物学过程中，蛋白与膜的作用通常是多位点的，多重位点作用与单重位点作用不同，蛋白质与表面之间具有更大的接触面积，有更高的亲合力，能够诱导膜表面组分分布形式改变，在医药、环境、发酵及食品加工等方面的生物传感器研制至关重要。Langmuir单分子层膜的侧向流动对配体分子的自由重排起到很重要作用，单分子膜组分侧向重排能够更有利于随后的蛋白结合[1]。单层膜的重排仅仅是模板和功能化单体之间的二维液相相互作用，但是却能够用作分子印迹材料[2]。从开始利用到最近用合成物质模仿分子识别的生物特性，科学家们投入大量时间和精力，在诸多合成方法中分子印迹技术是最有前景的方法之一[3]。

2分子印迹技术

分子印迹技术（molecularimprintingtechnique，MIT）也叫分子模板技术，最初源于20世纪40年代的免疫学，当时Pauling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[4]。它通常可描述为制造识别“分子钥匙”的人工“锁”的技术。1972年首次成功制备出MIP[5]，使这方面的研究有了突破性进展。然而它制备方法如整体聚合、乳液聚合、悬浮聚合等所制得的聚合物呈块状，颗粒较大，不易研磨过筛，由于聚合物的高度交联结构，致使其内部模板分子的洗脱比较困难[6]。同时因包埋于聚合物本体之中，都存在结合位点分布过深、不易洗脱、受位阻影响，这部分印迹空穴可接近性差，结合容量低等缺点。

3小分子印迹技术分类

依据功能单体和模板分子的作用机理不同，分子印迹可分为共价印迹和非共价印迹以及半共价印迹法。前者是模板分子与功能单体先通过共价键结合继而进一步聚合进行印迹的方法，此方法由Wulff课题组于1972年首次提吃并成功制备[7]。共价键作用的优点是在聚合反应中能获得在空间上精确固定排列的结合基团，缺点是作用较强，解离速度慢，难以达到热力学平衡，识别能力与生物识别相差太远，制备条件苛刻且价格昂贵。第二种方法是分子与单体之间通过氢键、离子键、堆积、范德华力等形成预组织化合物，在此基础上进一步聚合得到印迹聚合物。该方法优点是制备过程简单，适用范围广泛，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。缺点是分子间作用力较弱，需加入过量的功能单体，降低萃取选择性，印迹分子与单体的化学计量数比难以确定[8]。除了上述方法之外，分子印迹聚合物的制备方法还有亲和印迹法、冷冻干燥法、抗原决定基法。

4生物大分子印迹技术

对于蛋白表面印迹的制备可以利用空气-水界面上的油脂分子聚集再通过对单层膜转移和固定完成[12]。这种单层油脂印迹膜在能够形成定向印迹点，具备优异的质量传输能力。这种通过“剪裁”适宜的油脂分子单层膜具有高的蛋白亲合性，并且能够通过完整的表面印迹来实现信息储存和生物传感，美国的NorthBrunswisk公司，法国的Semorex公司等都已经开始商业化生产分子印迹模板[13，14]。

由于生物大分子与生俱来的一些技术上的问题使得这种分子印迹的使用和推广比较困难，特别是蛋白通常不能够溶解在有机溶液中（蛋白普遍溶解在条件温和的含水溶液中）[15，16]，故而蛋白质的分子印迹研究还较少有成功的范例。由于传统方法制作的印迹模板特别实在较为苛刻的条件下，因而阻碍生物大分子在其中的扩散与出入。Takeuchi研究组[17]做了一系列的有关选择性吸附的蛋白分子印迹实验，发现蛋白的亲合性明显提高，但是选择性适中，例如维生素B–抗生素蛋白，蛋清溶菌酶–抗鼠溶菌酶。

5大分子印迹方法

包埋法是制备蛋白质分子印迹聚合物的主要方法。该法是将蛋白质模板分子、功能单体、交联剂和引发剂按一定比例溶解在溶剂中，通过脱气除氧，经引发聚合形成块状聚合物，然后将块状聚合物研磨、过筛，选择一定粒径范围的聚合物，经过洗脱除掉模板分子，随后用作吸附实验的介质，但是模板分子形成的部分识别位点完全被包埋，空间位阻影响其吸附容量。为了克服包埋法的局限性，Mosbach等提出了表面印迹法[19]。该法在聚合溶液中引入基体，让单体与模板的聚合发生在基体的表面，表面分子印迹技术在表面积很大的基体表面进行印迹，与传统的本体分子印迹聚合物相比，不仅克服空间位阻的影响，而且能产生更多易于接近的识别位点印迹位点存在于粒子的表面或接近表面，有利于蛋白质向印迹孔穴扩散，并且利于印迹分子的洗脱和目标分子的再结合，提高模板分子的利用率因而增大了吸附容量，传质速度快，结合效率高，是一种理想的蛋白质印迹的方法，成为国内外的研究热点。

6总结与展望

分子印迹是集高分子合成、物化分子设计、分析、分离和测试