分子印跡技術(shù)又叫做分子印記技術(shù)、分子烙印技術(shù)或分子模板技術(shù)，是一種新興的分子識(shí)別技術(shù)，其目的是制備對(duì)模板分子具有特異選擇性識(shí)別能力的聚合物，即分子印跡聚合物(MIPs)。

20世紀(jì)40年代，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Pauling在免疫學(xué)研究中曾提出抗體的合成是以抗原為模板的假說，正是這一假說為分子印跡技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。

1949年，Dickey曾經(jīng)提出了“分子印跡”的概念，但并沒有得到人們的足夠重視。

1972年，Wulff研究小組成功制備出了共價(jià)型分子印跡聚合物，才使分子印跡技術(shù)的研究有了突破性進(jìn)展。

1993年，Vlatakis等用白組裝的方法成功制備了茶堿分子印跡聚合物，使分子印跡技術(shù)有了新的發(fā)展方向，從此分子印跡技術(shù)便成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)量。分子印跡技術(shù)基本原理

分子印跡技術(shù)為依靠?jī)煞N或者兩種以上的分子相互作用在一起結(jié)合，構(gòu)成了具有相對(duì)完整性、組織性的復(fù)雜聚集體其具有一定確定性的宏觀特性和微觀結(jié)構(gòu)。

分子印跡技術(shù)是一種獨(dú)特復(fù)制記憶方法，可以被生動(dòng)的描述為制造識(shí)別“分子鑰匙”的“人工鎖”的技術(shù)。通過分子印跡技術(shù)技術(shù)可以制備具有識(shí)別性及選擇性的大分子骨架。

該技術(shù)可以將功能單體和目標(biāo)分子通過非共價(jià)或者共價(jià)的方式共聚生成聚合物，可以通過溶劑將目標(biāo)分子洗脫，Z終在聚合物中可以留下獨(dú)特的“記憶”空穴，此空穴在空間形狀以及確定官能團(tuán)上可與原來目標(biāo)分子完全相匹配，這樣的空穴可以與混合物中的目標(biāo)分子進(jìn)行可逆的特異性結(jié)合，該聚合物稱為分子印跡聚合物(MIP)。

在制備分子印跡聚合物的過程中，不同的組分在聚合過程中分別發(fā)揮著不同的功能，這些功能分別作用如下表所示。

分子印跡技術(shù)基本過程包括三個(gè)步驟：

①在一定溶劑(致孔劑)中，目標(biāo)分子(模板分子或者印跡分子)與功能單體的預(yù)組裝，即模板分子與功能單體的功能基團(tuán)通過共價(jià)或者非共價(jià)鍵的相互作用形成具有多重作用位點(diǎn)的配合物;

②加入交聯(lián)劑，通過引發(fā)劑引發(fā)進(jìn)行光或熱聚合，使配合物與交聯(lián)劑在模板分子周圍聚合形成高交聯(lián)的聚合物;

③將聚合物中的印跡分子洗脫出來。這樣在聚合物中便留下了與目標(biāo)分子大小和形狀相匹配的立體空穴，這便賦予該聚合物特異的“記憶”功能，提供了對(duì)印跡分子的特定結(jié)合位點(diǎn)和選擇性的攝取能力，類似生物的自然識(shí)別系統(tǒng)。分子印跡技術(shù)的分類

根據(jù)功能單體與目標(biāo)分子官能團(tuán)之間的作用力形式不同，當(dāng)前分子印跡技術(shù)Z基本的技術(shù)方法分為：共價(jià)法、非共價(jià)法以及半共價(jià)法三類。

共價(jià)法：

共價(jià)法又叫作預(yù)組織法，該方法是目標(biāo)分子與單體通過共價(jià)鍵結(jié)合，在加入交聯(lián)劑聚合之后，用化學(xué)方法斷裂共價(jià)鍵將目標(biāo)分子除去。目標(biāo)分子與功能單體之間的可逆共價(jià)鍵是該聚合物的制備以及以后的分子識(shí)別過程的關(guān)鍵。

共價(jià)法的優(yōu)點(diǎn)在于共價(jià)鍵作用力較強(qiáng)，目標(biāo)分子可與功能單體完全作用，聚合后可獲得空間精確、固定排列的結(jié)合基團(tuán)，因而在識(shí)別過程中降低了非特異性作用，且形成的復(fù)合物穩(wěn)定。

由于共價(jià)鍵作用力較強(qiáng)，在目標(biāo)分子自組裝或識(shí)別過程中結(jié)合以及解離速度較慢，很難達(dá)到熱力學(xué)平衡，不適合快速識(shí)別，而且識(shí)別水平與生物識(shí)別相差甚遠(yuǎn)。

非共價(jià)法：

非共價(jià)法又叫作自組織法，此方法是目標(biāo)分子與功能單體之間先進(jìn)行自組織排列，以較弱的非共價(jià)鍵自發(fā)形成帶有多重作用位點(diǎn)的分子復(fù)合物，再經(jīng)過與交聯(lián)劑作用之后，除去目標(biāo)分子。

非共價(jià)法的優(yōu)點(diǎn)在于方法簡(jiǎn)便易行，印跡分子易于除去，在印跡過程中可以同時(shí)使用多種單體以使分子印跡系統(tǒng)多樣，識(shí)別過程與天然的分子識(shí)別系統(tǒng)接近。其缺點(diǎn)在于聚合物的選擇性低于非共價(jià)法。

半共價(jià)法：

半共價(jià)法集中了共價(jià)法和非共價(jià)法的特點(diǎn)。即在制備印跡聚合物時(shí)功能單體和目標(biāo)分子以共價(jià)鍵的作用力結(jié)合，而在洗脫目標(biāo)分子之后，其所形成的分子印跡聚合物則是以非共價(jià)作用來識(shí)別目標(biāo)分子。

分子印跡技術(shù)的特點(diǎn)

1、分子印跡技術(shù)Z大的特點(diǎn)是預(yù)定性，分子印跡技術(shù)能根據(jù)研究者不同的研究目的制備出相對(duì)應(yīng)的MIps，以滿足科學(xué)研究者的不同需求。

2、分子印跡技術(shù)具有高度的識(shí)別專一性，MIPs是以模板分子為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定做，因此只能識(shí)別印跡分子，具有高度的專一性。

3、分子印跡實(shí)用性特別強(qiáng)，印跡分子可以和天然的生物分子相比擬，但是又因?yàn)槠涫歉鶕?jù)化學(xué)原理制備的，所以又具有天然分子不具備的抗惡劣條件的能力。因此，印跡分子具有高度的穩(wěn)定性和超長(zhǎng)的使用壽命。

分子印跡技術(shù)正因?yàn)檫@三個(gè)突出特點(diǎn)，在科學(xué)界發(fā)揮越來越重要的作用。分子印跡技術(shù)的應(yīng)用

分子印跡技術(shù)作為一種新型高效分離及分子識(shí)別技術(shù)，有機(jī)的將材料科學(xué)、高分子科學(xué)、化學(xué)工程、生物化學(xué)等學(xué)科結(jié)合在一起。與天然的分子識(shí)別體系相比，人工合成的MIP具備穩(wěn)定性好、抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、制備成本低、使用壽命長(zhǎng)、可再生、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。因此在天產(chǎn)物分離、食品檢測(cè)、仿生傳感、固相萃取、抗體與受體模擬等領(lǐng)域有著良好地應(yīng)用前景。

1、在天然產(chǎn)物分離中的應(yīng)用

我國(guó)的中草藥已有幾千年的歷史，但是其成分復(fù)雜及有效成分的不明確性，使得國(guó)外醫(yī)療界一直對(duì)其持懷疑態(tài)度。并且有效成分含量較低，采用一般方法進(jìn)行分離富集較為困難，如何快速、準(zhǔn)確地分離提純中藥中的活性成分顯得尤為重要。

常規(guī)的分離方法如色譜法和萃取法溶劑消耗量大、分離效率低，使得它們的應(yīng)用有局限性。而MIP具有與天然生物系統(tǒng)相類似的分子識(shí)別功能，具有特異的選擇吸附性，所以，分子印跡技術(shù)在藥物分離及純化領(lǐng)域發(fā)展迅速。分子印跡技術(shù)可用在對(duì)活性成分的分離純化、有效成分的分離及富集。

2、在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

食品安全問題關(guān)系到人們的健康和生命的安全，然而食品安全事件卻層出不窮。目前，用于食品安全檢測(cè)的方法主要有化學(xué)方法、色譜法、免疫法以及生物檢測(cè)方法。這些方法不但繁瑣不便，而且不適于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，所以急需尋找新的檢測(cè)方法。

因?yàn)榉肿佑≯E技術(shù)具有預(yù)定性、識(shí)別專一性、實(shí)用性三大特點(diǎn)，且有制備操作相對(duì)簡(jiǎn)便、耐用性強(qiáng)、可以反復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，所以分子印跡技術(shù)在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

3、在化學(xué)仿生傳感器中的應(yīng)用

傳感器是由識(shí)別元件和信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成的，識(shí)別元件位于轉(zhuǎn)換器的表面，當(dāng)識(shí)別元件結(jié)合了待檢測(cè)的目標(biāo)分子時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)物理或者化學(xué)信號(hào)，這時(shí)轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

由于MIP對(duì)于目標(biāo)分子的高選擇性、高穩(wěn)定性以及強(qiáng)耐用性等優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)生物識(shí)別材料的不穩(wěn)定性和高成本的缺點(diǎn)，故可以作為傳感器的分子識(shí)別元件。這種傳感器具有性能好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為Z具研究潛力的課題之一。

4、在固相萃取中的應(yīng)用

MIP作為固相萃取填料技術(shù)叫作分子印跡固相萃取技術(shù)。由于MIP對(duì)目標(biāo)分子有較高的選擇識(shí)別性，特異地識(shí)別含目標(biāo)分子的萃取物，能夠克服傳統(tǒng)的固相萃取吸附劑選擇性差的缺點(diǎn)，便于控制萃取和洗脫條件，從而提高復(fù)雜環(huán)境中痕量目標(biāo)物分析的適用性。

自1994年Ellergren首次將MIP應(yīng)用于固相萃取，發(fā)現(xiàn)MIP在有機(jī)溶劑和水相中都能使用，優(yōu)于傳統(tǒng)的液液萃取和固相萃取技術(shù)，分子印跡固相萃取技術(shù)得到了關(guān)注和發(fā)展。

5、在抗體與受體模擬中的應(yīng)用

分子印跡技術(shù)是模仿抗原和抗體的相互作用而發(fā)展起來的，其所制得的MIP具有類似于生物抗體的高特異性和高選擇性。

理論上MIP作為對(duì)生物抗體和受體的一種有益補(bǔ)充，模擬抗體識(shí)別藥物、糖類、蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸等的不同成分。將MIP作為人工抗體和受體可以補(bǔ)充從自然界中難以得到或不能得到的抗體和受體。因此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已在此領(lǐng)域展開了研究。

分子印跡技術(shù)的發(fā)展方向

近年來，分子印跡技術(shù)方面的研究多集中在實(shí)踐運(yùn)用方面，對(duì)其理論的研究較少，但一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展離不開理論基礎(chǔ)。因此，分子印跡技術(shù)要想得到長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，還要做好理論研究。雖然現(xiàn)在我國(guó)也有一些這方面的研究，但是并沒有達(dá)到一定的高度，相反，這一技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的理論研究和實(shí)踐研究都有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

如功能單體、交聯(lián)度的選擇都有一定的局限性，特別是功能單體可供選擇的種類非常有限，不能滿足某些分子印跡的需要，而且制備技術(shù)有待進(jìn)一步的研究開發(fā)，用來提高M(jìn)Ips的識(shí)別能力，增加結(jié)合量和結(jié)合位點(diǎn)的均勻性。由此可見，分子印跡技術(shù)理論的深入研究是該技術(shù)一個(gè)重要研究方向。

隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，以及材料等領(lǐng)域工作者的介入，分子印跡聚合物材料的研究在不斷的深入，新方法、新材料將會(huì)推動(dòng)分析印跡技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，分子印跡技術(shù)將會(huì)有越來越廣闊的發(fā)展舞臺(tái)。

2018-07-17 19546