分子印迹技术及其应用.ppt

(1)在一定溶剂(也称致孔剂)中， 模板分子(即印迹分子)与功能 单体依靠官能团之间的共价或 非共价作用形成主客体配合物
(2)加入交联剂，通过引发剂引发 进行光或热聚合，使主客体配 合物与交联剂通过自由基共聚 合在模板分子周围形成高联的 刚性聚合物
(3)将聚合物中的印迹分子洗脱或 解离出来
这样在聚合物中便留下了与模板分 子大小和形状相匹配的立体孔穴，同 时孔穴中包含了精确排列的与模板分 子官能团互补的由功能单体提供的功 能基团，如果构建合适,这种分子印迹 聚合物就象锁一样对此钥匙具有选择 性。。这便赋予该聚合物特异的“记 忆”功能，即类似生物自然的识别系 统，这样的空穴将对模板分子及其类 似物具有选择识别特性。
目前,根据模板分子和聚合物单体之间形成多重 作用点方式的不同，分子印迹技术可以分为两类：
(1) 共价键法(预组装方式)
聚合前印迹分子与功能单体反应形成硼酸酷、西夫 碱、亚胺、缩醛等衍生物，通过交联剂聚合产生高分 子聚合物，用水解等方法除去印迹分子即得到共价结 合型分子印迹聚合物 。
天然杭体模拟
MI PS与印迹分子 之间作用的强度与选择 性在一定程度上可以和 抗原与抗体之间的作用 相媲美，因而可用于抗 体模拟,这种模拟抗体制 备简单、成本低，在高 温、酸碱及有机溶剂中 具有较好的稳定性，此 外还可以重复使用。
4.5 模拟酶催化
例如以毗哆醛为印 迹分子，用4一乙基咔哇 为单体制备出分子印迹 高聚物，它促进了氨基 酸衍生物的质子转移。
近年来，该技术已广泛应用于色谱分 离、抗体或受体模拟、生物传感器以及生 物酶模拟和催化合成等诸多领域，并由此 使其成为化学和生物学交叉的新兴领域之 一，得到世界注目并迅速发展。
当模板分子(印迹分子)与聚合物单体接触 时会形成多重作用点，通过聚合过程这种作用 就会被记忆下来，当模板分子除去后，聚合物 中就形成了与模板分子空间构型相匹配的具有 多重作用点的空穴，这样的空穴将对模板分子 及其类似物具有选择识别特性。

非共价法(自组织法,self-assembling)
印迹分子与功能单体之间预先自组织排列,以非共价键形成多重作用位 点,聚合后这种作用保存下来.
常用的非共价作用有氢键、静电引力、金属螯合作用、电荷转移、疏水 作用以及范德华力等,其中以氢键应用最多.
二种方法的优缺点比较
共价法：由于共价键作用力较强,在印迹分子自组装或识别过程中结合和解 离速度较慢,难以达到热力学平衡,不适于快速识别,而且识别水平与生物识别 相差甚远.因此,共价法发展较为缓慢.
分子印迹技术
组员：赵一纳 骆荧 裘倍蕾
分子印迹技术
分子印迹技术(Molecular Imprinting Technique,MIT)是近
年来集高分子合成、分子设计、分子识别、仿生生物工程等众多 学科优势发展起来的一门边缘学科分支。
基于该技术制备的分子印迹聚合物具有亲和性和选择性高、抗恶 劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用范围广等特点。因 此，分子印迹技术在许多领域，如色谱分离、固相萃取、仿生传 感、模拟酶催化、临床药物分析等得到日益广泛的研究和开发， 有望在生物工程、临床医学、环境监测、食品工业等行业形成产 业化规模的应用。
CONTENTS
分子印 迹技术
原理 类型 特点 应用
分子印迹的原理
分子印迹技术，又称分子烙印技术，是将模板分
子(印迹分子、目标分子)与交联剂在聚合物单体溶液 中进行聚合得到固体介质,然后通过物理或化学方法 洗脱除去介质中的模板分子,得到“印迹”有目标分 子空间结构和结合位点的MIPs.
分子印迹的原理
共价法(预组织法,preorganization)
印迹分子先通过共价键与单体结合,然后交联聚合,聚合后再通过化学途 径将共价键断裂而去除印迹分子.

2.4 分子印迹技术的特点
MIT之所以发展如此迅速，主要是因为它有三大特点： ●预定性（predetermination）
根据不同的目的制备不同的MIPs，以满足不同的需要。 ●识别性（recognition）
MIPs是按照模版分子定做的，可以专一地识别印迹分 子。 ●实用性（practicability）
它可以与天然的生物分子识别系统相比拟，例如，酶 和底物；抗原与抗体等。
3 分子印迹聚合物的制备
分子印迹聚合物是由印迹分子、功能基单体在交联剂等物质作用下 形成作用位点，相互聚合，发生反应，形成的一类具有特异选择识别 功能的物质。
图3.1 分子印迹聚合物制备过程示意图
3.1 分子印迹聚合物的制备要素
• 预组织法（共价法） Wulff 结合方式：可逆共价键 优点：空间精确固定排列 缺点：识别能力不够理想 形成复合物的过程缓慢
• 自组装法 （非共价法）Mosbach 结合方式：非共价键 优点：简单易行 模板容易除去 近似天然 缺点：印迹过程的轮廓不清晰
• 牺牲空间法 （两者兼备）Vulfson
2.2 分子印迹技术的分类
制备材料 模板分子 溶剂 功能单体
交联剂
强极性基团 高效MIPs 氢键基团 高选择性MIPs
促进作用 减小干扰 共价键型 含有乙烯基 非共价型 含有乙烯基和羧基 乙二醇二甲基丙烯酸酯
3.2 MIPs的聚合形式和方法
聚合形式主要有热化学聚合和光化学聚合两种 形式。 分子印迹聚合物的制备方法： ❖本位聚合 ❖原位聚合 ❖沉淀聚合 ❖悬浮聚合 ❖表面印迹 ❖电聚合
分子印迹技术优秀课件
1 背景介绍
分子印迹技术（MIT）的发展
1997年 Lund University 成 立分子 印迹学会

. Logo Logo
六、分子印迹聚合物的应用
（1）有效成分的分离：
朱全红等，以长春碱为模板分子制备了长春碱MIP，并作为固相萃取的吸 附剂用于分离长春花提取物中的长春碱。结果表明，通过选择和优化上样、 淋洗及洗脱等条件，长春花提取物中的主要成分长春碱得到高效富集及分离。
（2）有效组分群的分离：
徐筱杰等以槲皮素为模板分子通过非共价印迹方法制备了槲皮素MIP， 该聚合物对槲皮素表现出特殊的识别能力，能将银杏叶提取物水解液中的槲 皮素及山柰酚分离，能从沙棘提取物的水解液中得到槲皮素及异鼠李素。说 明槲皮素印迹的聚合物不仅对模板分子具有很高的亲和性，对与其结构类似 的化合物山柰酚、异鼠李素也表现出较高的结合能力。
四、分子印迹聚合物的合成
印迹 聚 萃取
. Logo Logo
与天然的生物分子识别系统相比，
五、分子印迹聚合物的特性 MIP是用化学合成的方法制备的， 因此还具有天然分子识别系统所不
具备的抗恶劣环境的能力，从而表
由于聚合物上预留的
现出高度的物理、化学稳定性，如
空穴与模板分子完美匹配，
耐高温、高压，能抵抗很强的机械
. Logo Logo
六、分子印迹聚合物的应用
分子印迹聚合物的应用领域包括： 1、中药研究 2、分析化学 3、天然药物化学 4、医药学 5、生物学
. Logo Logo
六、分子印迹聚合物的应用
1、在中药研究上的应用
以中药活性物质为模板制备的MIP，正是具有其他 分离材料所不具备的强特异性和高选择性，因此在中药 活性成分的分离、分析中具有很好的应用前景。目前用 MIT研究的中药有效成分包括黄酮、生物碱、香豆素、 木脂素等。主要应用在以下几个方面： （1）有效成分的分离； （2）有效组分群的分离； （3）活性成分的筛选； （4）复杂样品的预处理以及目标分子的测定；

(3)将聚合物中的印迹分子洗脱或解离出来， 这样在聚合物中便留下了与模板分子大小 和形状相匹配的立体孔穴，同时孔穴中包 含了精确排列的与模板分子官能团互补的 由功能单体提供的功能基团。这便赋予该 聚合物特异的“记忆”功能，即类似生物 自然的识别系统，这样的空穴将对模板分 子及其类似物具有选择识别特性。
五 需要更深入研究的问题是
1 分子识别机理研究相对肤浅。对主客体的识别 机制没有统一说法,有些研究者认为主客体分子间 空间有方向性非共价键起决定作用,有些研究者认 为空间效应起到关键作用。对结合位点的作用机 理和传质机理了解也较少。
色谱分析分子印迹
色谱技术是分子印迹聚合物的又一应用,可 以用作分析,用于建立高效液相色谱或毛细 管电泳方法,在此,分子印迹聚合物类似于免 疫色谱中的免疫吸附剂。聚合物本体合成 后研细装柱或直接原位合成用作色谱柱。
酶模拟
分子印迹最富挑战性的应用研究是对酶的人工模 拟.同抗体酶一样,人们试图用分子印迹来获得酶的 结合部位和催化基团,从而显示酶的活性。Sarhan 以吡多醛为印迹分子,用4-乙烯基咔唑为单体制备 出分子印迹高聚物,它促进了氨基酸衍生物的质子 转移。应用聚乙烯咔唑作为印迹聚合物能促进模 板分子的酯水解能力。由于过渡态能促进产物的 形成,所以印迹过渡态类似物成为最普遍地制备模 拟酶的方法 。
四 分子印迹技术的应用
1 分子印迹聚合物在层析上的应用 2 抗体/受体结合模拟 3 色谱分析分子印迹 4 酶模拟 5 生物传感器
分子印迹聚合物在层析上的应用
由于目前有相当的药物未得到拆分,而分子 印迹聚合物可用于层析固定相来分离对应 体,因此分子印迹层析(Molecular Imprinting chromatography)对解决药物拆分就具有很 大潜力。

第2页/共27页
2 、分子印迹技术基本原理
分子印迹就是将模板分子与功能单体通过共价、非共价 或金属协同作用形成预聚合物，在交联剂的作用下功能单体 发生聚合，将模板分子固定在聚合物中，最后脱除模板分子， 即聚合物材料上留下与模板分子在大小、形状和官能团的方 向上都互补的空穴结构。空穴不仅保留了与模板分子化学结 构互补的官能团的有序排列，也维持了它的整个空间构象， 所以当材料再次遇到模板分子时，可发生特异性的结合。
Tan 等以甲基丙烯酸甲酯为功能单体, 乙二醇二甲基丙烯酸为交联剂, 用微乳液 (W/O/W 复乳)聚合法制备了印迹RNase A 的纳米粒。该法中 使用了较高浓度的SDS 和聚乙烯醇作为乳化剂。作者认为, 当两亲性的蛋 白被加入预聚合微乳液后, 蛋白会吸附于表面活性剂形成的胶束中并被分 配到油-水两相的界面上。聚合反应引发后,蛋白便被“束缚”在胶束的表 面了。研究表明, 蛋白和表面活性剂的相互作用有助于蛋白停留在纳米粒 表面, 然而太剧烈的作用却会导致蛋白明显的构象变化, 甚至变性, 造成错 误的印迹。
第7页/共27页
3.2 表面印迹 在聚合物的表面或近表面构造模板蛋白的结合位点称为“表面印迹”。与
整体印迹旨在构造蛋白特异性三维结构不同的是，表面印迹的特点是在材料 的表面构建蛋白的“二维印迹”。这样的二维阴极材料从某种程度上解决了 生物大分子难以进出聚合物材料的问题，可大大缩短蛋白扩散进入材料并达 到平衡的时间。然而，与“三维印迹”材料性比，“二维印迹”材料可能会 出现对模板蛋白选择性降低的问题。
Tan 等[19]用微乳液聚合法制备超顺磁性亚微粒。预先制备Fe3O4 磁性纳米粒, 将功能单体甲基丙烯酸甲酯和交联剂乙二醇二甲基丙烯 酸分散在油相中, 用微乳液聚合法制备表面印迹核糖核酸酶 A(ribonuclease A, RNase A) 的亚微粒。与非印迹材料相比, 印迹 材料在混合蛋白溶液中对模板蛋白有很好的选择性。

北京市植物资源研究开发重点实验室
三、分子印迹技术的原理
当模板分子(印迹分子)与功能单体接触时会形 成多重作用点，通过聚合过程这种作用会被记忆 下来，当模板分子除去后，聚合物中就形成了与 模板分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空 穴，这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选 择识别特性。
北京市植物资源研究开发重点实验室
主要内容
一、什么是分子印迹技术 二、分子印迹技术的产生和发展 三、分子印迹的基本原理 四、分子印迹的分类 五、分子印迹的步骤 六、分子印迹技术的特点 七、分子印迹技术的应用 八、展望
北京市植物资源研究开发重点实验室
主要内容
一、什么是分子印迹技术 二、分子印迹技术的产生和发展 三、分子印迹的基本原理 四、分子印迹的分类 五、分子印迹的步骤 六、分子印迹技术的特点 七、分子印迹技术的应用 八、展望
一、什么是分子印迹技术
分子印迹技术是二十世纪八十年代迅速 发展起来的一种化学分析技术，通常被人 们描述为创造与识别“分子钥匙”的人工 “锁”技术。
分子识别技术
分子模板技术
北京市植物资源研究开发重点实验室
弱相互作用 超分子化学 聚合、交联 高分子化学
超分子化学和高分子化学是分子印迹技术的重要基础
北京市植物资源研究开发重点实验室
主要内容
一、什么是分子印迹技术 二、分子印迹技术的产生和发展 三、分子印迹的基本原理 四、分子印迹的分类 五、分子印迹的步骤 六、分子印迹技术的特点 七、分子印迹技术的应用 八、展望
北京市植物资源研究开发重点实验室
四、分子印迹的分类
种类
功能单体和模板分子间的作用形式
共价印迹法 杂化印迹法 非共价印迹法
北京市植物资源研究开发重点实验室

二、分子印迹技术的产生和发展
1、分子印迹技术最初出现源 于20世纪40年代的免疫学。 Pauling首次提出抗体形成 学说。
二、分子印迹技术的产生和发展
2、1972年，wulf研究小组首 次
成功制备出分子印迹聚合物 （MIPs)，使MIT的研究产生 了突破性进展。
二、分子印迹技术的产生和发 展
主要内生和发展 三、分子印迹的基本原理 四、分子印迹的分类 五、分子印迹的步骤 六、分子印迹技术的特点 七、分子印迹技术的应用 八、展望
主要内容
一、什么是分子印迹技术 二、分子印迹技术的产生和发展 三、分子印迹的基本原理 四、分子印迹的分类 五、分子印迹的步骤 六、分子印迹技术的特点 七、分子印迹技术的应用 八、展望
3、1993年，Mosbach等人报道了有 关茶碱分子印迹聚合物的研究，分 子印迹聚合物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，同时非共价型模板聚合物 引起了人们极大的兴趣；
二、分子印迹技术的产生和发 展
4、目前，该技术已广泛应用于色谱分离、抗体或
受体模拟、生物传感器以及生物酶模拟和催化合 成等诸多领域；全世界至少有包括瑞典、日本、 德国、美国、中国在内的10多个国家、100个以 上的学术机构和企事业单位在从事这一技术的研 究与开发。
大自然中的分子印迹 现象
• 细胞内受体与激素 • 抗体-抗原 • 酶-底物
特征相互作用
人工的接受体
• 环糊精 • 冠醚
主要内容
一、什么是分子印迹技术 二、分子印迹技术的产生和发展 三、分子印迹的基本原理 四、分子印迹的分类 五、分子印迹的步骤 六、分子印迹技术的特点 七、分子印迹技术的应用 八、展望
共价印迹 法
1、联结：功能单体和模板分子通过共价结合； 2、聚合：联结产物在保持共价联结不变的情况下进行聚合反应； 3、分解：聚合后的联结产物通过分解反应（共价键断裂）使模板分子从

5.2 固相萃取
固相萃取是20世纪70年代出现的技术，该技术设备简单，能将分离和浓缩合为一 步，是目前样品处理最高效，简捷，灵活的一种手段。分子印迹聚合物可以作为固相 萃取柱的填充相，对目标化合物选择性分离，富集。
5.3 手性拆分
手性异构体是指分子结构互为镜像但又不能重合的两个化合物，在普 通试剂中它们具有相同的物理化学性质。但在药物化学领域，不同的手性 异构体具有不同的药效，因此，将手性异构体拆分具有重要意义。
中，模板分子与功能单体依靠官能团之间的共价或非共价作用形成主客体配合物； 其次，加入交联剂，通过引发剂进行光或热聚合，使主客体配合物与交联剂通过 自由基聚合在模板分子周围形成高度交联的刚性聚合物。
聚合方法有本体聚合、分散聚合、沉淀聚合、原位聚合、悬浮聚合、表面 印迹和抗原印迹等。
3. 印迹分子的去除 采用温和的物理化学手段将占据在识别位点上的绝大部分印迹分子洗脱或
自组装法（Monbach发明）也叫非共价型分子印迹法。 在自组装法中，印迹分子与功能单体之间靠弱的分子间作用 力自行组织排列，形成多重作用位点的非共价键单体—模板 分子复合物，在交联聚合中这种复合物的空间构型被固定下 来，然后通过淋洗出去印迹分子，得到分子印迹聚合物的方 法。
相对于预组装法，自组装法由于印迹分子 与功能单体结合强度弱，所以采取温和的物理 洗脱的方法就可以去除印迹分子，吸附速度快， 解离方便。
2、分子印迹技术的起源及发展
分子印迹技术起源于免疫学。著名的诺贝尔奖得主Pauling 在 20世纪40年代提出了抗体形成学说：抗原物质进入生物机 体后，蛋白质或多肽链以抗原为模板进行分子自组装和折叠形 成抗体。该学说的要点是：抗体在形成时其三维结构会尽可能 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。虽然后来这一理论被“克隆选择”理论所 推翻，但它仍具有一定的合理性并启发了后来的化学家。