第八章 印迹技术

分子印迹技术姜忠义(天津大学化工学院天津 300072)摘要简要综述了分子印迹技术的基本原理和特点分子印迹技术取得的进展和面临的挑战关键词分子印迹分子印迹聚合物The Molecular Imprinting TechniqueJiang Zhongyi(School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072)Abstract The basic principle and feature of molecular imprinting technique, the approaches and methods of preparing molecularly imprinted polymers, and the recent developments and challenges of molecular imprinting technique are briefly overviewed. The future development tendency of molecular imprinting technique is simply described.Key words Molecular imprinting, Molecularly imprinted polymers分子印迹技术的出现起源于Pauling在免疫学研究中提出的抗体形成学说[1]ʹ¿¹ÌåÐγÉÓ뿹Ô-·Ö×Ó»¥²¹µÄ¿Õ¼ä¹¹ÐÍ¿Ë¡ѡÔñµ«»¯Ñ§¼ÒÃÇÈ´ÓÉ´ËÊܵ½Æô·¢¶ø·¢Ã÷ÁË·Ö×ÓÓ¡¼£¼¼Êõ1972年Wulff等[3]在高分子聚合物上成功地实现了印迹Mosbach[5]和Whitcombe[6]等在共价分子印迹技术得到了广泛研究和迅猛发展开始召开分子印迹技术的专题学术会议并成立了专门的学术组织仅在1999年研究课题组有70个左右1 分子印迹的基本原理1.1 基本原理当模板分子(印迹分子)与聚合物单体接触时会形成多重作用点记忆当模板分子除去后这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性[8]¸ù¾ÝÄ£°å·Ö×Ӻ;ۺÏÎïµ¥ÌåÖ®¼äÐγɶàÖØ×÷Óõ㷽ʽµÄ²»Í¬36岁副教授 E-mail:zhyjiang@ 2002-01-07收稿2为两类印迹分子先通过较强的共价键与单体结合聚合后再将共价键断裂而去除印迹分子且需用化学方法除去模板分子从而限制了此法的广泛应用印迹分子与功能单体之间预先自组织排列聚合后这种作用保存下来氢键静电引力疏水作用以及范德华力等与共价法相比模板分子易于除去如和等以提供给模板分子更多的相互作用分子印迹技术具有三个特点特异识别性和广泛适用性分子印迹过程机理还缺乏定量和系统的研究分子印迹聚合物(MIPs)对分子的识别源于它与模板分子之间在化学基团以及三维空间结构上的相互匹配Nicholls 等[9]认为相应的自由能变化可通过下式计算Σ并进而改善MIPs 的设计与制备2.1 印迹分子与单体发生相互作用根据单体与印迹分子作用力的类型和大小预测合成带有能与印迹分子发生作用的功能基的单体氨基酸生物碱蛋白质和酶杀虫剂染料等它首先必须能与印迹分子成键常用的共价单体主要有含乙烯基的硼酸或二醇以及含硼酸酯的硅烷混合物等２－乙烯基吡啶2.2 聚合反应在印迹分子和交联剂存在的条件下对单体进行聚合二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)聚合方式有本体聚合原位聚合影响聚合反应的因素包括浓度压力溶剂种类和极性等低温下单体与印迹分子能形成更为有序和稳定的聚合物3由于非共价作用的强弱主要取决于溶液的极性甲苯中进行醇等溶液中进行酸解等物理或化学方法把占据在识别位点上的绝大部分印迹分子洗脱下来3 分子印迹技术的应用现状化学与生物传感器以及催化等方面显示出重要和广泛的应用前景3.1 亲和分离迄今为止膜分离以分子印迹聚合物作为色谱分析固定相早期主要用在液相色谱分离氨基酸及其衍生物后来1986年分离了苯基甘露吡喃糖苷对映体Ｍｏｓｂａｃｈ等[15~17]利用非共价法制备的分子印迹聚合物分离了苯丙氨酸衍生物而后其分离系数达17.8½èÓÃÃâÒßѧÖп¹Ô-¾ö¶¨²¿Î»µÄ¸ÅÄîÖƱ¸³ö¶Ô¶àëĺ͵°°×ÖʾßÓÐÌØÒìÑ¡ÔñÐÔµÄMIPs·ÖÀëϵÊý¿ÉÒÔ´ïµ½4.0以上分离了DMIP 以L-苯丙氨酰苯胺或L-苯丙氨酸为模板分子Allender 等[20]用分子印迹麻黄定聚合物作为色谱固定相来进行(1S,2R)麻黄定和(1R,2S)麻黄定的分离,得到了较高的分离系数和吸附容量建立了血液中2,6-二异丙基苯酚简便将MIPs 应用于膜分离的物质有氨基酸及其衍生物9-乙基腺嘌呤阿特拉津Kobayashi 等[22]采用相转化技术制备了茶碱的MIP 薄膜丙烯酸的共聚物茶碱的吸附量远大于咖啡因MIP 记录下了茶碱分子的形状发现了茶碱和共聚物间相互作用的证据通过N -乙酰-D,L-色氨酸的电渗析实验发现该薄膜对L-异构体有很好的选择性基于分子印迹技术制备的分离膜为分子印迹技术走向规模化和商业化提供了很好的示范易放大的特点基于分子印迹技术的固相萃取代替传统的液液萃取操作简便又可在水溶液中使用这方面的研究报道便相继出现较多苯达松S-萘普生萘心安沙玛尔丁涉及的实验体系主要4有各种生物流体和生物组织(如人狗血清胆汁等)的有机萃取物(氯仿萃取物乙酸乙酯萃取物等)¸ßÑ¡ÔñÐÔʹ¹ÌÏàÝÍÈ¡¿ÉÒÔÓÃÓÚºÛÁ¿·ÖÎö´Ó¶ø¸ÉÈŲⶨµÄ¾«È·¶ÈÐèÒªÖ¸³öµÄÊÇËüÔÚ¼«¶Ë»·¾³(有机溶剂强酸强碱分离过程将显现出明显优势但由于用作分子识别元件的生物活性组分极易变性失活生物活性组分的种类有限现在MIP 已经具备了与自然界中存在的某些天然分子识别系统相似的选择性和亲和力就会使传感器在保持较高的选择性和灵敏度的同时延长寿命糖类医药溶剂和蒸汽等的检测恒电位条件下能选择性地识别吗啡比普通的生物传感器更灵敏同抗体酶一样从而显示酶的活性[32]ÓÃ4-乙烯基咔唑为单体制备出分子印迹聚合物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所以印迹过渡态类似物成为最普遍的制备模拟酶的方法分子印迹对酶的活性调控也将具有重要作用[33]Morihara 等分别以(R )-和(S )-N -苄基-α-甲苄胺为模板在硅胶表面形成了一个分子印迹的空穴当手性的印迹分子重新结合到有关的空穴上后这说明空穴的手性识别来源于用于印迹空间结构分子印迹聚合物可以作为天然抗体的描述模型由于其物理化学性质稳定Mosbach等用印迹聚合物代替抗体茶碱等[36~38]ÏàËƽṹµÄÒ©ÎïÓн»²æ·´Ó¦·¢Éú·Ö×ÓÓ¡¼£¼¼ÊõÔÚ×éºÏ¿âɸѡ(Combinatorial library screening)Ä¿Ç°·Ö×ÓÓ¡¼£¼¼Êõ´æÔÚMIP结合容量低模板分子发生泄漏等突出问题首先其次交联剂和聚合方法都有很大的经验性和局限性功能单体的种类太少以至于不能满足某些分子识别的要求能用于分子印迹的大多是像药物农药54 展望在未来一段时间(1) 分子印迹和识别过程的机理将从目前的定性和半定量描述向完全定量描述发展(2)合成种类更多提高分子印迹聚合物的吸附 行为和吸附容量(4) 手性分离和固相萃取氨基酸(5) 印迹技术将从氨基酸超分子过渡到核苷酸蛋白质等生物大分子(6) MIPs 用于辅助合成和仿生传感器将获得较快发展随着化学材料学和现代分析技术的不断发展分析和催化等诸多领域发挥越来越大的作用。

分子印迹技术(molecular imprinting technology,MIT)是20世纪末出现的一种高选择性分离技术,这种技术的基本思想是源于人们对抗体-抗原专一性的认识,利用具有分子识别能力的聚合物材料——分子印迹聚合物(molecule imprinting polymer,MIP)来分离、筛选、纯化化合物的一种仿生技术。

因为制备的材料有着极高的选择性及卓越的分子识别性能,很快在固相萃取、人工酶学、手性拆分、生物传感器、不对称催化等方面得到了广泛的应用。

笔者现主要对MIT在中药提取分离中的应用作一概述。

1 分子印迹技术基本原理及聚合物的制备1.1 基本原理MIT是选用能与印迹分子产生特定相互作用的功能性单体,通过共价或非共价作用在溶剂中形成印迹分子-功能单体复合物,加入交联剂,在引发剂的引发下与带有特殊官能团的功能单体进行光或热的聚合,形成三维交联的聚合物网络,然后,用合适的溶剂除去印迹分子,在聚合物网络中形成空间和化学功能与印迹分子相匹配的空穴。

这种空穴与印迹分子结构完全一样,可对印迹分子或与之结构相似的分子实现特异性的识别。

1.2 分子印迹聚合物的制备分子印迹聚合物的制备过程可分为3步：第一步是印迹,将印迹分子和功能单体按比例混合,使其存在一定的分子间作用力；第二步是聚合,加交联剂,使复合物通过聚合反应形成聚合物；第三步是去除印迹分子,反复洗脱水解,使其形成具有一定空穴的分子印迹聚合物。

根据功能单体和印迹分子间作用力的差异,MIP可分为以下3类。

1.2.1 共价键法也称预先组织法。

印迹分子与功能单体通过可逆的共价键结合,加入交联剂共聚后,印迹分子通过化学方法从聚合物上断开,再用极性溶剂将印迹分子洗脱下来,使其形成具有高密度空腔的分子印迹聚合物。

其主要的反应类型有形成硼酸酯、西佛碱、缩醛(酮)、酯等。

共价键法的优点是空间位置固定,选择性高,峰展宽和脱尾少,常用于诸如糖类、氨基酸类、芳基酮类等多种化合物的特定性识别。

分子印迹技术分子印迹技术(molecular imprinting technology,MIT)是20世纪末出现的一种高选择性分离技术,这种技术的基本思想是源于人们对抗体-抗原专一性的认识,利用具有分子识别能力的聚合物材料——分子印迹聚合物(molecule imprinting polymer,MIP)来分离、筛选、纯化化合物的一种仿生技术。

因为制备的材料有着极高的选择性及卓越的分子识别性能,很快在固相萃取、人工酶学、手性拆分、生物传感器、不对称催化等方面得到了广泛的应用。

笔者现主要对MIT在中药提取分离中的应用作一概述。

1 分子印迹技术基本原理及聚合物的制备1.1 基本原理MIT是选用能与印迹分子产生特定相互作用的功能性单体,通过共价或非共价作用在溶剂中形成印迹分子-功能单体复合物,加入交联剂,在引发剂的引发下与带有特殊官能团的功能单体进行光或热的聚合,形成三维交联的聚合物网络,然后,用合适的溶剂除去印迹分子,在聚合物网络中形成空间和化学功能与印迹分子相匹配的空穴。

这种空穴与印迹分子结构完全一样,可对印迹分子或与之结构相似的分子实现特异性的识别。

1.2 分子印迹聚合物的制备分子印迹聚合物的制备过程可分为3步：第一步是印迹,将印迹分子和功能单体按比例混合,使其存在一定的分子间作用力；第二步是聚合,加交联剂,使复合物通过聚合反应形成聚合物；第三步是去除印迹分子,反复洗脱水解,使其形成具有一定空穴的分子印迹聚合物。

根据功能单体和印迹分子间作用力的差异,MIP可分为以下3类。

1.2.1 共价键法也称预先组织法。

印迹分子与功能单体通过可逆的共价键结合,加入交联剂共聚后,印迹分子通过化学方法从聚合物上断开,再用极性溶剂将印迹分子洗脱下来,使其形成具有高密度空腔的分子印迹聚合物。

其主要的反应类型有形成硼酸酯、西佛碱、缩醛(酮)、酯等。

共价键法的优点是空间位置固定,选择性高,峰展宽和脱尾少,常用于诸如糖类、氨基酸类、芳基酮类等多种化合物的特定性识别。

印迹法的基本原理及应用印迹法(blotting)即转移电泳，是20世纪70年代发展起来的一种新方法。

Southern于1975年建立了检测特异DNA片段的DNA-RNA杂交法，称作Southern印迹法。

1977年Alwine等把此方法应用到RNA的研究方面，称作Nouthern印迹法。

1979年Towbin等则把该方法扩展应用到蛋白质分析方面，称作Western印迹法。

1982年Reinhart报道的双向蛋白质印迹法，称作Eastern印迹法。

目前，有人把Southern，Nouthern，Western 印迹法分别称作DNA印迹法，RNA印迹法和蛋白质印迹法。

而每一种印迹法又可以分为斑点印迹法和电泳转移印迹法。

前者是将样品直接吸附于固相载体上，而后者则是将样品先经过电泳后在转移到固相载体表面上，其余操作基本相同。

由于核酸和蛋白质等大分子物质印迹到固相载体，容易和各种探针发生化学或免疫反应，因而对检测样品(尤其是粗样品)中某些组分的理化性质是有益的。

其操作过程所需的试剂量少，灵敏度高，所以应用较为普遍。

印迹法的基本原理(一)概念1．探针用化学方法将有识别能力的物质(如抗原、激素、核酸等)和酶(如辣根过氧化物酶)或核素(如3H、35S、32P)，或荧光物质(如异硫氰荧光素、地高辛等)结合成的复合物称作探针。

2．固相载体即用于吸附生命大分子物质的固体材料。

这类材料有硝酸纤维素(nitrocellulose，NC)膜，尼龙膜(nylon-membranes，NDM)，重氮苄氧甲基(yloxymethyl，DBM)膜和重氮苄硫醚(diazophenylthiaether，DPT)纸等。

最常用的是孔径为0．45／lm的NC膜，因为它成本低廉，结合力强，背景较清晰。

而对于检测核酸和酸性蛋白质来说，理想载体是带正电的尼龙膜，它与负电荷物质结合力很强，操作亦简单。

但因为其与负离子型染料也易结合，背景值高，故使用受到一些限制。

分子印迹技术的原理与研究进展(08生微(1)班雷丽文 080548011)摘要分子印迹是制备具有分子特异识别功能聚合物的一种技术，近年来，这项技术取得了重大的突破和进展，影响到社会多方面的领域。

本文介绍了分子印迹技术的基本原理，综述了该技术在环境领域、农药残留检测应用、食品安全检测、药学应用的研究进展。

关键词分子印迹技术，分子印迹聚合物，基本原理，研究进展1 前言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，属于泛分子化学研究范畴，通常被人们描述为创造与识别“分子锁匙”的人工“锁”技术[1]。

分子印迹技术也叫分子模板技术，最初出现源于20世纪40年代的免疫学[1]。

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。

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。

2 分子印迹技术的基本原理分子印迹技术是将要分离的目标分子作为模板分子，将它与交联剂在聚合物单体溶液中进行聚合制备得到单体、模板分子复合物，然后通过物理或化学手段除去模板分子，便得到“印迹”下目标分子的空间结构的分子印迹聚合物(MIP) ，在这种聚合物中形成了与模板分子在空间和结合位点上相匹配的具有多重作用位点的空穴，这样的空穴对模板分子具有选择性[11]。

目前，根据印迹分子与分子印迹聚合物在聚合过程中相互作用的机理不同，分子印迹技术分为两种基本类型：(1) 共价法(预组织法,preorganization)，主要由Wulff 及其同事创立。

在此方法中，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[1]。

使用的共价结合作用的物质包括硼酸酯、席夫碱、缩醛酮、酯和螯合物等[14]。

其中最具代表性的是硼酸酯，其优点是能够生成相当稳定的三角形的硼酸酯，而在碱性水溶液中或在有氮(NH3、哌啶) 存在下则生成四角形的硼酸酯[1]。

印迹技术（blotting）将各种生物大分子从凝胶转移到一种固定基质上的过程称为印迹技术（blotting）。

中文名分子印迹技术提出者Southern时间1975年解释将大分子从凝胶转移到固定基质基本概况Southern在1975年首先提出了分子印渍的概念。

他将琼脂糖凝胶电泳分离的DNA 片段在凝胶中进行变性使其成为单链，然后将一张硝酸纤维素(nitrocellulose，NC)膜放在凝胶上，上面放上吸水纸巾，利用毛细管作用原理使凝胶中的DNA片段转移到NC膜上，使之成为固相化分子。

载有DNA单链分子的NC膜就可以在杂交液与另一种带有标记的DNA或RNA分子(即探针)进行杂交，具有互补序列的RNA或DNA结合到存在于NC 膜的DNA分子上，经放射自显影或其他检测技术就可以显现出杂交分子的区带。

由于这种技术类似于用吸墨纸吸收纸张上的墨迹，因此称为“blotting”，译为“印迹技术”。

分子印迹技术生物大分子印迹技术发展极为迅速，己广泛用于DNA、RNA、蛋白质的检测。

通常将DNA 印迹技术称为Southern blotting，将RNA印迹技术称为Northern blotting，将蛋白质印迹技术称为Western blotting，将不经凝胶的印迹技术称为斑点印迹（Dot blotting）。

利用表面分子印迹技术选择性检测兽药残留物当模板分子（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。

1.在一定溶剂（也称致孔剂）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；2.加入交联剂，通过引发剂、光或热等引发单体聚合，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。

药物分析中的分子印迹技术发展药物分析是药物研发与质量控制的重要环节，它关乎着人们的健康和生命。

在传统药物分析方法中，经常会出现复杂的样品矩阵干扰以及特异性不足的问题。

而分子印迹技术的发展为解决这些问题提供了新的思路和方法。

本文将就药物分析中的分子印迹技术的发展进行探讨。

一、分子印迹技术的概述分子印迹技术（Molecular Imprinting Technology，MIT）是一种通过特定的成分构建分子间相互作用的复合材料，通过这种物质与目标分子的选择性识别与结合，实现目标分子的分离、富集和检测的新型技术方法。

它在药物分析中的应用可以提高检测的特异性和准确性。

二、分子印迹技术的原理与方法分子印迹技术的基本原理是通过单体与模板分子之间的相互作用力的共同作用，构建一种具有高度选择性的聚合物。

这一聚合物可以将目标分子识别、富集并与之特异结合。

在研究中，人们常用的方法有：非共价成键技术和共价成键技术。

非共价成键技术包括缩合聚合法、热-冷冻聚合法、溶剂载体法等；而共价成键技术则包括纵坐标聚合法、自由基聚合法、原子转移自由基聚合法等。

三、分子印迹技术在药物分析中的应用1. 药物分离与提取：分子印迹技术可以用于药物的富集与提取。

研究人员可以根据药物的结构特点设计适配的分子印迹聚合物，实现对复杂样品矩阵中药物的高选择性富集与提取。

2. 药物检测与测定：分子印迹技术可以用于药物的快速检测与测定。

通过将选择性吸附层与传感器结合，可以实现对药物的高灵敏度检测。

3. 药物质量控制：分子印迹技术可以用于药物的质量控制。

通过选择特定的分子印迹聚合物，可以实现对药物中杂质、掺杂物的选择性识别与测定，保障药物的质量与安全。

四、分子印迹技术的研究热点与挑战1. 仿生分子印迹技术的发展：仿生分子印迹技术是在分子印迹技术的基础上，通过仿生学原理，以生物分子为模板，构建具有特异性识别与结合能力的仿生分子印迹聚合物。

这一领域的发展将进一步提高分子印迹技术在药物分析中的应用水平。

印迹法的基本原理及应用编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（印迹法的基本原理及应用）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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印迹法的基本原理及应用印迹法（blotting）即转移电泳，是20世纪70年代发展起来的一种新方法。

Southern于1975年建立了检测特异DNA片段的DNA-RNA杂交法,称作Southern印迹法.1977年Alwine等把此方法应用到RNA的研究方面，称作Nouthern印迹法。

1979年Towbin等则把该方法扩展应用到蛋白质分析方面，称作Western印迹法。

1982年Reinhart报道的双向蛋白质印迹法，称作Eastern印迹法.目前,有人把Southern，Nouthern，Western印迹法分别称作DNA印迹法，RNA印迹法和蛋白质印迹法。

而每一种印迹法又可以分为斑点印迹法和电泳转移印迹法。

前者是将样品直接吸附于固相载体上，而后者则是将样品先经过电泳后在转移到固相载体表面上,其余操作基本相同。

由于核酸和蛋白质等大分子物质印迹到固相载体,容易和各种探针发生化学或免疫反应,因而对检测样品(尤其是粗样品)中某些组分的理化性质是有益的。

其操作过程所需的试剂量少,灵敏度高，所以应用较为普遍。

印迹法的基本原理（一）概念1．探针用化学方法将有识别能力的物质（如抗原、激素、核酸等)和酶（如辣根过氧化物酶）或核素(如3H、35S、32P)，或荧光物质（如异硫氰荧光素、地高辛等)结合成的复合物称作探针.2．固相载体即用于吸附生命大分子物质的固体材料。

这类材料有硝酸纤维素（nitrocellulose，NC）膜，尼龙膜（nylon—membranes，NDM），重氮苄氧甲基（yloxymethyl，DBM）膜和重氮苄硫醚(diazophenylthiaether，DPT)纸等。