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]。采用席夫碱的共价键作用也进行了广泛的研究。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[13]。因此，共价法发展较为缓慢。
(2) 非共价法(自组织法,self2assembling)，主要由Mosbach 等人创立[12]。在此方法中，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[1]。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[13]。非共价法所用功能单体量相对于印迹分子大大过量，因而有相当多的结合基团呈无规则分布，但对分离过程影响不大，所以色谱固定相、膜等分离介质的制备可优先考虑非共价法。
3 分子印迹技术的研究进展
3.1 环境领域的研究进展
分子印迹聚合物能够在复杂的体系中识别专门的化合物,具有很高的亲和性与选择性,并且具有抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长等特点,分子印迹技术在环境监测和废水处理领域的应用已经引起了环境工作者的广泛关注。
3.1.1 MIT在环境分析中的应用
3.1.1.1 MIPs 用作样品检测传感器研究表明，MIPs 可作为水质检测传感器的敏感元件，通过研制成各种类型的耐受性强、成本低廉的分子印迹传感器，以实现对水质的快速定量检测[15]。利用MIPs 制作的化学传感器主要有电化学传感器和光化学传感器两种类型。
3.1.1.2 MIPs 膜分离环境样品检测往往需要进行纯化与分离等预处理。MIPs 膜分离技术是利用MIPs膜对某一分子的高度选择性,将其从基质中吸附并分离出来,作为固相萃取剂其可简化环境样品分析时复杂的预处理手续,极大地方便了样品的采集、富集和分析。MIPs 膜可以对模板分子进行特异性吸附,具有通透量大、处理能力强的优点[2]。目前,MIPs 膜的应用主要有抗氧化剂的分离、水体中残留药物的分离、除草剂的富集分离、重金属离子的吸附分离等。
3.1.1.3 MIPs 固相萃取与色谱分析固相萃取(Solid2Phase Extraction ,SPE) 是一个包括液相和固相的物理萃取过程[18]。MIPs 因其具有对分析物的特异吸附性且耐酸碱等恶劣环境的优点,可用作SPE柱[1]选择性富集目标分析物,分子印迹色谱技术是MIPs 最主要的用途之一。
3.1.2 MIT在废水处理中的应用
分子印迹吸附剂因其对目标分子选择性强、吸附速率快、吸附容量大、易脱附等优点而引起人们将其用于重金属废水处理的兴趣。将金属离子的配位作用引入分子印迹技术为重金属离子废水处理提供了一种新的方法。目前的研究主要集中在Ni 、Cu、Pb、Cr 、Fe 等离子的吸附处理。
3.2 农药残留检测应用的研究进展
3.2.1 分子印迹膜
目前农药残留检测最普遍使用的是气相色谱法和液相色谱法，它们对检测器的要求高，色谱柱制备困难，价格昂贵。气相色谱法只适用于易气化且气化后不发生分解的农药；液相色谱法的溶剂消耗量很大，且往往毒性较大[4]。另外，上述方法在检测前还都必须经过溶剂提取、净化、浓缩等繁琐且要求很高的预处理步骤[4]。与此相比，分子印迹聚合物制备的分离膜制备方便，可有效降低对高灵敏度仪器的依赖程度，在农残检测方面具有突出优势。
3.2.2 分子印迹固相萃取
传统固相萃取（solid phase extraction，SPE）[5]的目标物与吸附剂之间的作用力是非特异性的，通常需对萃取和洗脱条件进行仔细选择，而且对不同基质的分离与分析物需要选择不同的柱填料，从而限制了SPE 的进一步发展。分子印迹聚合物独特的选择性和亲和力适应了这一要求，由于模板选择的多样性，使得分子印迹聚合物能广泛应用于各种物质的分离与分析过程，它对于目标物质的高度选择性也是普通SPE所不能比拟的[3]。分子印迹固相萃取材料用于环境样品和农用药品的富集是十分有效的。
3.2.3 分子印迹传感器
以分子印迹聚合物作为敏感材料的传感器简称为分子印迹聚合物传感器。目前，以分子印迹聚合物制成的传感器已经用于对氨基酸衍生物、吗啡、金属离子、除草剂、糖类、多环芳烃、核酸和氨基酸及其衍生物和神经性毒剂水解产物等的检测[4]。
由于分子印迹聚合物的设计合成涉及模板分子性质、尺寸，以及功能单体、交联剂、溶剂、引发剂、引发方式、聚合时间等诸多因素[3]，分子印迹聚合物的合成是一项复杂的研究工作，对其制备方法进行的优化也是非常困难的。此外，由于农药品种多，化学结构和性质各异，因此对农残检测技术有更高的要求[20]。目前分子印迹聚合物大多只能在有机相中进行聚合和应用，如何能在水溶液或极性溶剂中进行制备和识别仍是一大难题。随着MIPs 研究的不断深入，将制备出含有多种印迹聚合物的敏感层，真正实现农药残留的实时、现场、动态、快速检测。
3.3 食品安全检测应用的研究进展
目前应用于食品安全检测的技术手段或方法主要有：化学方法、色谱法、酶法、免疫法、传感器法和生物检测方法等。这些方法都需要对样品进行预处理引起待检物的回收率低及特异性差等缺点[16]。针对样品量大、成分复杂的情况上述方法不适合实际现场检测的需要而且存在检测成本高重现性不好或样品制备周期长等问题。在此背景下新的
