用于食品藥品分析檢測的新型分子印跡聚合物的研究進(jìn)展

張臘梅，李道敏，李兆周，李松彪，張成博，張小帆，牛曉慧，王孟冬，侯玉澤*

（河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471003）

用于食品藥品分析檢測的新型分子印跡聚合物的研究進(jìn)展

張臘梅，李道敏，李兆周，李松彪，張成博，張小帆，牛曉慧，王孟冬，侯玉澤*

（河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471003）

分子印跡聚合物（molecularly imprinted polymers，MIPs）具有構(gòu)效預(yù)定性、特定識別性、化學(xué)穩(wěn)定性和廣泛適用性等優(yōu)點(diǎn)，近年來在食品檢驗、化學(xué)分析、藥物分離和檢測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文系統(tǒng)介紹了分子印跡基礎(chǔ)理論和表面分子印跡技術(shù)，對用于食品藥品分析檢測的新型MIPs做了詳細(xì)綜述，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

分子印跡技術(shù)；新型分子印跡聚合物；分析檢測；研究進(jìn)展

隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的不斷進(jìn)步，對分析檢測提出了更高的要求。復(fù)雜基質(zhì)中低濃度目標(biāo)分析物的檢測通常依賴于合適且高效的選擇性分離和富集過程。而分子印跡技術(shù)（molecular imprinting technology，MIT）作為一種基于分子識別的分離技術(shù)，因其對目標(biāo)分子具有較高的選擇吸附能力而在食品藥品分析檢測領(lǐng)域倍受關(guān)注。自20世紀(jì)40年代Pauling提出模板理論為MIT提供雛形后，Wulff[1]和Mosbach[2]等在此基礎(chǔ)上分別成功制備出分子印跡聚合物（molecularly imprinted polym ers，MIPs），使這方面的研究有了突破性進(jìn)展，開創(chuàng)了MIT這一嶄新研究領(lǐng)域，并引發(fā)了國際上對MIPs研究的熱潮。MIPs以其獨(dú)特的構(gòu)效預(yù)定性、特定識別性、化學(xué)穩(wěn)定性和廣泛適用性，在食品檢驗、化學(xué)分析、藥物分離和檢測等方面顯示出廣泛的應(yīng)用前景。近年來MIPs的制備方法取得了新進(jìn)展，在很大程度上改善了傳統(tǒng)聚合方法選擇吸附能力低、剛性弱、傳質(zhì)速率慢、單分散性差和穩(wěn)定性不足等缺點(diǎn)，在研究及應(yīng)用中取得了可喜的成果。

1 分子印跡基礎(chǔ)理論

MIT又稱為分子烙印技術(shù)，是結(jié)合了生物化學(xué)、材料科學(xué)、分析化學(xué)和高分子化學(xué)等學(xué)科發(fā)展起來的一門交叉學(xué)科。MIPs是一類對特定目標(biāo)化合物（印跡分子）具有特異識別位點(diǎn)和空間匹配結(jié)構(gòu)的功能高分子材料[3]。其基本合成方法是通過模板分子與功能單體的預(yù)組裝，經(jīng)交聯(lián)聚合后去除模板分子，從而在高分子骨架上形成印跡有模板分子空間結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點(diǎn)的具有“記憶”功能的MIPs，這樣的聚合物對模板分子具有高度的選擇性[4]。

制備MIPs的傳統(tǒng)方法有本體聚合、懸浮聚合、原位聚合、沉淀聚合、分散聚合、溶脹聚合等。然而采用傳統(tǒng)方法制備的MIPs具有很多局限性，諸如模板洗脫不徹底、選擇吸附能力低、剛性弱、傳質(zhì)速率慢、單分散性差、粒徑不均勻和穩(wěn)定性不足。為了突破MIT技術(shù)發(fā)展的瓶頸，許多學(xué)者致力于研究MIPs的新型制備方法與工藝，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)印跡方法存在的缺陷，其中，表面分子印跡技術(shù)已成為分子印跡領(lǐng)域最受關(guān)注的技術(shù)之一。

表面分子印跡作為新型的MIPs制備技術(shù)，通過在硅膠微球[5]、碳納米管[6]、氧化鋁或氧化鈦[7]、有機(jī)高聚物[8]、殼聚糖[9]等基質(zhì)表面進(jìn)行印跡聚合制備MIPs。表面分子印跡主要采用自組裝法、溶膠-凝膠法、犧牲硅膠骨架法、接枝共聚法、水解縮聚法、化學(xué)氣相沉積法等。這種技術(shù)成功地把印跡分子識別位點(diǎn)建立在印跡材料表面，通過載體微粒的大小來控制MIPs的大小和形狀，不僅有效地提高了識別速度，改進(jìn)了傳統(tǒng)MIPs機(jī)械性能低、模板分子包埋過深不易洗脫和傳質(zhì)慢等不足，而且增強(qiáng)了結(jié)合位點(diǎn)的均一性，具有良好的 研究前景[10]。

隨著表面印跡的快速發(fā)展，用于表面分子印跡的載體種類逐漸增多。現(xiàn)有文獻(xiàn)報道中，以活化硅膠作為載體，在其表面經(jīng)過修飾偶聯(lián)模板分子的研究較多。硅膠的力學(xué)性能強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好，具有較高的孔度和比表面積，但是由于其本身不具有識別位點(diǎn)，需經(jīng)過表面修飾引入功能基團(tuán)[11]后，在其表面合成MIPs，其制備原理見圖1。

圖1 硅膠表面印跡聚合物微球的制備示意圖[12]Fig.1 Protocol for synthesis of silica surface imprinted polymer microspheres[12]

此外，以碳納米管為載體的表面印跡技術(shù)相關(guān)報道也越來越多。碳納米管作為一種理想的納米載體，機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大，以其優(yōu)良的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)性能在表面印跡技術(shù)中顯示出很高的潛在應(yīng)用價值，主要集中在色譜分離，固相萃取和電化學(xué)傳感等領(lǐng)域[13]。通常在碳納米管表面進(jìn)行處理后可進(jìn)行分子印跡聚合，制備出一種新型復(fù)合材料—碳納米管MIPs。其制備原理見圖2。

多數(shù)用于表面印跡的載體由于自身所固有的屬性如惰性、疏水性和表面自由能較低等特點(diǎn)，致使其在分子印跡領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制；需通過嘗試對其進(jìn)行改性修飾，引入較多的特殊功能基團(tuán)如乙烯基、氨基和芐基等，為MIPs的固載提供連接位點(diǎn)[14]。硅烷偶聯(lián)劑改性和表面活性/可控自由基聚合等修飾方法越來越受到研究者的關(guān)注。硅烷偶聯(lián)劑作為常用的化學(xué)改性劑，其分子結(jié)構(gòu)中既有能與無機(jī)材料（如金屬、玻璃等）結(jié)合的甲氧基，還有能與有機(jī)材料（如合成樹脂等）結(jié)合的雙鍵[15]，能改善兩種不同化學(xué)性能材料間的黏結(jié)性，并賦予材料表面如防靜電、防腐和抗凝血等性質(zhì)，為制備分子印跡復(fù)合材料提供橋梁[16]。表面活性/可控自由基聚合（controlled / living radical polymerization，CRP）是近年來發(fā)展起來的一種較為成熟的表面修飾技術(shù)，已經(jīng)成功應(yīng)用于各種固相載體的表面改性和修飾[17]；可逆加成- 斷裂鏈轉(zhuǎn)移修飾（reversible addition-fragmentation chain transfer，RAFT）是最成熟的CRP之一，將可逆的鏈轉(zhuǎn)移試劑固定在載體表面，采用表面接枝印跡技術(shù)合成RAFT-MIPs[18]。

圖2 碳納米管表面印跡聚合物的制備示意圖[13]Fig.2 Protocol for synthesis of MIPs/MWNTs[13]

2 新型MIPs的制備與 應(yīng)用

在MIPs的制備中，選擇合適的單體構(gòu)造材料很關(guān)鍵，通常情況下，主要選擇可引起交聯(lián)聚合反應(yīng)的活潑有機(jī)單體或者能夠生成凝膠的無機(jī)材料?；诖艘蛩?，按照基質(zhì)材料類型可將MIPs分為3 類，即有機(jī)分子印跡聚合物、分子印跡無機(jī)基質(zhì)聚合物和有機(jī)-無機(jī)雜化分子印跡聚合物。

2.1 有機(jī)MIPs

傳統(tǒng)方法制備有機(jī)MIPs的過程是先將模板分子與功能單體、溶劑進(jìn)行預(yù)聚合，再加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑在 熱引發(fā)溫度下聚合得到有機(jī)MIPs。這種有機(jī)MIPs具有較高的韌性和pH值穩(wěn)定性，對多種單體具有可用性，應(yīng)用廣泛；但機(jī)械強(qiáng)度低，剛性弱，與不同的流動相接觸時容易產(chǎn)生塌陷和膨脹，使聚合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而降低其吸附性能。為了彌補(bǔ)此缺陷，一些新型的制備方法得到了不斷改進(jìn)和完善。

2.1.1 軟印刷MIPs

納米壓印是將傳統(tǒng)的模板復(fù)型技術(shù)應(yīng)用于納米制造領(lǐng)域的一種新型的圖形轉(zhuǎn)移方法。軟印刷作為納米壓印核心工藝之一，是一種基于柔性材料、以模鑄和印刷為手段的微納米加工技術(shù)，具有費(fèi)效比高、分辨率高、成本低廉、操作簡單、重復(fù)性能好、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，以其巨大 的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，近年來受到國內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注[19]。有學(xué)者通過將軟印刷技術(shù)引入MIPs合成中，在功能材料表面等比例復(fù)制出MIPs的孔穴、曲面、鏤空等二維、三維或準(zhǔn)三維的微觀結(jié)構(gòu)以及多層納米圖形結(jié)構(gòu)，成功得到高質(zhì)量的軟印刷MIPs。這種材料兼具M(jìn)IPs的選擇性以及軟印刷基質(zhì)彈性好、黏度低和易脫模等優(yōu)點(diǎn)，為高性能 MIPs的制備提供了新的途徑[20]。

Lalo等[21]以非熒光的食品添加劑N-叔丁氧羰基-L-苯丙氨酸為模板分子，以硅烷化處理成型的聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）為模具，硅膠為基質(zhì)材料，采用微傳遞成模法，經(jīng)固化完全和聚合反應(yīng)后把PDMS模具剝?nèi)ィ诠杌暇偷玫剿枰腗IPs圖形結(jié)構(gòu)。這種方法工藝過程簡單、分辨率高、傳質(zhì)速率快、成本低、環(huán)保及再生性好，所制備的MIPs既避免了使用熒光分子作為模板發(fā)生永久包埋帶來的熒光信號背景干擾，又能選擇性結(jié)合熒光衍生物丹酰-L-苯丙氨酸，通過熒光分子發(fā)出的熒光信號變化進(jìn)行快速檢測和定量分析。

2.1.2 溫敏型MIPs

溫敏型MIPs是近幾年來MIT新的發(fā)展方向[22]。利用溫敏高分子的溫度體積相變行為，即在不同溫度下分別發(fā)生收縮和溶脹，使得高分子側(cè)鏈上帶有的可與模板分子形成多點(diǎn)接觸吸附的功能單體間的距離和相對位置改變，從而使印跡空腔結(jié)合模板分子的親和力發(fā)生改變[23]。溫敏特性的引入，不僅可以增強(qiáng)常規(guī)MIPs的柔韌度與滲透性，提高M(jìn)IPs對特定目標(biāo)分子的構(gòu)效預(yù)定性和特定識別性，而且可以通過溫度變化來控制其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的體積收縮和溶脹，從而實現(xiàn)自動識別、結(jié)合或釋放目標(biāo)分子，以特殊應(yīng)用如生物拉鏈、開關(guān)閥、人工肌肉等在物質(zhì)分離、固定化酶、免疫分析、藥物控制釋放和新型生物材料等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步拓寬了MIPs的應(yīng) 用領(lǐng)域[24]。

聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）（poly(2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid)，PAMPS）作為一種溫敏結(jié)構(gòu)單體，具有低溫收縮高溫溶脹的溫敏特性。Li Songjun等[25]以聚丙烯酰胺和聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為共聚體（即PAAm-PAMPS），首次成功制備了用于分離藥物S-萘普生的拉鏈?zhǔn)綔孛鬗IPs，制備原理見圖3。該溫敏MIPs的溶脹與收縮特性強(qiáng)烈依賴于溫度變化，低溫時由于共聚體內(nèi)部絡(luò)合交互作用而使復(fù)合材料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)收縮，阻礙了目標(biāo)分子接近結(jié)合位點(diǎn)，使MIPs表現(xiàn)出較低的吸附能力；高溫時共聚物內(nèi)部交互作用被破壞，復(fù)合材料發(fā)生溶脹或分解，從而促進(jìn)了目標(biāo)分子向結(jié)合位點(diǎn)靠近，發(fā)生結(jié)合反應(yīng)，使MIPs表現(xiàn)出較高的吸附能力。經(jīng)研究，該溫敏性MIPs不僅維持了常規(guī)MIPs特異識別性能、分離富集能力和吸附容量，并利用其溫敏特性，通過控制溫度變化實現(xiàn)對S-萘普生的智能分離和富集。

圖3 拉鏈?zhǔn)綔孛鬗IPs的制備示意圖[25]Fig.3 Fabrication of zipper-like imprinted polymers[25]

2.2 無機(jī)MIPs

無機(jī)MIPs是通過自組裝體系在無機(jī)固體材料表面進(jìn)行修飾，把模板分子引入無機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而獲得無機(jī)MIPs的一種行之有效的方法[26]。這類MIPs機(jī)械強(qiáng)度高，剛性好，其選擇性取決于MIPs表面孔穴的形狀、大小和孔穴內(nèi)功能基團(tuán)的排列，與母體本身關(guān)系不大，并且可以優(yōu)先吸附模板分子，但對模板分子類似物也有較強(qiáng)的吸附作用[27]。

2.2.1 無機(jī)TiO2表面MIPs

無機(jī)TiO2納米材料具有比表面積大、機(jī)械穩(wěn)定性高、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為理想的分子印跡基質(zhì)材料。以TiO2膠粒、無機(jī)TiO2納米管或者電極為印跡基質(zhì)在其表面進(jìn)行分子印跡膜修飾，可以使得MIPs的識別位點(diǎn)處在基質(zhì)顆粒的表面，減少包埋現(xiàn)象，提高模板分子和印跡基質(zhì)之間的結(jié)合效率，從而在檢測與電催化中對目標(biāo)分子顯示出較高的靈敏度與選擇性[28]。

Li Man等[29]以異丙醇鈦Ti(OiPr)4為TiO2前驅(qū)體，食品色素日落黃為模板分子，未使用功能單體和交聯(lián)劑，采用溶膠-凝膠法制備了MIPs，用于檢測飲料中磺酸類色素。該聚合物孔徑約為12.32 nm，比表面積大，單分散性好，選擇特異性強(qiáng)，吸附能力高，對四種磺酸類色素日落黃、酒石黃、深莧紫、胭脂紅均具有很好的印跡效果，檢出限（limit of detection，LOD）為0.13～0.36 μmol/L，定量限為0.60～1.20 μmol/L，靈敏度較高。這表明該MIPs可作為一種固相萃取材料用于分離、富集和檢測飲料中的磺酸類色素。

2.2.2 磁性納米顆粒表面MIPs

磁性納米顆粒是近年來一個較熱門的研究課題，這種新型材料不但具有普通納米顆粒所具有的基本效應(yīng)（即表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)），在一定條件下，還具有良好的生物相容性和生物靶向性等[30]。若能將磁性技術(shù)應(yīng)用于MIPs，賦予其磁敏感性，使MIPs不但能識別特定分子，而且能在外加磁場作用下很容易實現(xiàn)定向移動和快速分離，可使MIPs的應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步拓展[31]。

Chen Fangang等[32]利用表面分子印跡技術(shù)，以單葉大黃素為虛擬模板，順磁的Fe3O4@SiO2-MPS核-殼式納米顆粒為載體，制備了一種對紅酒中白藜蘆醇具有良好識別和吸附性能的磁納米分子印跡聚合物（magnetic molecularly imprinted polymers，MMIPs）。該MMIPs吸附速度快，吸附容量高，達(dá)到27.48 μmol/g，應(yīng)用高效液相色譜（high-performance liquid chromatography，HPLC）對其吸附效果進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示MMIPs對標(biāo)準(zhǔn)品的回收率為79.3%～90.6%，LOD達(dá)到4.42 ng/mL，以53.14 A·m2/kg的高飽和磁化強(qiáng)度成功實現(xiàn)對白藜蘆醇的快速分離和富集，是一種高效的吸附劑。

2.3 有機(jī)-無機(jī)雜化分子印跡聚合物

據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報道，分子印跡基質(zhì)材料大多是單一的無機(jī)材料或單一的有機(jī)材料。眾所周知，無機(jī)材料具有高強(qiáng)度、高剛性和高硬度，以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，但韌性和可塑性又不理想；有機(jī)材料則具有良好的韌性、功能多樣性和品種多樣性等特點(diǎn)，而剛性弱，耐熱性較差[33]。有機(jī)-無機(jī)雜化MIPs則是將有機(jī)與無機(jī)有效的結(jié)合，不僅具備了二者的優(yōu)點(diǎn)，同時克服了原本單一分子印跡材料溶脹或塌陷的缺點(diǎn)，也為雜化材料引入了特異分子選擇的新特性，滿足了更高的分析要求。作為雜化材料的一個分支，有機(jī)-無機(jī)雜化分子印跡技術(shù)發(fā)展時間短，合成方法多樣性欠缺，現(xiàn)行的合成方法主要借用雜化功能材料制備方法中的溶膠-凝膠法來達(dá)到合成目的[34]。

2.3.1 基于水凝膠基質(zhì)的MIPs

水凝膠是一類含有親水基團(tuán)的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的軟濕性材料[35]，在水中溶脹而不溶解，形成交聯(lián)狀態(tài)的半固體，以其良好的親水特性和生物相容性，近年來在生物醫(yī)藥領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注，可通過響應(yīng)外界刺激有效延緩藥物的釋放，常被應(yīng)用到藥物傳輸領(lǐng)域作為藥物載體[36]。分子印跡水凝膠是結(jié)合了水凝膠響應(yīng)外界刺激信號（如溫度、pH值、電場、磁場、光、壓力等）變化而發(fā)生可逆體積相轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)以及MIPs的預(yù)定識別性和高選擇性，根據(jù)控制外界環(huán)境的變化來實現(xiàn)對特定目標(biāo)分子的自動識別、結(jié)合與釋放的高分子聚合物[37]。

Meng Liang等[38]通過在玻璃表面負(fù)載一層厚度為2 mm的具有良好生物相容性的SiO2膠粒以及玻璃狀的聚甲基丙烯酸甲酯層，獲得了制備分子印跡可控催化功能材料的水凝膠基質(zhì)，并在其表面制備出用于檢測藥物阿托平的光響應(yīng)性分子印跡水凝膠（molecularly imprinted photonic hydrogels，MIPHs），制備原理見圖4。該MIPHs由于具有高親水性而容易發(fā)生溶脹作用，導(dǎo)致體積上的變化，進(jìn)而在宏觀上表現(xiàn)出顏色的變化，響應(yīng)時間快（＜30 s），選擇吸附性強(qiáng)，再生性能好，靈敏度較高，LOD達(dá)到1 pg/mL。這種新技術(shù)將化 學(xué)響應(yīng)性MIPs與水凝膠光子晶體結(jié)合，可以直接把分子識別的化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為可讀的光信號，作為一種直觀、靈敏的響應(yīng)表達(dá)方式，為違禁藥物的快速檢測提供了新手段，需要深入研究。

圖4 光響應(yīng)性分子印跡水凝膠的制備示意圖[38]Fig.4 Fabrication of molecularly imprinted photonic hydrogels (MIPHs)[38]

2.3.2 基于多孔材料的MIPs

多孔材料具有規(guī)則的孔徑和較高的比表面積，其孔道孔壁可進(jìn)行物理吸附或新的化學(xué)修飾，且有序的孔道和可調(diào)的孔徑可使傳質(zhì)速度加快[39]；將其作為分子印跡位點(diǎn)的載體，有利于加快吸附分離的速度并使印跡分子能夠大量印跡于孔材料的孔壁上，以便實現(xiàn)快速的點(diǎn)位識別并獲得高的吸附容量[40]，在吸附分離和催化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。對于水相體系中的非共價型分子印跡，模板與功能單體之間的氫鍵容易遭到破壞是影響聚合物識別與吸附能力的一個重要因素[41]。此外，相較于傳統(tǒng)印跡聚合物模板分子不能完全脫除、傳質(zhì)速率低、聚合物形態(tài)不規(guī)則以及高度交聯(lián)的聚合物膜剛性弱等問題，多孔材料的使用可以有效彌補(bǔ)這些不足，提高聚合物的吸附能力。

2.3.2.1 微孔材料

微孔分子篩可用于吸附和催化，但由于其孔徑尺寸的局限，不能用于大分子的吸附和催化，只能吸附小分子或離子[42]。馬向霞等[43]以食品加香劑原料香豆素-3-羧酸為模板，在孔徑為0.45 μm的聚偏氟乙烯微孔濾膜表面，采用光引發(fā)的方法合成了香豆素-3-羧酸分子印跡聚合物復(fù)合膜，所得到的復(fù)合膜既有一定的柔韌性，又成功實現(xiàn)了對模板分子的有效分離，呈現(xiàn)出較高的識別選擇性。

2.3.2.2 介孔材料

介孔材料孔徑尺寸較大（約2～50 nm），且孔徑可調(diào)，能吸附尺寸較大的分子或離子，因而基于介孔材料的MIPs的制備和應(yīng)用得到了學(xué)者的深入研究。多孔的硅膠微?？梢杂米鱾鹘y(tǒng)MIPs微球形態(tài)上的“模板”分子，并有效控制聚合物的形狀、大小和多孔性。Mehdinia等[44]以介孔SiO2材料SBA-15為納米反應(yīng)器，吡咯為功能單體，藥物抗壞血酸為模板分子，通過在SBA-15的六角孔道（直徑5～30 nm）表面固定化并發(fā)生聚合反應(yīng)，得到了具有較高選擇吸附能力的納米級的分子印跡復(fù)合材料SBA-15/PPy@MIPs。

2.3.2.3 金屬框架氧化物

金屬有機(jī)框架物（metal-organic frameworks，MOFs）是由含氧、氮等的多齒有機(jī)配體（大多是芳香多酸和多堿）與過渡金屬離子自組裝而成的配位聚合物[45]。這些金屬有機(jī)骨架多數(shù)都具有較高的孔隙率和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，密度小、比表面積大、具有特有的規(guī)則立方微孔并且能控制孔的結(jié)構(gòu)，比其他的多孔材料有更廣泛的應(yīng)用前景[46]?；贛OFs的新型MIPs的合成近幾年已引起了越來越多的關(guān)注。Qian Kun等[47]率先通過在Zn4O(BPC)3（MOF-5）表面包覆一層厚度約10～20 μm的MIPs殼得到一種新型的核-殼式分子印跡聚合物MOF@MIPs，用于檢測農(nóng)藥速滅威。這種新型聚合物晶體結(jié)構(gòu)規(guī)則均勻，粒徑達(dá)到50～60 μm，比表面積高達(dá)945.05 m2/g，且具有很好的熱穩(wěn)定性；飽和吸附容量達(dá)到24.44 μmol/g，在20 min內(nèi)就可以達(dá)到吸附平衡，呈現(xiàn)出較高的模板裝載速率和裝載容量，可用于農(nóng)藥殘留速滅威的快速檢測。

2.3.3 量子點(diǎn)表面MIPs

量子點(diǎn)（quantum dots，QDs）具有發(fā)光強(qiáng)度高、耐光穩(wěn)定性好、激發(fā)光譜范圍寬且連續(xù)、發(fā)射光譜窄而對稱、通過控制量子點(diǎn)尺寸精確調(diào)整發(fā)射波長、Stokes位移大以及抗光漂白能力強(qiáng)等光學(xué)特性[48]。量子點(diǎn)表面MIPs即利用QDs優(yōu)良的光學(xué)特性，通過在其表面錨定MIPs，使這種新型材料兼具QDs出色的光學(xué)靈敏度以及MIPs高度的特異選擇性等優(yōu)點(diǎn)[49]，既可以提高QDs選擇識別性能，又拓展了QDs的應(yīng)用領(lǐng)域，近年來在食品檢測、分析化學(xué)以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。

Yang Min等[50]以殺蟲劑五氯苯酚（pentachlorophenol，PCP）為模板，通過在硅膠表面裝載磁納米微粒Fe3O4以及硫化鋅摻雜錳量子點(diǎn)（ZnS∶Mn2+QDs），合成了兼具超順磁特性、熒光性能和高選擇吸附性能的Fe3O4-ZnS∶Mn2+@MIPs。這種MIPs具有多種功能，不僅對模板分子具有識別能力和磁敏感性，還可以作為熒光探針實現(xiàn)對模板分子的熒光檢測。通過對水樣進(jìn)行分析，該MIPs對泉水和自來水中PCP的回收率分別達(dá)到101%和97%，速度快，準(zhǔn)確度高，為PCP殘留的快速檢測提供了新手段。

Liu Huiling等[51]采用溶膠-凝膠法，在氨基化的CdTe/ ZnS量子點(diǎn)表面錨定萊克多巴胺（ractopamine，RAC）的MIPs層，該產(chǎn)物結(jié)合模板分子RAC會發(fā)生熒光淬滅，脫除模板分子后熒光恢復(fù)，制備原理見圖5。將其應(yīng)用于化學(xué)發(fā)光體系，線性范圍為5.00×10-10～3.55×10-7mol/L，LOD為1.47×10-10mol/L；而用于固相萃取-HPLC體系，線性范圍達(dá)到1.50×10-10～8.90×10-8mol/L，LOD低至8.30×10-11mol/L，富集因子為407.17，對RAC標(biāo)準(zhǔn)品的回收率達(dá)到90.88%～91.05%，顯著提高了體系靈敏度和選擇性。這種方法制備的熒光傳感MIPs，比其他分析檢測手段線性范圍廣、精度高、靈敏度強(qiáng)、再生性能好并具有良好的實用性，可用于肉制品中RAC的快速檢測。

圖5 量子點(diǎn)表面MIPs的制備示意圖[51]Fig.5 Fabrication of MIPs-coated CdTe/ZnS QDs[51]

3 結(jié) 語

近年來學(xué)者對MIT的研究越來越深入，食品藥品分析檢測技術(shù)已經(jīng)取得很大進(jìn)步。新型分子印跡材料層出不窮，其合成、表征以及理論體系日臻完善，在越來越多的研究與應(yīng)用領(lǐng)域顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢，但在理論和應(yīng)用方面還有很多問題亟待解決。對水溶性生物大分子如蛋白、核酸、多糖等的印跡，甚至拓展到超分子水平的細(xì)胞與病毒的印跡有待于更多的嘗試[52]；新型MIPs的研制依賴于新型功能單體和交聯(lián)劑的開發(fā)，但目前可選擇使用的功能單體與交聯(lián)劑種類較少，可結(jié)合計算機(jī)模擬和其他技術(shù)，進(jìn)一步開發(fā)合成新型功能單體和新型交聯(lián)劑以適用于不同模板分子的印跡；MIPs的實際有效結(jié)合位點(diǎn)太少，導(dǎo)致吸附容量太小，需要進(jìn)一步對MIPs的物理形貌和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化；水相體系和極性溶劑中MIPs的制備需做進(jìn)一步研究；MIPs的制備存在模板泄漏問題，測量低濃度樣品時易產(chǎn)生干擾；共價型MIPs特定識別性能和吸附性能都很好，但模板分子不易洗脫，需要尋找溫和而有效的洗脫劑；如何制備出高性能的分子印跡材料，使其不僅能克服有機(jī)材料的溶脹性，又可阻止無機(jī)材料的收縮等，都將是下一步研究中亟需解決的問題。隨著MIT的不斷發(fā)展，上述問題將得到很好的解決，使MIT在食品藥品分析檢測等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的應(yīng)用價值。

[1] WULFF G, SARHAN A, ZABROCKI K. Enzyme-analogue built polymers and their use for the resolution of racemates[J]. Tetrahedron Letters, 1973, 14(44): 4329-4332.

[2] MOSBACH K, RAMSTR?M O. The emerging technique of molecular imprinting and its future impact on biotechnology[J]. Nature Biotechnology, 1996, 14: 163-170.

[3] KRYSCIO D R, PEPPAS N A. Surface imprinted thin polymer film systems with selective recognition for bovine serum albumin[J]. Analytica Chimica Act a, 2012, 718: 109-115.

[4] KRUPADAN R J, KHAN M S, WATE S R. Removal of probable human carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbons from contaminated water using molecularly imprinted polymer[J]. Water Research, 2010, 44(3): 681-688.

[5] HONG Yansuo, CHEN Ligang. Extraction of quercetin from Herba Lysimachiae by molecularly imprinted-matrix solid phase dispersion[J]. Journal of Chromatography B, 2013, 941: 38-44.

[6] PRASAD B B, PRASAD A, TIWARI M P, et al. Multiwalled carbon nanotubes bearing “terminal monomeric unit” for the fabrication of epinephrine imprinted polymer-based electrochemical sensor[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2013, 45: 114-122.

[7] TRAN T T T, LI Jiezhen, FENG Hui, et al. Molecularly imprinted polymer modified TiO2nanotube arrays for photoelectrochemical determination of perfluorooctane sulfonate(PFOS)[J]. Sensors and Actuators B, 2014, 190: 745-751.

[8] SELYANCHYN R, LEE S W. Molecularly imprinted polystyrenetitania hybrids with both ionic and π-π interactions: a case study with pyrenebutyric acid[J]. Microchimica Acta, 2013, 180(15/16): 1443-1452.

[9] ZHANG Yalei, ZHANG Juan, DAI Chaomeng, et al. Sorption of carbamazepine from water by magnetic molecularly imprinted polymers based on chitosan-Fe3O4[J]. Carbohydrate Polymers, 2013, 97(2): 809-816.

[10] SCHIRHAGL R, REN K N, ZARE R N. Surface-imprinted polymers in microfluidic devices[J]. Science China Chemistry, 2012, 55(4): 469-483.

[11] QU Jinrong, ZHANG Jiajun, GAO Yanfei, et al. Synthesis and utilisation of molecular imprinting polymer for clean-up of propachlor in food and environmental media[J]. Food Chemistry, 2012, 135(3): 1148-1156.

[12] 張進(jìn), 左聰韻, 田浪, 等. 鄰苯二甲酸二甲酯表面印跡微球的合成及吸附性能評價[J]. 材料導(dǎo)報, 2013, 27(16): 151-154.

[13] YANG Xiao, ZHANG Zhaohui, LI Jiaxing, et al. Novel molecularly imprinted polymers with carbon nanotube as matrix for selective solidphase extraction of emodin from kiwi fruit root[J]. Food Chemistry, 2014, 145: 687-693.

[14] 任馳, 孫向英, 劉鵬超. ZnS: Mn量子點(diǎn)表面印跡雜化膜的研制及其在熒光識別4-硝基苯酚中的應(yīng)用[J]. 分析化學(xué), 2012, 40(9): 1391-1396.

[15] PAN Jianming, HANG Hui, DAI Xiaohui, et al. Switched recognition and release ability of temperature responsive molecularly imprinted polymers based on magnetic halloysite nanotubes[J]. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(33): 17167-17175.

[16] 李莎. 碳微球表面二苯并噻吩分子印跡聚合材料目制備過程優(yōu)化及吸附性能初探[D]. 太原: 太原理工大學(xué), 2011.

[17] HU Xiaogang, FAN Yanan, ZHANG Yi, et al. Molecularly imprinted polymer coated solid-phase microextraction fi ber prepared by surface reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization for monitoring of Sudan dyes in chilli tomato sauce and chilli pepper samples[J]. Analytica Chimica Acta, 2012, 731: 40-48.

[18] XU Shoufang, LI Jinhua, CHEN Lingxin. Molecularly imprinted polymers by reversible addition-fragmentation chain transfer precipitation polymerization for preconcentration of atrazine in food matrices[J]. Talanta, 2011, 85(1): 282-289.

[19] 邢飛, 廖進(jìn)昆, 楊曉軍, 等. 納米壓印技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 激光雜志, 2013, 34(3): 1-3.

[20] VOICU R, FAID K, FARAH A A, et al. Nanotemplating for twodimensional molecular imprinting[J]. Langmuir, 2007, 23(10): 5452-5458.

[21] LALO H, AYELA C, DAGUE E, et al. Nanopatterning molecularly imprinted polymers by soft lithography: a hierarchical approach[J]. Lab on a Chip, 2010, 10(10): 1316-1318.

[22] 陳兆偉, 陳明清, 劉曉亞, 等. 溫敏性聚 (N-異丙基丙烯酰胺) 水凝膠的合成與表征[J]. 功能高分子學(xué)報, 2004, 17(1): 46-50.

[23] 夏烈文, 褚良銀. 基于N-異丙基丙烯酰胺的溫敏型分子印跡聚合物[J].化學(xué)通報, 2007, 70(7): 489-493.

[24] 郭小偉, 高云玲, 姚克儉. 溫敏性水楊酸分子印跡水凝膠的合成與性能研究[J]. 分析測試學(xué)報, 2012, 31(10): 1303-1308.

[25] LI Songjun, YI Ge, PILETSKY S A, et al. A zipper-like on/offswitchable molecularly imprinted polymer[J]. Advanced Functional Materials, 2011, 21(17): 3344-3349.

[26] KOMIYAMA M, TAKEUCHI T, MUKAWA T, et al. Molecular imprinting: from fundamentals to applications[M]. Weinheim: Wiley-VCH, 2004: 129-132.

[27] 鄭永軍. 金屬離子印跡聚合物微球的制備及吸附性能研究[D]. 曲阜: 曲阜師范大學(xué), 2006.

[28] CHEN Yaohan. SHEN Jun. ZHANG Zhao. Synthesis and characterization of silicon-doped mesoporous SO42-/TiO2without using organic templates[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2008, 29(4): 356-360.

[29] LI Man, LI Rong, TAN Jin, et al. Titania-based molecularly imprinted polymer for sulfonic acid dyes prepared by sol-gel method[J]. Talanta, 2013, 107: 203-210.

[30] 張峰, 朱宏. 聚乙二醇包覆納米Fe3O4顆粒的制備及表征[J].磁性材料及器件, 2009, 40(4): 27-30.

[31] CHEN Ligang, LI Bin. Application of magnetic molecularly imprinted polymers in analytical chemistry[J]. Analytical Methods, 2012, 4(9): 2613-2621.

[32] CHEN Fangang, XIE Xiaoyu, SHI Yanping. Preparation of magnetic molecularly imprinted polymer for selective recognition of resveratrol in wine[J]. Journal of Chromatography A, 2012, 1300: 112-118.

[33] 姚清照. 鈦、硅納米雜化分子印跡聚合物的制備及表征[D]. 南京:東南大學(xué), 2009.

[34] 馬超, 孫娜, 劉孝芳, 等. 有機(jī)-無機(jī)分子印跡雜化材料的研究進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程, 2012, 29(3): 66-71.

[35] 楊猛, 王德鵬, 劉鳳岐. 智能水凝膠應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工科技, 2013, 21(3): 72-75.

[36] 王潔. 分子印跡水凝膠微球及藥物釋放行為研究[D]. 天津: 天津大學(xué), 2010.

[37] 李志良. 分子印跡水凝膠光子晶體對煙酰胺溶液濃度響應(yīng)性的研究[D]. 天津: 天津大學(xué), 2010.

[38] MENG Liang, MENG Pinjia, TANG Buguang, et al. Molecularly imprinted photonic hydro gels for fast screening of atropine in biological samples with high sensitivity[J]. Forensic Science International, 2013, 231(1/3): 6-12.

[39] 吳云, 戈延茹, 潘如, 等. SBA-15表面咖啡因分子印跡聚合物的制備及性能研究[J]. 江蘇大學(xué)學(xué)報: 醫(yī)學(xué)版, 2012, 22(2): 151-154.

[40] 鄭毅. 基于介孔材料HMS的分子印跡材料制備及其吸附性能[D].哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2012.

[41] XU Zhifeng, XU Li, KUANG Daizhi, et al. Exploiting β-cyclodextrin as functional monomer in molecular imprinting for achieving recognition in aqueous media[J]. Materials Science and Engineering C, 2008, 28(8): 1516-1521.

[42] 游來江, 蔣燕, 向虹, 等. 改性介孔無機(jī)凝膠的制備及其在溶液中的吸附機(jī)理[J]. 材料導(dǎo)報, 2006, 20(增刊1): 20-23.

[43] 馬向霞, 何錫文, 張茉, 等. 香豆素-3-羧酸分子印跡聚合物復(fù)合膜對底物的結(jié)合及滲透選擇性質(zhì)的研究[J]. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報, 2006, 27(7): 1237-1241.

[44] MEHDINIA A, AZIA-ZANJANI M O, AHMADIFAR M, et al. Design and synthesis of molecularly imprinted polypyrrole based on nanoreactor SBA-15 for recognition of ascorbic acid[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2013, 39(1): 88-93.

[45] XU Jianqiao, ZHENG Juan, TIAN Jingyu, et al. New materials in solid-phase microextraction[J]. Trends in Analytical Chemistry, 2013, 47: 68-83.

[46] HUANG Zhenzhen, LEE H K. Materials-based approaches to minimizing solvent usage in analytical sample preparation[J]. Trends in Analytical Chemistry, 2012, 39: 228-244.

[47] QIAN Kun, FANG Guozhen, WANG Shuo. A novel core-shell molecularly imprinted polymer based on metal-organic frameworks as a matrix[J]. Chemical Communications, 2011, 47(36): 10118-10120.

[48] LIU Huilin, FANG Guozhen, LI Changmo, et al. Molecularly imprinted polymer on ionic liquid-modif i ed CdSe/ZnS quantum dots for the highly selective and sensitive optosensing of tocopherol[J]. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(37): 19882-19887.

[49] ZHANG Wei, HE Xiwen, CHEN Yang, et al. Composite of CdTe quantum dots and molecularly imprinted polymer as a sensing material for cytochrome C[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2011, 26(5): 2553-2558.

[50] YANG Min, HAN Aijuan, DUAN Junling, et al. Magnetic nanoparticles and quantum dots co-loaded imprinted matrix for pentachlorophenol[J]. Journal of Hazardous Materials, 2012, 237: 63-67.

[41] LIU Huiling, LIU Dongrui, FANG Guozhen, et al. A novel dualfunction molecularly imprinted polymer on CdTe/ZnS quantum dots for highly selective and sensitive determination of ractopamine[J]. Analytica Chimica Acta, 2013, 762: 76-82.

[52] VERHEYEN E, SCHILLEMENS J P, van WIJK M, et al. Challenges for the effective molecular imprinting of proteins[J]. Biomaterials, 2011, 32(11): 3008-3020.

Recent Advances in the Application of Innovative Molecularly Imprinted Polymers in the Analysis of Foods and Drugs

ZHANG La-mei, LI Dao-min, LI Zhao-zhou, LI Song-biao, ZHANG Cheng-bo,
ZHANG Xiao-fan, NIU Xiao-hui, WANG Meng-dong, HOU Yu-ze*
(College of Food and Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China)

Molecularly imprinted polymers (MIPs) have several advantages including predetermined structure and effect, specif i c recognition, chemical stability and wide practicability. Therefore, they have been widely applied in food inspection, chemical analysis, pharmaceutical separation and analysis, etc. This paper summarizes the basic principle of molecular imprinting and surface molecular imprinting technique and presents a systematic review of several innovative MIPs used for the analysis of foods and drugs. Furthermore, future development trends are discussed.

molecular imprinting technology; innovative molecularly imprinted polymers; analysis and inspection; advance

TS201.6

A

1002-6630（2014）15-0314-07

10.7506/spkx1002-6630-201415062

2013-10-21

2009年度河南省教育廳自然科學(xué)研究計劃項目（2009A550003）；河南科技大學(xué)博士科研啟動基金項目（09001609）；河南科技大學(xué)青年科學(xué)基金項目（2013QN021）；河南科技大學(xué)大學(xué)生研究訓(xùn)練計劃項目（2012110；2012120）

張臘梅（1989—），女，碩士研究生，研究方向為食品安全檢測。E-mail：zhanglamei89@foxmail.com

*通信作者：侯玉澤（1956—），男，教授，碩士，研究方向為食品質(zhì)量與安全。E-mail：huoyuze@126.com