分子印跡技術(shù)

董艷紅　蔣顯輝

摘 要：分子印跡技術(shù)是一種制備對特定分子具有專一識別性能的聚合物的技術(shù)，具有驚人的專一識別性，已獲得持續(xù)關(guān)注。采用沉淀聚合法、表面印跡法、溶脹聚合法、懸浮聚合法等可制備多種形態(tài)的分子印跡聚合物。分子印跡技術(shù)已經(jīng)在食品中農(nóng)藥殘留、獸藥殘留檢測分析、食品非法添加物質(zhì)檢測分析以及食品活性功效成分分離領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：分子印跡，分子印跡聚合物，食品

中圖分類號：N04；O631.3 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8578（2014）S1-0102-04

Molecular Imprinting Technology

DONG Yanhong JIANG Xianhui

Abstract：Molecular imprinting technology is becoming increasingly recognized as a powerful technology of preparing synthetic polymers that contain tailor made recognition sides for certain molecules. It has excellent recognition ability to the target molecule. Many approaches have been used for preparing different molecular imprinted polymer， such as precipitation polymerization， surface Imprinting， swelling polymerization and suspension polymerization. Molecular Imprinting Technology has an extensive application in pesticide residues， veterinary drug residues of testing progress， analysis technology of illegal additives in food and the separation and purification of functional components from food.

Keywords： molecular imprinting， molecular imprinted polymer， food

收稿日期：2014-06-17

作者簡介：董艷紅（1985—），女，浙江溫州人，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心醫(yī)藥部食品工程室副主任，從事食品領(lǐng)域?qū)＠麑彶?。通信方式：dongyanhong@sipo.gov.cn。

一 分子印跡技術(shù)的概念

分子印跡技術(shù)（molecular imprinted technology，MIT）是在特定聚合材料中引入分子特異識別位點達到對目標物質(zhì)特定結(jié)合的一項技術(shù)。該技術(shù)起始于20世紀40年代，在研究抗原與抗體相互配合作用時提出抗原為抗體的形成提供對應(yīng)的模板[1]，在此理論基礎(chǔ)上，分子印跡技術(shù)應(yīng)運而生。1993年，瑞典大學(xué)的學(xué)者發(fā)表了《茶堿分子印跡聚合物的研究結(jié)果》，極大促進了分子印跡技術(shù)的發(fā)展。

分子印跡技術(shù)主要依靠模板分子、功能單體、交聯(lián)劑、溶劑或致孔劑為反應(yīng)原料。在合適溶劑中，采用特定的方法，使模板分子與功能單體通過共價或非共價作用形成“印跡”位點，通過交聯(lián)劑聚合形成共聚物，從而固定“印跡”位點，再利用洗脫抽提技術(shù)將模板分子從“印跡”位點上洗脫。此時，在共聚物上就形成了能與模板分子相適應(yīng)、可結(jié)合的空間空缺點或三維的空穴位點。該空間空缺點或三維空穴對模板分子或其結(jié)構(gòu)類似物就具有了特異性的識別功能，從而達到專一性識別模板分子或其類似物，并分離提取模板分子或其類似物的目的。這種理論也被稱為“鎖鑰原理”，即像鎖一樣對鑰匙具有特定選擇性，具備高度特異性的特點，所以分子印跡技術(shù)也被稱為“分子鑰匙”或“人工鎖技術(shù)”。又因為該原理與生物上抗原抗體的分子識別原理相似，故在眾多研究中也將分子印跡稱為“仿生物分子識別技術(shù)”。

二 分子印跡制備方法

分子印跡技術(shù)在制備共聚物時，有別于普通聚合方法，需要選擇可與模板分子發(fā)生作用的特異的功能單體，即具有相應(yīng)的功能團。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前分子印跡共聚物的制備方法主要包括沉淀聚合法、表面印跡法、溶脹聚合法、懸浮聚合法等，共聚物的形態(tài)也發(fā)展為粉末、膜、球形等多種。

1.沉淀聚合法

沉淀聚合法是通過在均一相中的模板分子與功能單體自聚合形成低聚合物，加入交聯(lián)劑從均一相中沉淀出低聚合物，通過超聲等處理并且在充氮氣等特定條件下聚合獲得高交聯(lián)的分子印跡微球。沉淀聚合法操作簡單，不需要添加表面活性劑和穩(wěn)定劑，可以聚合獲得表面干凈的印跡微球。但是，此方法對溶劑的黏性要求較大，只有在黏性小的溶劑中才能夠獲得粒徑分布均勻的印跡微球。

2.表面印跡法

傳統(tǒng)的分子印跡技術(shù)由于所制備的是高度交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)，模板分子被深度包藏在聚合物網(wǎng)絡(luò)中，導(dǎo)致印跡位點分布不均一，內(nèi)部模板分子洗脫困難。而表面印跡法作為一種新的制備方法由此產(chǎn)生，并能克服上述不足。

表面印跡法簡單概括就是采用特定方法把所有的印跡位點固定在具有良好性能的固體表面上，促進模板分子的洗脫和再結(jié)合，尤其適用于生物大分子。但是表面印跡法是在二維表面形成印跡位點，相比于沉淀聚合法等制備得到的三維聚合物，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，重復(fù)利用次數(shù)下降，且結(jié)合量降低。另外，表面印跡法避免了粉碎研磨過程造成的印跡位點的破壞。

表面印跡法中分子印跡膜就是其中典型的產(chǎn)物之一。研究人員通過在多孔支撐膜表面接枝或者沉淀涂覆分子印跡薄層得到分子印跡復(fù)合膜。

3.溶脹聚合法

溶脹聚合法通過制備非交聯(lián)的種子微球，再將種子微球經(jīng)過多次的溶脹聚合，獲得大粒徑分子印跡微球，這種方法則克服了傳統(tǒng)制備方法中獲得的無定形微粒的缺陷。溶脹聚合法獲得的微球具有單分散性，且由于聚合過程在水性體系中進行，所得的產(chǎn)物在水性環(huán)境中應(yīng)用也較為有利。但其制備過程卻較為煩瑣，且制備周期也較長。

4.懸浮聚合法

懸浮聚合法指單體在機械攪拌或振蕩和分散劑的作用下，單體分散成液滴，通常懸浮于懸浮介質(zhì)中進行的聚合過程，是制備球形分子印跡聚合物的常用方法之一。反應(yīng)體系包括單體、引發(fā)劑、懸浮介質(zhì)，一般采用普通有機溶劑均不互溶的全氟化碳作為懸浮介質(zhì)，添加特殊的表面活性劑，通過攪拌等手段制得懸浮乳液，后加入引發(fā)劑，獲得粒度均勻、形態(tài)規(guī)則的微球。由于該方法需要使用全氟化碳和特殊的表面活性劑，使得該方法的實用性降低。

三 分子印跡技術(shù)的主要特點

分子印跡技術(shù)是一種仿生物分子識別技術(shù)，具有識別高度專一性的特點；此外，由于分子印跡技術(shù)制備得到的共聚物是化學(xué)合成產(chǎn)物，對外部反應(yīng)的環(huán)境具有高度穩(wěn)定性，耐高溫耐酸耐堿，而且獲得的共聚物具有高利用率，可反復(fù)使用無須擔(dān)心失去活性；生產(chǎn)分子印跡不需要經(jīng)過復(fù)雜的生物反應(yīng)過程，制備效率也大大提高。這些優(yōu)點都促使分子印跡技術(shù)在食品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

四 分子印跡技術(shù)在食品領(lǐng)域中的主要應(yīng)用

基于分子印跡技術(shù)的多項優(yōu)點，分子印跡技術(shù)已經(jīng)在食品領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

1.分子印跡技術(shù)在食品農(nóng)藥、獸藥殘留檢測中的應(yīng)用

食品農(nóng)藥、獸藥殘留檢測需要從復(fù)雜的樣品中將低含量的目標殘留物高效提取、分離，從而檢測殘留量，因此對于樣品的前處理提出了高要求，傳統(tǒng)使用的固相萃取技術(shù)特異性不強，導(dǎo)致檢測誤差大、精度低。而分子印跡技術(shù)能夠有選擇性地從復(fù)雜底物中分離目標物，克服了樣品體系復(fù)雜、預(yù)處理煩瑣等不利因素，且分析精確度高，非常適合痕量分析。

胡艷云等[2] 以三唑酮為模板分子，三氟甲基丙烯酸為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，合成了對三唑類農(nóng)藥具有高選擇性的分子印跡聚合物。將印跡聚合物作為固相萃取填料，優(yōu)化分離、富集三唑類農(nóng)藥。結(jié)合液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法，實現(xiàn)了果蔬樣品中20 種三唑類殺菌劑的高通量特異性檢測。該方法靈敏、準確度高，能更有效減弱基體效應(yīng)。

分子印跡技術(shù)在四環(huán)素類獸藥殘留、氯霉素類獸藥殘留、磺胺類獸藥殘留、類固醇類激素獸藥殘留等方面均有廣泛應(yīng)用[3]。

有學(xué)者[4]采用氯仿為溶劑，考察乙烯吡啶、二乙基氨乙基甲基丙烯酸酯及甲基丙烯酸的印跡效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)氯霉素與MIPs 之間的識別是通過氫鍵作用力和離子對作用，通過制備分子印跡聚合物測定蜂蜜樣品中的氯霉素殘留時獲得了90%的回收率。

2.分子印跡技術(shù)在食品非法添加物質(zhì)檢測分析中的應(yīng)用

為保證食品安全，食品中嚴禁添加非法添加物，但近年來蘇丹紅、三聚氰胺等工業(yè)原料在食品中的使用還是給消費者帶來了巨大的傷害。食品中的非法添加物具有難富集、檢測難度大的特點，分子印跡技術(shù)具有高靈敏度，已在非法添加物檢測方面取得一定進展。

有研究采用表面分子印跡聚合法制備三聚氰胺表面分子印跡聚合物，來檢測食品中三聚氰胺含量，克服了液相色譜法、氣相色譜法等檢測方法操作煩瑣、預(yù)處理麻煩、儀器成本高、無法精確檢測分析的缺陷。

另外，還有專利CN102827327A[5]公開了一種葡聚糖凝膠表面蘇丹紅分子印跡吸附材料的制備方法及其在食品分析中對蘇丹紅分子選擇性吸附分離的應(yīng)用。該方法以葡聚糖凝膠為支持體，在其表面修飾上蘇丹紅分子印跡聚合物。按一定的比例加入蘇丹紅、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二異丁腈、巰基葡聚糖凝膠，在乙腈介質(zhì)中，惰性氣體除去氧，恒溫反應(yīng)，過濾洗滌，用0.4mol/L～0.8mol/L的鹽酸乙醇溶液索氏萃取8～12小時，除去蘇丹紅分子印跡吸附材料。上述方法獲得的材料具有特異的識別能力，選擇性高，吸附速度快，解吸性能好，可生物降解，工藝簡單，具有再生能力，并且環(huán)境友好等優(yōu)點。

3.分子印跡技術(shù)在食品活性功效成分分離中的應(yīng)用

食品成分分離，對于有效活性成分的分離亦需要從復(fù)雜基地物料中高效分離獲得目標產(chǎn)物。分子印跡技術(shù)以其自身的特點和優(yōu)點在活性成分分離中獲得應(yīng)用。

川芎嗪為川芎的根莖中提取的一種活性生物堿。它具有抑制血小板聚集、降低心肌消耗量、抑制自由基產(chǎn)生、提高內(nèi)源性超高氧化物歧化酶（SOD）活性等作用。李小燕等[6]以鹽酸川芎嗪為模板分子，丙烯酸為功能單體，改性松香（馬來松香乙二醇丙烯酸酯）為交聯(lián)劑，采用水溶液懸浮聚合法合成了具有松香骨架的鹽酸川芎嗪分子印跡聚合物（MIP）。研究了該MIP對鹽酸川芎嗪的平衡吸附條件。利用高效液相色譜法對鹽酸川芎嗪分子印跡聚合物特征吸附性及選擇吸附性進行了研究。結(jié)果表明，該MIP對模板分子鹽酸川芎嗪具有良好的特征吸附及選擇吸附性能。為天然藥物中分離富集純化生物堿類活性成分川芎嗪提供了一種新型材料。

鄭細鳴[7]用無皂乳液聚合法合成了微米級聚苯乙烯微粒，并以其為種球，采用單步溶脹聚合法制得了單分散柚皮素分子印跡聚合物微球（MIPMs），考察了溶脹比、水油比、溶劑種類及交聯(lián)劑用量等對MIPMs形態(tài)、粒徑及粒徑分布的影響，并用靜態(tài)吸附實驗考察了MIPMs的分子識別性能。結(jié)果表明，當用1.50μm的聚苯乙烯為種球，環(huán)己醇或氯仿為溶劑，20mmol乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，水油比為7∶1，溶脹比控制在27～60之間時，可獲得一系列粒徑在4.5μm～6.0μm單分散的MIPMs。制得的MIPMs對模板分子具有較強的特異吸附能力，以槲皮素為競爭底物，其分離因子達1.96。

五 結(jié) 語

分子印跡技術(shù)具備高度專一性、低成本等特點，在食品領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用，但其機理研究尚不深入，處理量吸附量較小，使得該技術(shù)的發(fā)展受到阻礙。另外，分子印跡技術(shù)中普遍應(yīng)用到大量有機溶劑，尚需開發(fā)研究更環(huán)保的水性溶劑，使其更具有實用性和安全性。

參考文獻

[1] Pauling L A. Theory of the structure and process of formation of antibodies[J]. J. Am. Chen. Soc.， 1940，62（10）：2643-2657.

[2] 胡艷云，徐慧群，姚劍，等. 分子印跡固相萃取-液相色譜-質(zhì)譜法測定果蔬中20 種三唑類農(nóng)藥殘留[J]. 分析化學(xué)研究報告， 2014，42（2）：227-232.

[3] 王玲，潘亞男. 分子印跡固相萃取技術(shù)在獸藥殘留分析中應(yīng)用的研究進展[J]. 黑龍江獸牧獸醫(yī)， 2014（2）：52-55.

[4]SCHIRMER C，MEISEL H. Molecularly imprinted polymers for the selective solidphase extraction of chloramphenicol[J]. Anal. Bioanal. Chem.， 2008，392（1/2） ： 223-229.

[5] 濟南大學(xué). 一種葡聚糖凝膠表面蘇丹紅分子印跡吸附材料的制備及應(yīng)用：中國，102827327[P] .2012-12-19.

[6] 李小燕，雷厚福，黃安寶，等.以改性松香為交聯(lián)劑的鹽酸川穹嗪分子印跡聚合物吸附性能研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2009，21（10）：1397-1403.

[7] 鄭細鳴，涂偉萍.柚皮素分子印跡聚合物微球的制備[J].材料導(dǎo)報，2006，20（9）：131-133.