新型分子印跡聚合物的合成及其在食品安全中應(yīng)用的現(xiàn)狀

孟德欣 劉志雙 于文瑄 趙 寧

(華北理工大學(xué)藥學(xué)院，河北 唐山 063000)

分子印跡技術(shù) (molecularly imprinted technology，MIT)是指制備對(duì)某一目標(biāo)分子具有特異選擇性的聚合物，能選擇性地把目標(biāo)分子及其結(jié)構(gòu)類似物從復(fù)雜樣品基質(zhì)中分離和富集出來，具有特異的識(shí)別性和選擇性。

1 分子印跡技術(shù)

1.1 發(fā)展歷程

上世紀(jì) 40年代Pauling[1]首次提出了利用抗原合成抗體的設(shè)想，將分子印跡技術(shù)描繪成“人工鎖”、“分子鑰匙”的技術(shù)，提供了建立分子印跡技術(shù)的理論依據(jù)。隨后，Dickey[2]提出了“專一性吸附”的概念，被視為“分子印跡”技術(shù)發(fā)展的萌芽。1972年，德國 Wulff[3]首次人工合成了分子印跡聚合物(molecularly imprinted polymer，MIP)，從此，分子印跡技術(shù)得到了長足的發(fā)展。到 1993年 Mosbach等[4]成功研制了茶堿分子印跡聚合物后，分子印跡技術(shù)才開始在全世界范圍內(nèi)得到廣泛的研究與應(yīng)用。進(jìn)入新世紀(jì)以來，由于各學(xué)科的快速發(fā)展以及檢測(cè)手段的改進(jìn)，分子印跡技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。

1.2 基本原理

分子印跡技術(shù)原理如圖所示，當(dāng)功能單體與模板分子（印跡分子）作用時(shí)形成多重作用位點(diǎn)，通過交聯(lián)、聚合這種作用被記憶下來，當(dāng)模板分子去除后，聚合物中就留下與模板分子空間結(jié)構(gòu)相匹配的、具有多重作用位點(diǎn)的三維空穴[5]，模板分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)決定了MIP中的空穴的空間結(jié)構(gòu)和選擇的功能單體的類別。當(dāng)MIP在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下中遇到與模板分子或者相匹配的結(jié)構(gòu)類似物時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生特異性的識(shí)別作用。

圖1 分子印跡技術(shù)原理示意圖[6]

1.3 制備方法

分子印跡聚合物的制備比較簡單，一般包括三個(gè)步驟[7-8]：(1)模板分子與功能單體在適當(dāng)溶劑中通過共價(jià)或非共價(jià)的相互作用形成穩(wěn)定的單體-模板分子復(fù)合物；(2)加入交聯(lián)劑，在引發(fā)劑的引發(fā)下進(jìn)行光或熱聚合，使單體-模板分子復(fù)合物與交聯(lián)劑通過自由基聚合的方式形成高度交聯(lián)剛性印跡聚合物；(3)在將模板分子從印跡聚合物中洗脫或解離出來之后，便在聚合物中原位置留下了與模板分子的空間大小、形狀以及化學(xué)基團(tuán)相匹配的識(shí)別空穴，這就形成了分子印跡聚合物。

分子印跡技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)形成了許多成熟的制備方法。MIP比較常見的制備方法有本體聚合、沉淀聚合、乳液聚合、懸浮聚合、電化學(xué)聚合等。隨著科技的發(fā)展以及分子印跡技術(shù)研究的深入，出現(xiàn)了一些新型的分子印跡技術(shù)的研究方法。例如表面印跡技術(shù)、膜材料、磁性納米材料、以及各種新型印跡載體等。

1.4 技術(shù)應(yīng)用

相對(duì)于其他識(shí)別系統(tǒng)，MIPs擁有許多有發(fā)展前景的特點(diǎn)，如低成本、容易合成、高穩(wěn)定的化學(xué)和物理?xiàng)l件和優(yōu)秀的可重用性，MIPs已經(jīng)應(yīng)用在許多領(lǐng)域，如固相萃取、色譜分離、膜分離、生物傳感器、藥物控制釋放、酶催化、手性識(shí)別等領(lǐng)域。

2 分子印跡技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用

人們?cè)谌粘Ｉa(chǎn)活動(dòng)中常會(huì)有意或無意對(duì)食品造成污染，如：儲(chǔ)存不當(dāng)是食品發(fā)霉變質(zhì)，在生產(chǎn)過程中使用了過量農(nóng)藥，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)源頭的污染的等等。分子印跡技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用大致可以分為農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、違禁添加劑、霉菌毒素等幾方面，具體介紹如下：

2.1 食品中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)

韓爽等[9]以滅草隆為模板，在包覆SiO2的Fe3O4微球顆粒表面上進(jìn)行分子印跡，制備了分散均勻的磁性核殼分子印跡聚合物微球，并用雙光束紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行分析，結(jié)果表明磁性印跡聚合物對(duì)滅草隆具有良好的選擇性和特異識(shí)別功能，最大吸附容量達(dá)到80 mol/g，使樣品中的滅草隆很好的富集，且制備過程簡單，能夠快速分離。

荊濤等[10]建立了一種分子印跡固相萃取-液相色譜聯(lián)用技術(shù)(online MISPE-HPLC)來檢測(cè)食品樣品中痕量四環(huán)素類抗生素。該研究分別采用土霉素、四環(huán)素、金霉素和強(qiáng)力霉素為模板分子，制備了四種分子印跡聚合物，進(jìn)行了模板分子的選擇對(duì)印跡效果影響的初步機(jī)制研究。在此基礎(chǔ)上，以土霉素和金霉素為模板分子，制備了一種雙模板分子印跡聚合物，其對(duì)四環(huán)素一族均表現(xiàn)出極高的吸附容量和選擇性，系統(tǒng)研究了其分子識(shí)別機(jī)制。隨后，以此聚合物作為固相萃取吸附劑與液相色譜儀聯(lián)用，建立了一種快速、靈敏、高效的自動(dòng)化在線分析系統(tǒng)，用于食品樣品中四環(huán)素類抗生素的殘留檢測(cè)。

2.2 食品中獸藥殘留的檢測(cè)

獸藥殘留（veterinary drug residues）是指給動(dòng)物使用獸藥或飼料添加劑后，藥物的原型及其代謝產(chǎn)物可蓄積或儲(chǔ)存于動(dòng)物的細(xì)胞、組織、器官或可食性產(chǎn)品（蛋，奶中），是獸藥在動(dòng)物性食品中的殘留，簡稱獸藥殘留[11]。

在畜牧養(yǎng)殖業(yè)，為了預(yù)防和治療各種疾病，促進(jìn)動(dòng)物生長，提高產(chǎn)品的投入產(chǎn)出比等，人們大量使用各種獸藥以及激素等化學(xué)物質(zhì)。如肉用家畜應(yīng)用廣泛且危害嚴(yán)重的紅霉素獸藥。宋素泉[12]用模板紅霉素和單體 MAA （methacrylic acid） 的比例為 （1：2）， 交聯(lián)劑為 EGDMA（ethylene glycol dimethacrylate），采用甲醇/乙腈（2：3，v/v）作為致孔劑，熱聚合溫度為60℃。利用掃描電鏡觀察、孔徑分析、熱重分析、紫外光譜和紅外光譜分析等方法對(duì)聚合物的物理特征進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示經(jīng)過MIPs凈化的樣品，基質(zhì)對(duì)檢測(cè)的干擾大大降低，同時(shí)極大提高了檢測(cè)器的靈敏度。在選用的三個(gè)加標(biāo)濃度下，紅霉素的回收率都大于79%。

磺胺由于其抗菌譜廣、療效好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于獸藥臨床。以MMIPs(磁性分子印跡聚合物)為基礎(chǔ)建立了提取蜂蜜中磺胺類藥物殘留測(cè)定的快速和選擇性的方法[13]。通過混合和攪拌樣品、對(duì)萃取溶劑和聚合物進(jìn)行了萃取。在最佳條件下，磺胺類藥物殘留的檢測(cè)限為1.5-4.3ng/g范圍內(nèi)。

2.3 食品中其他方面的檢測(cè)

雙酚A為一種有機(jī)化合物，也是已知的內(nèi)分泌干擾素，重要的有機(jī)化工原料，從礦泉水瓶、醫(yī)療器械到及食品包裝內(nèi)里，大多都含有雙酚A，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究認(rèn)為雙酚A達(dá)到一定劑量或威脅健康。ATRP法(原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法)合成MMIPs(磁性分子印跡聚合物)并用于痕量從罐裝橙汁和牛奶樣品中提取的雙酚A[14]。相比于傳統(tǒng)的固相萃取方法提取，超順磁性MIP吸附劑可以直接分散在食品樣品的提取物中，通過借助磁性物體收集并洗脫。因?yàn)榧{米材料的表面積大以及MIPs良好的選擇性，MMIP吸附劑相比于常用的吸著劑來說能檢測(cè)出頻率更低的化合物。

聶穎恬[15]構(gòu)建了一種新型的三聚氰胺檢測(cè)法，能準(zhǔn)確檢出奶樣中三聚氰胺的含量，前處理方便，測(cè)試過程快速，檢準(zhǔn)確性較好，檢測(cè)限可達(dá)0.25 ppm，不依賴人型儀器，有望廣泛應(yīng)用于奶制品中三聚氰胺含量的檢測(cè)。陳海燕[16]利用分子印跡技術(shù)制備磁性分子印跡聚合物用于檢測(cè)環(huán)境水中的磺胺類抗生素及其乙酰化代謝物。

3 結(jié)語

分子印跡技術(shù)是一種極為方便的而有效地制備對(duì)不同的物質(zhì)分子具有預(yù)定選擇性的聚合物的一項(xiàng)技術(shù)。分子印跡聚合物的突出特點(diǎn)是其識(shí)別特性，除此之外它具有抗機(jī)械、耐高溫、高壓等物理特性，抗酸堿及各種有機(jī)溶劑等良好的化學(xué)穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性。隨著科技的發(fā)展以及分子印跡技術(shù)研究的深入，將分子印跡技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)發(fā)光分析中，利用了分子印記聚合物的高選擇性，從而極大地提高了化學(xué)發(fā)光分析的選擇性，從根本上解決了化學(xué)發(fā)光選擇性差的問題。隨著生物技術(shù)、電子技術(shù)、合成手段和現(xiàn)代分子檢測(cè)手段的迅猛發(fā)展，MTPs的合成、表征方法和理論系統(tǒng)將日益完善，其應(yīng)用范圍將更加廣泛。

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