分子印跡光子晶體傳感器在物證分析中的應(yīng)用

葛婷 高雅陽

摘要：分子印跡技術(shù)（MIP）[1]，是一種高選擇性的分離分析方法。分子印跡是模仿生物界鎖鑰作用原理使制備的聚合物，表現(xiàn)出較好的親和性和特異性選擇性。功能化的光子晶體在吸收目標(biāo)化合物后，晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而會(huì)引起衍射波長(zhǎng)發(fā)生改變。將具有分子識(shí)別能力的分子印跡技術(shù)和光子晶體相結(jié)合制備傳感器，在充分利用光子晶體光學(xué)特性的同時(shí)，提高其對(duì)目標(biāo)物的選擇性。

關(guān)鍵詞：光子晶體；分子印跡；傳感器

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-864X（2016）03-0186-01

一、引言

目前我國在毒物毒品的檢測(cè)是以經(jīng)典傳統(tǒng)的氣相色譜法[2]，液相色譜法，氣相色譜法與質(zhì)譜連用技術(shù)及液相色譜法與質(zhì)譜連用技術(shù)等為主。雖然這些方法比較成熟，檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確性高，但在樣品前處理過程繁瑣、費(fèi)時(shí)，無法滿足對(duì)毒物毒品現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的需求。分子印跡光子晶體傳感器實(shí)現(xiàn)了在食品、醫(yī)學(xué)、環(huán)境等領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了快速、持續(xù)的檢測(cè)。

二、分子印跡與光子晶體的原理及特點(diǎn)

分子印跡技術(shù)是將要分離的目標(biāo)分子作為模板分子，將它與交聯(lián)劑在聚合物單體溶液中進(jìn)行聚合制備得到單體—模板分子復(fù)合物，然后通過物理或化學(xué)手段出去模板分子，便得到“印跡”下目標(biāo)分子的空間結(jié)構(gòu)的分子印跡聚合物（MIP），在這種聚合物中形成了與模板分子在空間結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點(diǎn)上相匹配的具有多重結(jié)合位點(diǎn)的空穴，這樣的空穴對(duì)模板分子具有選擇性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)化合物的選擇性識(shí)別。分子印跡具有可預(yù)定型、可識(shí)別性、實(shí)用性的特點(diǎn)[3]。

光子晶體是由兩種以上具有不同折光指數(shù)的材料在空間按照一定的周期順序排列所形成的有序結(jié)構(gòu)材料[4]。光子晶體傳感器主要利用了光子晶體能夠產(chǎn)生布拉格衍射的性質(zhì)，由布拉格衍射產(chǎn)生的顏色被稱為光子晶體的結(jié)構(gòu)色。晶格間距的任何變化都會(huì)引起布拉格衍射峰的移動(dòng)。某些情況下，這種光譜上的移動(dòng)，即光子晶體受外界刺激的響應(yīng)而引起結(jié)構(gòu)色的變化，可以被人的裸眼觀察到。為此，人們可以通過采用不同的識(shí)別基，使光子晶體表面功能化，功能化的光子晶體在吸收目標(biāo)化合物后其晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而會(huì)引起結(jié)構(gòu)色的改變，這便是光子晶體傳感器的檢測(cè)原理[5]。

傳統(tǒng)的分子印跡聚合物只能提供大量的親和位點(diǎn)，這些親和位點(diǎn)可以作為傳感裝置的識(shí)別系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行特異性識(shí)別，然而作為傳感單元還需要某些信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置將分子識(shí)別的化學(xué)過程轉(zhuǎn)化為可讀的信號(hào)[6]。為了達(dá)到快速、簡(jiǎn)便的檢測(cè)目的，在體系中引入了具有靈敏度高，信號(hào)易讀的光子晶體結(jié)構(gòu)。

三、分子印跡光子晶體傳感器的應(yīng)用、發(fā)展前景

分子印跡光子晶體傳感器在食品、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、毒物毒品等領(lǐng)域都有著應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了快速、持續(xù)的檢測(cè)，有廣闊的應(yīng)用前景。

王深旗[7]等報(bào)道了雙酚A印跡水凝膠膜檢測(cè)痕量雙酚A。以雙酚A（BPA）為模板分子，以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，在紫外光下進(jìn)行聚合了有序的三維網(wǎng)狀相互貫通的孔洞結(jié)構(gòu)；同時(shí)分子印跡光子晶體水凝膠膜（MIH）具有靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。該雙酚A印跡水凝膠膜檢測(cè)痕量雙酚A對(duì)雙酚A的選擇性好、靈敏度高、響應(yīng)速度快，在食品檢測(cè)領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。

薛飛等報(bào)道了用分子印跡光子晶體檢測(cè)葡糖糖。以聚甲基丙烯酸甲酯微球陣列為光子晶體制孔模板，葡萄糖為印跡模板，N-異丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸羥乙酯為混合單體，4-乙烯基苯硼酸為識(shí)別基，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，制得具有規(guī)整孔結(jié)構(gòu)的新型光學(xué)凝膠材料—分子印跡光子晶體。此材料對(duì)葡萄糖響應(yīng)速度快、選擇性高，表現(xiàn)出良好的傳感特性，符合傳感器的要求，可對(duì)葡萄糖進(jìn)行快速、方便、準(zhǔn)確的檢測(cè)。

劉烽[8]等報(bào)道了有機(jī)磷毒劑光學(xué)傳感器—三維分子印跡光子晶體（3D-MIPCs）凝膠膜。采用聚甲基丙烯酸甲酯膠體小球?yàn)楣庾泳w自組裝陣列模板，以甲基丙烯酸羥乙酯和N—異丙基丙烯酰胺為混合單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯和N，N一亞甲基雙丙烯酰胺為混合交聯(lián)劑，正辛醇和乙腈混合溶液為溶劑，光聚得到印跡聚合物。該材料對(duì)乙基膦酸響應(yīng)速度快、選擇性高，其對(duì)目標(biāo)分子的識(shí)別作用會(huì)導(dǎo)致衍射光譜圖的改變。

Hu等[9]報(bào)道了模板分子是茶堿的分子印跡光子晶體傳感器，實(shí)驗(yàn)中以不同濃度的茶堿為目的物，實(shí)驗(yàn)表明茶堿的衍射峰發(fā)生紅移，在可見光區(qū)發(fā)生衍射紅移肉眼可以看到。因此，以茶堿為模板分子的分子印跡光子晶體傳感器對(duì)茶堿具有識(shí)別能力，并且對(duì)10-16mol/L的茶堿都可檢測(cè)，在半分鐘時(shí)達(dá)到吸附平衡，靈敏度高。在該實(shí)驗(yàn)中的傳感器成功用于了在尿液中添加茶堿的檢測(cè)，展現(xiàn)了分子印跡光子晶體傳感器的廣闊的前景。

Wu等[10]還報(bào)道了模板分子是莠去津的除草劑制備了分子印跡光子晶體傳感器。實(shí)驗(yàn)中的傳感器的靈敏度較高，對(duì)莠去津的檢測(cè)限可以達(dá)到10-16mol/L，優(yōu)于其他檢測(cè)方法。在實(shí)驗(yàn)中，把與莠去津相似分子結(jié)構(gòu)的莠滅凈、撲草凈在相同條件下進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)衍射峰的位置幾乎沒有變化，說明分子印跡聚合物具有較高的分子識(shí)別性能。

四、分子印跡光子晶體傳感器的發(fā)展前景

分子印跡光子晶體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是肉眼可以的裸眼檢測(cè)，可以直觀的觀察到變化。雖然該傳感器在毒品毒物方面的應(yīng)用還沒有得到普遍的應(yīng)用，但由于可以快速、持續(xù)的檢測(cè)及傳感器的便攜和微型化，因此在未來的一段時(shí)間內(nèi)光子晶體分子印跡傳感器技術(shù)在毒物毒品領(lǐng)域和爆炸物的檢測(cè)等方面成為研究的熱點(diǎn)。

在實(shí)際應(yīng)用中如何提高分子印跡光子晶體傳感器的重復(fù)使用性、更高的靈敏度、快速響應(yīng)能力、裸眼檢測(cè)等，都是光子晶體在傳感器領(lǐng)域里大規(guī)模應(yīng)用所必須解決的技術(shù)難題。

參考文獻(xiàn)：

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[8]劉烽等乙基膦酸分子印跡光子晶體傳感器的研究[J].分析化學(xué)研究報(bào)告，2012，40（8）

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[10] Wu Z，Tao C，et a1.Label-free colorimetric detection of trace atrazine in aqueous solution by using molecularly im一printed photonic polymers[J].Chem Eur J，2008，14（36）

作者簡(jiǎn)介：

葛婷，女，山東聊城人，1991年11月，中國刑事警察學(xué)院研究生。

高雅陽，男，河北邢臺(tái)人，1988年5月，中國刑事警察學(xué)院研究生。