分子印跡技術(shù)在分析化學(xué)中的應(yīng)用進展*

張文進，王正雷，孫志華

（1.解放軍第211醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué) 附屬第二醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

分子印跡技術(shù)在分析化學(xué)中的應(yīng)用進展*

張文進1，王正雷1，孫志華2*

（1.解放軍第211醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué) 附屬第二醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

在本篇文章中提到的分子印跡技術(shù)在化學(xué)應(yīng)用中不僅具有較強的專一性同時還具有較高的選擇性，其功能的實現(xiàn)主要依靠于有效單體與模板分子在技術(shù)過程中的選擇、聚集與相關(guān)分子的洗脫?，F(xiàn)階段制備分子印跡聚合物的方法有很多，主要包括共價法、非共價法、包埋法等。該技術(shù)已逐漸被運用到各個領(lǐng)域如用于色譜分析、分離或富集金屬離子、篩選有效的中藥成分等。從分子所在的水平與角度增強對分子印跡的認識并努力探索新的方法，可以滿足技術(shù)過程中水相與極性溶劑使用的要求，使分子印跡技術(shù)可以運用到更多的領(lǐng)域。

分子印跡技術(shù)；分子印跡聚合物；分析化學(xué)；色譜分離；固相萃取

分子印跡技術(shù)屬于一門邊緣學(xué)科，主要是通過將生物化學(xué)與高分子化學(xué)以及其他學(xué)科相結(jié)合發(fā)展起來的。通過該項新技術(shù)可以制備能夠特定選擇識別所需化合物的分子印跡聚合物[1]。制備的分子印跡聚合物因其展現(xiàn)出來的多種優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用到多個領(lǐng)域中如分離并純化除草劑以及其他的藥物、對所需的抗體和受體進行多次模擬、對對映體和異構(gòu)體進行快速的分離、在相關(guān)的反應(yīng)中發(fā)揮選擇性的催化作用、準(zhǔn)確識別氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)等。在這些領(lǐng)域中分子印跡聚合物的主要具有的特點是具有較好的親和性、專一性、選擇性以及穩(wěn)定性，能夠在很好抵抗外部惡劣環(huán)境的同時保持自身較長的使用期限[2]。因此，該聚合物在應(yīng)用于分析色譜、模仿生物傳感器、化學(xué)萃取中也具有突出的優(yōu)勢[3]。

1 分子印跡聚合物的制備方法

1.1 共價法

通常所指的共價法是將有效的功能單體與選好了的模板分子在一定的條件下進行縮合反應(yīng)，達到兩者共價連接的目的，之后讓生成的復(fù)合物通過交聯(lián)劑發(fā)生聚合現(xiàn)象，最后將原來生成的共價鍵發(fā)生斷裂，將模板分子洗掉[4]。該方法可以使生成的聚合物具有很強的專一性，能夠得到有效準(zhǔn)確的結(jié)合基團。但由于該反應(yīng)的實現(xiàn)需要獲取較高的反應(yīng)能，反應(yīng)速度易受到能量變化的影響，因此，在一般條件下該方法適合用于對小分子的印跡[5]。

1.2 非共價法

在非共價法中是先將模板分子與功能單體在發(fā)生聚合現(xiàn)象前進行有順序的組織排列，通過非共價鍵將兩者保存下來，在完成聚合后，相關(guān)的作用位點與排列空間等產(chǎn)生固定，當(dāng)模板分子被洗脫后，之前與功能單體相互作用的基團被保留下來[6]。因為在蛋白質(zhì)大分子物質(zhì)表面具有的氨基酸殘基能夠和功能單體相互作用形成多個位點，且共有的能量能夠達到共價鍵的要求，因此，在該方法中分子印跡復(fù)合物具有較強的選擇性。相比于共價法，非共價法適合用于蛋白質(zhì)大分子的印跡[7]。

1.3 包埋法

在初期的時候，分子印跡技術(shù)僅采用小分子作為模板，到后面隨著技術(shù)的發(fā)展完善生物大分子也逐漸作為使用的模板，例如蛋白質(zhì)、滅活得病毒等。由于蛋白質(zhì)分子具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此相關(guān)的分子印跡技術(shù)發(fā)展并不是很快[8]。而這里提到的包埋法是屬于蛋白質(zhì)分子印跡技術(shù)發(fā)展中采用的主要方法之一。在使用包埋法的過程中，首先需要在指定的溶劑將涉及到的所有物質(zhì)遵循要求的比例進行溶解，其次進行氧氣的去除，引起反應(yīng)物的聚合，然后將聚合物進行研磨，篩選出所需大小的聚合物，最后將其中的模板分子進行洗脫[9]。雖然該方法操作相對來說較為簡單，但在操作的過程中得到的研磨顆粒的印跡作用位點受到了一定程度的損壞，同時因其形成的形狀較不規(guī)則，在應(yīng)用的過程中也受到了一定的限制[10]。

2 分子印跡技術(shù)在分析化學(xué)中的應(yīng)用進展

2.1 應(yīng)用于色譜分析

可以在高效液相色譜中作為固定相進行使用[11]。分子印跡技術(shù)具有較好的特異性選擇識別能力，因此，可以通過利用該技術(shù)在色譜中對模板分子進行分離提純。Baggiani等[12]通過采用分子印跡技術(shù)中的非共價法成功在水相介質(zhì)中得到了2，4，5-三氯苯氧基乙酸的印跡聚合物，將該聚合物作為HPLC固定相，分析不同類型的流動相中含有的模板分子能夠在柱中表現(xiàn)出的現(xiàn)象，可得出分子印跡聚合物選擇不同結(jié)構(gòu)類似物的結(jié)果。由此可知，可以利用該技術(shù)產(chǎn)生的聚合物作為固相萃取一些樣品中的微量分子，達到富集的目的。

2.2 應(yīng)用于對環(huán)境痕量的分析

在人們生活的環(huán)境中含有較多的激素、除草藥劑、殺蟲劑等痕量物質(zhì)，這些物質(zhì)可以通過分子印跡聚合物具有的吸附聚集性進行處理，再用色譜法進行檢出[13]。Kubo等[14]通過分子印跡技術(shù)產(chǎn)生的聚合物能夠使類似羥基多氯聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的分子物質(zhì)在相關(guān)環(huán)境中與甲狀腺激素內(nèi)含有的活性成分進行分離。通過合理應(yīng)用分子印跡復(fù)合物具有的親和性強、選擇性高的特點，能夠較好解決在復(fù)雜環(huán)境中難提取微量分子物質(zhì)的問題，該技術(shù)的應(yīng)用在該方面具有重要的意義作用。

2.3 應(yīng)用于對金屬離子的分離與富集

在分子印跡技術(shù)發(fā)展的初期，相關(guān)復(fù)合物的研究制備大多都是在有機溶劑中。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展完善，以金屬離子為模版的印跡技術(shù)也越來越受到人們的關(guān)注[15]。Jiang等[16]的研究可知，通過利用分子印跡技術(shù)的相關(guān)方法可以合成較為新型的Ni離子印跡氨基硅膠吸附劑，可以對水中含有的Ni離子進行很好的吸附萃取。與非印跡聚合物相比，印跡聚合物具有更好選擇吸附Ni離子的能力且吸附容量更大，更適用于對水中痕量Ni離子的富集。此外，分子印跡復(fù)合物對其他金屬離子如Cu，Co，Zn，Pb等具有的相對選擇性系數(shù)分別達到了45199，32183，431 79和281 36，對其進行吸附聚集也能達到較好的效果[17]。

2.4 應(yīng)用于對膜進行分離

通過分子印跡技術(shù)產(chǎn)生聚合物后可以將其制備成相應(yīng)的薄膜，即通常所說的分子印跡膜[18]。制備形成的分子印跡膜不僅能夠很好地具有分子印跡聚合物具有的高選擇性和大吸附容量，而且在操作過程中較為簡單，消耗的能量較低，利用能量的效率也具有較高的水平，被列為綠色化學(xué)中重要的一類物質(zhì)。Ro nald等[19]第一次采用原位聚合的方式成功制備了分子印跡膜，探究分析了溶劑的成分、印跡膜的形態(tài)與結(jié)合能力大小之間具有的聯(lián)系，尋找到了有效掌握薄膜厚度制備的方法。在當(dāng)前階段，分子印跡膜的應(yīng)用很好地解決了在膜分離技術(shù)中需要選擇性分離單個分子物質(zhì)的問題[20]。此外，與微濾膜或反滲透膜相比，該膜的性能更加穩(wěn)定，抵抗外界干擾的能力更強。

2.5 應(yīng)用于對手性物質(zhì)的拆分

根據(jù)相關(guān)的研究表明，在拆分手性物質(zhì)方面，分子印跡技術(shù)也起到了重要的作用[21]。Sharon等[22]將左旋多巴和右旋多巴作為模板分子，利用分子印跡技術(shù)成功制作出具有良好對映性的印跡薄膜，可以通過相關(guān)測定方法確定其手性選擇性。該印跡薄膜的手性分離能力較強，在濃度較低的條件下都可以發(fā)揮出其識別功能。根據(jù)研究可知，運用以往對手性異構(gòu)體進行分離的傳統(tǒng)方法僅會識別處理少部分的異構(gòu)體，不僅會在物質(zhì)材料方面產(chǎn)生較嚴重的浪費，而且會對環(huán)境造成一定程度的危害，并不適合進行大規(guī)模的制備生產(chǎn)[23]。分子印跡技術(shù)在手性物質(zhì)拆分中的應(yīng)用能夠很好地解決這些問題并取得了進一步的發(fā)展和突破，其中研究內(nèi)容中包括的羧酸、氨基酸、胺等手性物質(zhì)已成為新藥研究領(lǐng)域中重要的關(guān)注對象。

2.6 應(yīng)用于對樣品進行前處理

通過利用分子印跡技術(shù)產(chǎn)生的分子印跡聚合物具有的高分子選擇性可以較好地應(yīng)用于復(fù)雜樣品的分離、提純、溶液濃縮等較前部分的處理過程。Wang等[24]通過靜態(tài)吸附實驗結(jié)果可知，納米薄膜聚合物對B-雌二醇表現(xiàn)出來的鍵合容量達到了最初制備出的塊狀印跡聚合物具有的容量的12倍，印跡展現(xiàn)出來的效果更是傳統(tǒng)聚合物的14倍，其中含有的分離系數(shù)為7125Lmol·L-1，能夠達到最大程度的鍵合容量是12138Lmol·g-1。對比雌二醇與膽固醇的吸附測驗可發(fā)現(xiàn)，通過該方法可以在一定程度上實現(xiàn)對目標(biāo)化合物的分離與富集，對樣品前處理過程具有重要意義。同時也有研究人員探索了鍵合的容量與殼層的厚度之間對應(yīng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)吸附達到最大時殼層具有的厚度[25]。因此，不難發(fā)現(xiàn)在對樣品進行前處理的過程中分子印跡技術(shù)使分離與純化樣品的過程變得更加簡單操作。

2.7 應(yīng)用于傳感器原件的制備

最近幾年隨著分子印跡技術(shù)的發(fā)展，分子印跡聚合物在傳感器方面的研究也益受到人們的關(guān)注。Graham等[26]利用分子印跡技術(shù)構(gòu)建了熒光探針傳感器。通過利用該傳感器可以在顯微鏡下觀察熒光點的數(shù)量測出目標(biāo)物的含量。與此同時，在監(jiān)測環(huán)境方面過程中、臨床化驗試驗中，食品衛(wèi)生檢測中化學(xué)與生物傳感器的運用已成為人們逐漸關(guān)注的重點內(nèi)容。雖然具有生物性能的傳感器的靈敏度較高、特異性較強，但其活性在識別分子時容易發(fā)生失活現(xiàn)象，也因其種類不多增加了制作傳感器的資金投入[27]。因此，通過分子印跡技術(shù)制備成的分子印跡聚合物作為分子識別元件在傳感器的使用中發(fā)揮了重要的作用。

2.8 應(yīng)用于對中藥成分進行篩選

在一種中藥中會包含了多種成分，想要分離出某一種成分可能會需要花費較多的時間和精力?？梢岳梅肿佑≯E技術(shù)具有的較強專一性從復(fù)雜物質(zhì)中將需要的有效成分提取出來。顏流水等[28]運用分子印跡技術(shù)的過程中將咖啡因作為模版，通過利用紫外光線制備了毛細管整體柱，同時探究了會對整體柱功能產(chǎn)生影響的因素。由于該整體柱可以特異選擇出某個物品中含有咖啡因的含量，因此想要測定綠茶、可樂或藥物中含有的咖啡因含量時，通過分子印跡技術(shù)制備出的毛細管整體柱是很好的一個選擇[29]。

3 結(jié)語

從最初的形成到當(dāng)今的發(fā)展，分子印跡技術(shù)逐漸被擴展和運用。雖然該技術(shù)因其具有的良好性能和較強的選擇性、靈敏度、專一性被廣泛運用到各個專業(yè)領(lǐng)域中，但仍還有很多需要改進和完善的地方。在目前階段，分子印跡技術(shù)還未真正的實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化，主要原因為其性能會受到多種條件或因素的影響，如模版分子的種類、功能單體與模版分子的使用比例、溶劑酸堿度等。雖然在選擇合適的印跡體系時需要克服較多的困難，但因其具有的特點可以使其成為強有力的手段來幫助分析化學(xué)中多種應(yīng)用的實現(xiàn)[30]。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展完善，相信分子印跡技術(shù)將會更加廣泛地深入應(yīng)用到分析化學(xué)以及其他領(lǐng)域中。

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Progress of molecular imprinting technique in analytical chemistry*

ZHANG Wen-jin1，WANG Zheng-lei1，SUN Zhi-hua2*
（1.The 211 Hospital of the People's Liberation Army，Harbin 150080，China；2.Second Hospital of Heilongjiang Hniversity of Traditional Chinese Medicine，Harbin 150001，China）

Mentioned in this article in chemical application of molecular imprinting technology not only has strong specificity and has high selectivity，its function is heavily reliant on effective monomer and the implementation of the template molecules in the process of technology selection，together with related molecules elution.At present，there are many methods for preparing molecularly imprinted polymers，including covalent method，noncovalent method，embedding method and so on.The technology has been gradually applied to various fields such as chromatography，separation or enrichment of metal ions，and screening effective Chinese medicinal ingredients.From the perspective of in molecular level and enhance the understanding of molecular imprinting and trying to explore a new method，can satisfy the requirements of technical process polar solvent with water use，the molecular imprinting technology can be applied to more fields.

molecular imprinting technique；molecularly imprinted polymers；analytical chemistry；chromatographic separation；SPE

O652.7

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20171258

2017-11-06

黑龍江省科技攻關(guān)計劃項目（G96CL9901）；黑龍江省青年科學(xué)基金項目（H2017060）

張文進（1975-），男，黑龍江哈爾濱人，博士，副主任醫(yī)師，1998年畢業(yè)于黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合專業(yè)，現(xiàn)從事中醫(yī)藥臨床相關(guān)工作。

導(dǎo)師簡介：孫志華（1974-），女，副主任護師，1996年畢業(yè)于黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)護理專業(yè)本科，現(xiàn)從事中醫(yī)臨床工作。