新型分子印跡聚合物的合成及其在食品安全中應用的現狀

孟德欣 劉志雙 于文瑄 趙 寧

(華北理工大學藥學院，河北 唐山 063000)

分子印跡技術 (molecularly imprinted technology，MIT)是指制備對某一目標分子具有特異選擇性的聚合物，能選擇性地把目標分子及其結構類似物從復雜樣品基質中分離和富集出來，具有特異的識別性和選擇性。

1 分子印跡技術

1.1 發展歷程

上世紀 40年代Pauling[1]首次提出了利用抗原合成抗體的設想，將分子印跡技術描繪成“人工鎖”、“分子鑰匙”的技術，提供了建立分子印跡技術的理論依據。隨后，Dickey[2]提出了“專一性吸附”的概念，被視為“分子印跡”技術發展的萌芽。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，分子印跡技術得到了長足的發展。到 1993年 Mosbach等[4]成功研制了茶堿分子印跡聚合物后，分子印跡技術才開始在全世界范圍內得到廣泛的研究與應用。進入新世紀以來，由于各學科的快速發展以及檢測手段的改進，分子印跡技術發展相當迅速。

1.2 基本原理

分子印跡技術原理如圖所示，當功能單體與模板分子（印跡分子）作用時形成多重作用位點，通過交聯、聚合這種作用被記憶下來，當模板分子去除后，聚合物中就留下與模板分子空間結構相匹配的、具有多重作用位點的三維空穴[5]，模板分子的結構和化學性質決定了MIP中的空穴的空間結構和選擇的功能單體的類別。當MIP在適當的環境下中遇到與模板分子或者相匹配的結構類似物時，就會產生特異性的識別作用。

圖1 分子印跡技術原理示意圖[6]

1.3 制備方法

分子印跡聚合物的制備比較簡單，一般包括三個步驟[7-8]：(1)模板分子與功能單體在適當溶劑中通過共價或非共價的相互作用形成穩定的單體-模板分子復合物；(2)加入交聯劑，在引發劑的引發下進行光或熱聚合，使單體-模板分子復合物與交聯劑通過自由基聚合的方式形成高度交聯剛性印跡聚合物；(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、形狀以及化學基團相匹配的識別空穴，這就形成了分子印跡聚合物。

分子印跡技術發展到現在已經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、電化學聚合等。隨著科技的發展以及分子印跡技術研究的深入，出現了一些新型的分子印跡技術的研究方法。例如表面印跡技術、膜材料、磁性納米材料、以及各種新型印跡載體等。

1.4 技術應用

相對于其他識別系統，MIPs擁有許多有發展前景的特點，如低成本、容易合成、高穩定的化學和物理條件和優秀的可重用性，MIPs已經應用在許多領域，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、手性識別等領域。

2 分子印跡技術在食品安全檢測中的應用

人們在日常生產活動中常會有意或無意對食品造成污染，如：儲存不當是食品發霉變質，在生產過程中使用了過量農藥，農業生產源頭的污染的等等。分子印跡技術在食品安全檢測中的應用大致可以分為農藥殘留、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 食品中農藥殘留的檢測

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進行分析，結果表明磁性印跡聚合物對滅草隆具有良好的選擇性和特異識別功能，最大吸附容量達到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-液相色譜聯用技術(online MISPE-HPLC)來檢測食品樣品中痕量四環素類抗生素。該研究分別采用土霉素、四環素、金霉素和強力霉素為模板分子，制備了四種分子印跡聚合物，進行了模板分子的選擇對印跡效果影響的初步機制研究。在此基礎上，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，其對四環素一族均表現出極高的吸附容量和選擇性，系統研究了其分子識別機制。隨后，以此聚合物作為固相萃取吸附劑與液相色譜儀聯用，建立了一種快速、靈敏、高效的自動化在線分析系統，用于食品樣品中四環素類抗生素的殘留檢測。

2.2 食品中獸藥殘留的檢測

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

在畜牧養殖業，為了預防和治療各種疾病，促進動物生長，提高產品的投入產出比等，人們大量使用各種獸藥以及激素等化學物質。如肉用家畜應用廣泛且危害嚴重的紅霉素獸藥。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聚合物的物理特征進行了評價。結果顯示經過MIPs凈化的樣品，基質對檢測的干擾大大降低，同時極大提高了檢測器的靈敏度。在選用的三個加標濃度下，紅霉素的回收率都大于79%。

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

2.3 食品中其他方面的檢測

雙酚A為一種有機化合物，也是已知的內分泌干擾素，重要的有機化工原料，從礦泉水瓶、醫療器械到及食品包裝內里，大多都含有雙酚A，現代醫學研究認為雙酚A達到一定劑量或威脅健康。ATRP法(原子轉移自由基聚合法)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。因為納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出頻率更低的化合物。

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

3 結語

分子印跡技術是一種極為方便的而有效地制備對不同的物質分子具有預定選擇性的聚合物的一項技術。分子印跡聚合物的突出特點是其識別特性，除此之外它具有抗機械、耐高溫、高壓等物理特性，抗酸堿及各種有機溶劑等良好的化學穩定性和儲存穩定性。隨著科技的發展以及分子印跡技術研究的深入，將分子印跡技術應用于化學發光分析中，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發光分析的選擇性，從根本上解決了化學發光選擇性差的問題。隨著生物技術、電子技術、合成手段和現代分子檢測手段的迅猛發展，MTPs的合成、表征方法和理論系統將日益完善，其應用范圍將更加廣泛。

［1］Pauling L J.A Thoery of the structure and Proeess of Formation Anti bodies[J].J.Am.Chem.Soe.,1940,62(3)：2643-2657.

［2］Dickey,F.H.Proc.Natl.Acad.The preparation of specific adsorbents[J].Sci.U.S.A.,1949,35,227-229.

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［11］J.Cooper,P.Delahaut,T.L.Fodey,C.T.Elliott.Development of a rapid screening test for veterinary sedatives and the beta-blocker carazolol in porcine kidney by ELISA[J].Analyst 129(2004)：169-174.

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［13］L.Chen,X.Zhang,L.Sun,Y.Xu,Q.Zeng,H.Wang,H.Xu,A.Yu,H.Zhang and L.Ding,J.Agric.Food Chem[J].2009,57,10073-10080.

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［15］聶穎恬.功能化分子印跡聚合物對食品中三聚氰胺和苯甲酸的檢測[D].重慶：西南大學，2012,5.

［16］陳海燕.分子印跡-固相萃取技術在食品和環境樣品分析中的應用研究[D].長春：吉林大學，2014.