分子印跡技術(shù)的基本原理及其發(fā)展方向

李彩俠，馬宇亮，黃微薇

?

分子印跡技術(shù)的基本原理及其發(fā)展方向

李彩俠，馬宇亮，黃微薇

分子識(shí)別在生物分離方面具有舉足輕重的作用．科學(xué)家為了能夠制備一種對(duì)特定分子具有鑒別能力的聚合物進(jìn)行了各種嘗試，最終提出了“分子印跡”這一技術(shù)概念．分子印跡技術(shù)（Molecular Imprinting Technique，MIT）[1-2]從20世紀(jì)中后期開始快速發(fā)展，特別自1993年Mosbach等發(fā)表有關(guān)茶堿的分子印跡聚合物后，分子印跡技術(shù)因其通用性強(qiáng)、專一識(shí)別性高的特點(diǎn)，受到科學(xué)界的青睞[3-5]．

隨著分子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分子印跡技術(shù)已經(jīng)在固相物質(zhì)萃取、生物藥品分析、色譜分離、污水處理等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用，它是分子生物學(xué)和應(yīng)用化學(xué)交叉的最新領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常廣闊．美國(guó)率先建立了分子印跡學(xué)會(huì)（Society of Molecular Imprinting，SMI），并且公開發(fā)表第一本關(guān)于分子印跡技術(shù)方面的論著．目前，德國(guó)、日本和澳大利亞等十多個(gè)國(guó)家，上百個(gè)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)都在從事MIPs的研發(fā)．我國(guó)這方面的研究雖然僅十幾年，但是在液固萃取、生物膜分離等方面已經(jīng)取得了一些進(jìn)步[6]．本文對(duì)分子印跡技術(shù)的應(yīng)用原理、特點(diǎn)及其發(fā)展方向等進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，希望為生物化學(xué)工作者提供一定參考．

1分子印跡技術(shù)基本原理和特點(diǎn)

1.1分子印跡技術(shù)的原理將目標(biāo)分子（也可稱為印跡分子或模板分子）和交聯(lián)劑共同在聚合物的單體液體里通過聚合獲得固體介質(zhì)，之后運(yùn)用化學(xué)、物理等方法去除介質(zhì)中的模板分子，獲得“印跡”標(biāo)有目標(biāo)分子的空間結(jié)構(gòu)與結(jié)合位點(diǎn)的分子印跡．具體過程為：第一步，印跡分子和其相匹配的單體分子在共價(jià)鍵等多種方式的作用下形成一個(gè)可以逆轉(zhuǎn)的復(fù)合物體；第二步，在復(fù)合物液體中加入適量的交聯(lián)劑，特定的環(huán)境下（光或熱）開始聚合反應(yīng)，最后使復(fù)合物固定在產(chǎn)生的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的共聚物上；第三步，在有機(jī)流動(dòng)相等條件下把印跡分子去除，最后就會(huì)在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中留有一個(gè)和印跡分子在空間上完全相匹配，而且還有可以與模板分子專一性重新結(jié)合的三維孔穴．三維孔穴可以識(shí)別性地再次與印跡分子相結(jié)合，對(duì)印跡分子有高度專一的識(shí)別作用．了解和掌握分子印跡技術(shù)的基本原理，才能在實(shí)踐工作中更好地運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)．

1.2分子印跡技術(shù)的特點(diǎn)首先，分子印跡技術(shù)最大的特點(diǎn)是預(yù)定性，分子印跡技術(shù)能根據(jù)研究者不同的研究目的制備出相對(duì)應(yīng)的MIps，以滿足科學(xué)研究者的不同需求．其次，分子印跡技術(shù)具有高度的識(shí)別專一性，MIPs是以模板分子為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定做，因此只能識(shí)別印跡分子，具有高度的專一性．分子印跡實(shí)用性特別強(qiáng)，印跡分子技術(shù)可以和天然的生物分子相比擬，但是又因?yàn)槠涫歉鶕?jù)化學(xué)原理制備的，所以又具有天然分子不具備的抗惡劣條件的能力．因此，印跡分子具有高度的穩(wěn)定性和超長(zhǎng)的使用壽命．分子印跡技術(shù)正因?yàn)檫@三個(gè)突出特點(diǎn)，在科學(xué)界發(fā)揮越來越重要的作用．

2分子印跡技術(shù)的發(fā)展方向

近年來，分子印跡技術(shù)方面的研究多集中在實(shí)踐運(yùn)用方面，對(duì)其理論的研究較少，但一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展離不開理論基礎(chǔ)．因此，分子印跡技術(shù)要想得到長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，還要做好理論研究．雖然現(xiàn)在我國(guó)也有一些這方面的研究，但是并沒有達(dá)到一定的高度，相反，這一技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的理論研究和實(shí)踐研究都有待進(jìn)一步加強(qiáng)．如功能單體、交聯(lián)度的選擇都有一定的局限性，特別是功能單體可供選擇的種類非常有限，不能滿足某些分子印跡的需要，而且制備技術(shù)有待進(jìn)一步的研究開發(fā)，用來提高M(jìn)Ips的識(shí)別能力，增加結(jié)合量和結(jié)合位點(diǎn)的均勻性．由此可見，分子印跡技術(shù)理論的深入研究是該技術(shù)一個(gè)重要研究方向．

隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，以及材料等領(lǐng)域工作者的介入，分子印跡聚合物材料的研究在不斷的深入，新方法、新材料將會(huì)推動(dòng)分析印跡技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，分子印跡技術(shù)將會(huì)有越來越廣闊的發(fā)展舞臺(tái)．

[1] Ye L，Cormack PeterA G，Mosbach K．Molecular imprinting on micro gel spheres[J]．Anal Chem Acta，2001，435：187-196

[2] Sellergren B．Direct drug determination by selective enrichment on an imp rinted polymer[J]．Anal Chem，1994，16 （9）：1578-1582

[3] 小宮山真．分子印跡學(xué)——從基礎(chǔ)到應(yīng)用[M]．吳史康，汪鵬飛，譯．北京：科學(xué)出版社，2006：8-11

[4] 陳長(zhǎng)寶，周杰，吳春輝．分子印跡技術(shù)研究進(jìn)展[J]．化學(xué)研究與應(yīng)用，2006，18（8）：896-902

[5] 閆有旺，于汝生．分子印跡技術(shù)及其應(yīng)用[J]．化學(xué)教學(xué)， 2005（4）：28-30

[6] 蘭立新．分子印跡技術(shù)研究及其應(yīng)用[J]．企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2004，23（11）：3-5

作者單位：（黑龍江工業(yè)學(xué)院 環(huán)境工程系，黑龍江 雞西 158100）

基金項(xiàng)目：黑龍江省青年科學(xué)基金項(xiàng)目（QC2012C026）