分子印迹技术

董艳红　蒋显辉

摘 要：分子印迹技术是一种制备对特定分子具有专一识别性能的聚合物的技术，具有惊人的专一识别性，已获得持续关注。采用沉淀聚合法、表面印迹法、溶胀聚合法、悬浮聚合法等可制备多种形态的分子印迹聚合物。分子印迹技术已经在食品中农药残留、兽药残留检测分析、食品非法添加物质检测分析以及食品活性功效成分分离领域得到广泛应用。

关键词：分子印迹，分子印迹聚合物，食品

中图分类号：N04；O631.3 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0102-04

Molecular Imprinting Technology

DONG Yanhong JIANG Xianhui

Abstract：Molecular imprinting technology is becoming increasingly recognized as a powerful technology of preparing synthetic polymers that contain tailor made recognition sides for certain molecules. It has excellent recognition ability to the target molecule. Many approaches have been used for preparing different molecular imprinted polymer， such as precipitation polymerization， surface Imprinting， swelling polymerization and suspension polymerization. Molecular Imprinting Technology has an extensive application in pesticide residues， veterinary drug residues of testing progress， analysis technology of illegal additives in food and the separation and purification of functional components from food.

Keywords： molecular imprinting， molecular imprinted polymer， food

收稿日期：2014-06-17

作者简介：董艳红（1985—），女，浙江温州人，国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心医药部食品工程室副主任，从事食品领域专利审查。通信方式：dongyanhong@sipo.gov.cn。

一 分子印迹技术的概念

分子印迹技术（molecular imprinted technology，MIT）是在特定聚合材料中引入分子特异识别位点达到对目标物质特定结合的一项技术。该技术起始于20世纪40年代，在研究抗原与抗体相互配合作用时提出抗原为抗体的形成提供对应的模板[1]，在此理论基础上，分子印迹技术应运而生。1993年，瑞典大学的学者发表了《茶碱分子印迹聚合物的研究结果》，极大促进了分子印迹技术的发展。

分子印迹技术主要依靠模板分子、功能单体、交联剂、溶剂或致孔剂为反应原料。在合适溶剂中，采用特定的方法，使模板分子与功能单体通过共价或非共价作用形成“印迹”位点，通过交联剂聚合形成共聚物，从而固定“印迹”位点，再利用洗脱抽提技术将模板分子从“印迹”位点上洗脱。此时，在共聚物上就形成了能与模板分子相适应、可结合的空间空缺点或三维的空穴位点。该空间空缺点或三维空穴对模板分子或其结构类似物就具有了特异性的识别功能，从而达到专一性识别模板分子或其类似物，并分离提取模板分子或其类似物的目的。这种理论也被称为“锁钥原理”，即像锁一样对钥匙具有特定选择性，具备高度特异性的特点，所以分子印迹技术也被称为“分子钥匙”或“人工锁技术”。又因为该原理与生物上抗原抗体的分子识别原理相似，故在众多研究中也将分子印迹称为“仿生物分子识别技术”。

二 分子印迹制备方法

分子印迹技术在制备共聚物时，有别于普通聚合方法，需要选择可与模板分子发生作用的特异的功能单体，即具有相应的功能团。随着技术的发展，目前分子印迹共聚物的制备方法主要包括沉淀聚合法、表面印迹法、溶胀聚合法、悬浮聚合法等，共聚物的形态也发展为粉末、膜、球形等多种。

1.沉淀聚合法

沉淀聚合法是通过在均一相中的模板分子与功能单体自聚合形成低聚合物，加入交联剂从均一相中沉淀出低聚合物，通过超声等处理并且在充氮气等特定条件下聚合获得高交联的分子印迹微球。沉淀聚合法操作简单，不需要添加表面活性剂和稳定剂，可以聚合获得表面干净的印迹微球。但是，此方法对溶剂的黏性要求较大，只有在黏性小的溶剂中才能够获得粒径分布均匀的印迹微球。

2.表面印迹法

传统的分子印迹技术由于所制备的是高度交联的聚合物网络，模板分子被深度包藏在聚合物网络中，导致印迹位点分布不均一，内部模板分子洗脱困难。而表面印迹法作为一种新的制备方法由此产生，并能克服上述不足。

表面印迹法简单概括就是采用特定方法把所有的印迹位点固定在具有良好性能的固体表面上，促进模板分子的洗脱和再结合，尤其适用于生物大分子。但是表面印迹法是在二维表面形成印迹位点，相比于沉淀聚合法等制备得到的三维聚合物，其结构稳定性降低，重复利用次数下降，且结合量降低。另外，表面印迹法避免了粉碎研磨过程造成的印迹位点的破坏。

表面印迹法中分子印迹膜就是其中典型的产物之一。研究人员通过在多孔支撑膜表面接枝或者沉淀涂覆分子印迹薄层得到分子印迹复合膜。

3.溶胀聚合法

溶胀聚合法通过制备非交联的种子微球，再将种子微球经过多次的溶胀聚合，获得大粒径分子印迹微球，这种方法则克服了传统制备方法中获得的无定形微粒的缺陷。溶胀聚合法获得的微球具有单分散性，且由于聚合过程在水性体系中进行，所得的产物在水性环境中应用也较为有利。但其制备过程却较为烦琐，且制备周期也较长。

4.悬浮聚合法

悬浮聚合法指单体在机械搅拌或振荡和分散剂的作用下，单体分散成液滴，通常悬浮于悬浮介质中进行的聚合过程，是制备球形分子印迹聚合物的常用方法之一。反应体系包括单体、引发剂、悬浮介质，一般采用普通有机溶剂均不互溶的全氟化碳作为悬浮介质，添加特殊的表面活性剂，通过搅拌等手段制得悬浮乳液，后加入引发剂，获得粒度均匀、形态规则的微球。由于该方法需要使用全氟化碳和特殊的表面活性剂，使得该方法的实用性降低。

三 分子印迹技术的主要特点

分子印迹技术是一种仿生物分子识别技术，具有识别高度专一性的特点；此外，由于分子印迹技术制备得到的共聚物是化学合成产物，对外部反应的环境具有高度稳定性，耐高温耐酸耐碱，而且获得的共聚物具有高利用率，可反复使用无须担心失去活性；生产分子印迹不需要经过复杂的生物反应过程，制备效率也大大提高。这些优点都促使分子印迹技术在食品领域得到广泛应用。

四 分子印迹技术在食品领域中的主要应用

基于分子印迹技术的多项优点，分子印迹技术已经在食品领域得到广泛的应用。

1.分子印迹技术在食品农药、兽药残留检测中的应用

食品农药、兽药残留检测需要从复杂的样品中将低含量的目标残留物高效提取、分离，从而检测残留量，因此对于样品的前处理提出了高要求，传统使用的固相萃取技术特异性不强，导致检测误差大、精度低。而分子印迹技术能够有选择性地从复杂底物中分离目标物，克服了样品体系复杂、预处理烦琐等不利因素，且分析精确度高，非常适合痕量分析。

胡艳云等[2] 以三唑酮为模板分子，三氟甲基丙烯酸为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，合成了对三唑类农药具有高选择性的分子印迹聚合物。将印迹聚合物作为固相萃取填料，优化分离、富集三唑类农药。结合液相色谱串联质谱法，实现了果蔬样品中20 种三唑类杀菌剂的高通量特异性检测。该方法灵敏、准确度高，能更有效减弱基体效应。

分子印迹技术在四环素类兽药残留、氯霉素类兽药残留、磺胺类兽药残留、类固醇类激素兽药残留等方面均有广泛应用[3]。

有学者[4]采用氯仿为溶剂，考察乙烯吡啶、二乙基氨乙基甲基丙烯酸酯及甲基丙烯酸的印迹效应，发现氯霉素与MIPs 之间的识别是通过氢键作用力和离子对作用，通过制备分子印迹聚合物测定蜂蜜样品中的氯霉素残留时获得了90%的回收率。

2.分子印迹技术在食品非法添加物质检测分析中的应用

为保证食品安全，食品中严禁添加非法添加物，但近年来苏丹红、三聚氰胺等工业原料在食品中的使用还是给消费者带来了巨大的伤害。食品中的非法添加物具有难富集、检测难度大的特点，分子印迹技术具有高灵敏度，已在非法添加物检测方面取得一定进展。

有研究采用表面分子印迹聚合法制备三聚氰胺表面分子印迹聚合物，来检测食品中三聚氰胺含量，克服了液相色谱法、气相色谱法等检测方法操作烦琐、预处理麻烦、仪器成本高、无法精确检测分析的缺陷。

另外，还有专利CN102827327A[5]公开了一种葡聚糖凝胶表面苏丹红分子印迹吸附材料的制备方法及其在食品分析中对苏丹红分子选择性吸附分离的应用。该方法以葡聚糖凝胶为支持体，在其表面修饰上苏丹红分子印迹聚合物。按一定的比例加入苏丹红、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈、巯基葡聚糖凝胶，在乙腈介质中，惰性气体除去氧，恒温反应，过滤洗涤，用0.4mol/L～0.8mol/L的盐酸乙醇溶液索氏萃取8～12小时，除去苏丹红分子印迹吸附材料。上述方法获得的材料具有特异的识别能力，选择性高，吸附速度快，解吸性能好，可生物降解，工艺简单，具有再生能力，并且环境友好等优点。

3.分子印迹技术在食品活性功效成分分离中的应用

食品成分分离，对于有效活性成分的分离亦需要从复杂基地物料中高效分离获得目标产物。分子印迹技术以其自身的特点和优点在活性成分分离中获得应用。

川芎嗪为川芎的根茎中提取的一种活性生物碱。它具有抑制血小板聚集、降低心肌消耗量、抑制自由基产生、提高内源性超高氧化物歧化酶（SOD）活性等作用。李小燕等[6]以盐酸川芎嗪为模板分子，丙烯酸为功能单体，改性松香（马来松香乙二醇丙烯酸酯）为交联剂，采用水溶液悬浮聚合法合成了具有松香骨架的盐酸川芎嗪分子印迹聚合物（MIP）。研究了该MIP对盐酸川芎嗪的平衡吸附条件。利用高效液相色谱法对盐酸川芎嗪分子印迹聚合物特征吸附性及选择吸附性进行了研究。结果表明，该MIP对模板分子盐酸川芎嗪具有良好的特征吸附及选择吸附性能。为天然药物中分离富集纯化生物碱类活性成分川芎嗪提供了一种新型材料。

郑细鸣[7]用无皂乳液聚合法合成了微米级聚苯乙烯微粒，并以其为种球，采用单步溶胀聚合法制得了单分散柚皮素分子印迹聚合物微球（MIPMs），考察了溶胀比、水油比、溶剂种类及交联剂用量等对MIPMs形态、粒径及粒径分布的影响，并用静态吸附实验考察了MIPMs的分子识别性能。结果表明，当用1.50μm的聚苯乙烯为种球，环己醇或氯仿为溶剂，20mmol乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，水油比为7∶1，溶胀比控制在27～60之间时，可获得一系列粒径在4.5μm～6.0μm单分散的MIPMs。制得的MIPMs对模板分子具有较强的特异吸附能力，以槲皮素为竞争底物，其分离因子达1.96。

五 结 语

分子印迹技术具备高度专一性、低成本等特点，在食品领域受到广泛关注和应用，但其机理研究尚不深入，处理量吸附量较小，使得该技术的发展受到阻碍。另外，分子印迹技术中普遍应用到大量有机溶剂，尚需开发研究更环保的水性溶剂，使其更具有实用性和安全性。

参考文献

[1] Pauling L A. Theory of the structure and process of formation of antibodies[J]. J. Am. Chen. Soc.， 1940，62（10）：2643-2657.

[2] 胡艳云，徐慧群，姚剑，等. 分子印迹固相萃取-液相色谱-质谱法测定果蔬中20 种三唑类农药残留[J]. 分析化学研究报告， 2014，42（2）：227-232.

[3] 王玲，潘亚男. 分子印迹固相萃取技术在兽药残留分析中应用的研究进展[J]. 黑龙江兽牧兽医， 2014（2）：52-55.

[4]SCHIRMER C，MEISEL H. Molecularly imprinted polymers for the selective solidphase extraction of chloramphenicol[J]. Anal. Bioanal. Chem.， 2008，392（1/2） ： 223-229.

[5] 济南大学. 一种葡聚糖凝胶表面苏丹红分子印迹吸附材料的制备及应用：中国，102827327[P] .2012-12-19.

[6] 李小燕，雷厚福，黄安宝，等.以改性松香为交联剂的盐酸川穹嗪分子印迹聚合物吸附性能研究[J].化学研究与应用，2009，21（10）：1397-1403.

[7] 郑细鸣，涂伟萍.柚皮素分子印迹聚合物微球的制备[J].材料导报，2006，20（9）：131-133.