分子印迹技术及其在食品中的应用

孟德欣　孟德悦

【摘 要】 分子印迹技术以它独特的特点受到人们的亲睐，并将其广泛应用各个领域。本文重点介绍分子印迹技术，并简要说明其在食品中的应用。并分析目前该技术存在的缺点和改进方向，为更好地将分子印迹技术应用于各个领域。

【关键词】分子印迹技术；食品；应用

分子印迹技术（molecular imprinting technique，MIT） 也叫分子模板技术， 是将高分子科学、材料科学、生物化学、化学工程等学科有机结合在一起，为获得在空间结构和结合位点上与模板分子完全匹配的聚合物（即分子印迹聚合物，molecular imprinting polymer ，MIP） 的一种新型实验制备技术。 近年来，分子印迹技术发展迅速，越来越多的人把分子印迹技术应用到食品中。

1. MIT基本原理

MIT指对特定的目标分子具有高选择性和特异性识别的聚合物的制备和应用技术。其原理为模板分子与功能单体预聚合后，在引发剂的作用下和交联剂反应形成刚性交联状的聚合物，利用洗脱液将模板分子洗脱下来后，在模板分子的原位置可以形成具有特异性识别该分子的识别位点。

根据形成聚合物形成方式的不同，MIT主要分为共价法、非共价法。由于非共价键法的优点众多，因此，非共价结合型 MIP 技术已成为近年来分子印迹研究的主要方向。

2. MIPs的制备方法及表征

影响MIPs制备的主要因素有模板分子自身结构，功能单体、交联剂、溶剂、引发剂等的选择等。

2.1模板分子

一般地，分子中含强极性基团的化合物易于制备高效能的 MIP。由于氢键具有饱和性和方向性，化学键作用较强，如含有氨基、羟基、羰基等基团的印迹分子，相对较易与功能单体间形成氢键，更易制备选择性高和亲和性强的 MIP。

2.2功能单体

功能单体的选择对于分子印迹聚合物的吸附性能有很大影响，功能单体的选择取决于与模板分子的作用方式。识别印迹聚合物的方式主要有共价键和非共价键法，因此首先根据不同的制备方式选择相应的功能单体。而对于有些结构比较特殊的模板分子还可以考虑使用双功能单体或多种功能单体，因为多种功能单体可以形成多种类型的结合位点，能够提高聚合物对模板分子的识别作用。

2.3交联剂的选择

交联剂的种类有限，既要使生成的印迹聚合物具有一定的空间网络结构和稳定的结合位点，又要求分子印迹聚合物的交联度很高（70～90%）。因此，由于预聚合溶液中交联剂的溶解性，减少了对于交联剂种类和浓度的选择。目前应用比较多的交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TRIM）。

2.4溶剂的选择

溶剂的选择在分子印迹制备中发挥着至关重要的作用，对分子间的作用力和 MIP 的形态影响很大，且起着致孔剂的作用。通常选择的溶剂要具备以下条件：（1）能够溶解模板分子和功能单体；（2）能够形成大的流通孔；（3）对模板分子与功能单体之间的相互作用干扰尽量小。一般根据印迹分子与功能单体间可能的作用力类型选择适宜极性的溶剂。

2.5引发剂的选择

在分子印迹聚合反应中多为自由基引发反应，因此在反应时需加入引发剂引发聚合反应。其中油溶性反应的引发剂有偶氮二异丁腈（AIBN）和过氧化苯甲酰（BPO）等；水溶性反应的引发剂为过硫酸钾（K2S2O8）和过硫酸钠（Na2S2O8）等。

2.6 MIPs 的制备方法

分子印迹技术发展到现在已经形成了许多成熟的制备方法。MIP 比较常见的制备方法有本体聚合、乳液聚合、沉淀聚合、悬浮聚合等。随着科技的发展以及分子印迹技术研究的深入，出现了一些新型的分子印迹技术的研究方法。例如表面印迹技术、磁性纳米材料、膜材料、以及各种新型印迹载体等。

2.7分子印迹聚合物的表征

目前，MIPs的表征手段主要沿用了固体聚合物的表征方法，表1分别从形貌表征、化学表征、识别行为和性能表征等几个方面对MIPs的表征技术和表征目的进行了总结。

3.MIT在食品中的应用

随着人们生活质量和对食品安全卫生要求的提高，动物源食品中药物残留问题已成为社会关注的焦点，它不仅危害消费者，也影响我国肉食品出口。因此在控制食品安全方面，迫切需要发展高选择性、高灵敏度的食品安全分析。分子印迹聚合物的特异亲和力和选择性等特点使其在食品领域中得以广泛应用。

吕运开等以氟苯尼考为模板分子，甲基丙烯酸为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，用乳液-悬浮聚合法制备分子印迹聚合物微球。将制备的微球用于固相萃取，建立酰胺醇类抗生素的在线固相萃取-高效液相色谱检测方法，优化在线萃取条件及影响因素。在最佳条件下，分离检测了牛奶中的酰胺醇类药物，实现了有效地净化，其加标回收率为80.6%～96.7%，检出限为6.8～27.8g/kg。

荆涛等[3]建立了一种分子印迹固相萃取-液相色谱联用技术（online MISPE-HPLC）来检测食品样品中痕量四环素类抗生素。该研究分别采用土霉素、四环素、金霉素和强力霉素为模板分子，制备了四种分子印迹聚合物，进行了模板分子的选择对印迹效果影响的初步机制研究。在此基础上，以土霉素和金霉素为模板分子，制备了一种双模板分子印迹聚合物，其对四环素一族均表现出极高的吸附容量和选择性， 系统研究了其分子识别机制。随后，以此聚合物作为固相萃取吸附剂与液相色谱仪联用，建立了一种快速、灵敏、高效的自动化在线分析系统，用于食品样品中四环素类抗生素的残留检测。

Zhang 等[4]以三聚氰胺为模板，甲基丙烯酸为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂，通过表面印迹技术合成了一种基于多壁碳纳米管（CNT）的新型复合印迹材料（MIP/CNT）。用扫描电子显微镜（SEM）对 MIP/CNT 表面结构进行表征。以吸附动力学及 Scatchard 吸附模型评估其吸附过程。结果表明该 MIP/CNT 吸附剂对三聚氰胺呈现出迅速的动态吸附平衡及高吸附容量（79.9μmol/g）。将此MIP/CNT 作为吸附剂，建立在线 SPE-HPLC 检测方法，用于动物饲料和奶粉中三聚氰胺的检测。富集因子为 563，检出限（S/N=3）为 0.3 μg/L，定量限（S/N=10）为 4.5μg/L。

4.总结与展望

本文介绍了分子印迹技术及其在食品中的应用。分子印迹技术近年来得以飞速发展，在食品分析样品前处理中更是应用颇多。但还有许多解决的问题，比如受目前合成技术的局限，分子印迹聚合物存在一定非选择性吸附；在分子印迹过程中，若模板分子洗脱不够完全，MIPs在后续的实验过程中会出现模板渗漏进而对定量分析造成干扰；在选择模板分子时，亲水性大分子难以印迹等等。同时分子印迹在线检测需要对仪器进行改装，设备较复杂。相信随着生物技术、电子技术、合成手段和化学改性手段等技术的迅猛发展，分子印迹技术的应用会日益完善，应用范围也将更加广泛。

【参考文献】

[1]郑平，姚剑，徐业平.分子印迹固相萃取技术及其在食品安全分析中的应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2011： 1-92

[2]吕运开，张婧琦，王晓虎，李攀，刘晓辉.基于分子印迹聚合物微球的在线固相萃取-液相色谱联用技术测定牛奶中酰胺醇类药物残留[J].食品科学，2013

[3]荆涛.基于新型分子印迹复合材料的快速检测技术在环境医学中的应用研究[D].武汉：华中科技大学，2011

[4] Zhang HB， Zhang ZH， Hu YF， et al.Synthesis of a Novel Com-posite Imprinted Material Based on Multiwalled Carbon Nano-tubes as a Selective Melamine Absorbent[J]. J Agric Food Chem， 2011， 59（4）： 1063.1071