分子印迹技术在分析化学中的应用进展*

张文进，王正雷，孙志华

（1.解放军第211医院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江中医药大学 附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150001）

分子印迹技术在分析化学中的应用进展*

张文进1，王正雷1，孙志华2*

（1.解放军第211医院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江中医药大学 附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150001）

在本篇文章中提到的分子印迹技术在化学应用中不仅具有较强的专一性同时还具有较高的选择性，其功能的实现主要依靠于有效单体与模板分子在技术过程中的选择、聚集与相关分子的洗脱。现阶段制备分子印迹聚合物的方法有很多，主要包括共价法、非共价法、包埋法等。该技术已逐渐被运用到各个领域如用于色谱分析、分离或富集金属离子、筛选有效的中药成分等。从分子所在的水平与角度增强对分子印迹的认识并努力探索新的方法，可以满足技术过程中水相与极性溶剂使用的要求，使分子印迹技术可以运用到更多的领域。

分子印迹技术；分子印迹聚合物；分析化学；色谱分离；固相萃取

分子印迹技术属于一门边缘学科，主要是通过将生物化学与高分子化学以及其他学科相结合发展起来的。通过该项新技术可以制备能够特定选择识别所需化合物的分子印迹聚合物[1]。制备的分子印迹聚合物因其展现出来的多种优势被广泛应用到多个领域中如分离并纯化除草剂以及其他的药物、对所需的抗体和受体进行多次模拟、对对映体和异构体进行快速的分离、在相关的反应中发挥选择性的催化作用、准确识别氨基酸、多肽、蛋白质等大分子物质等。在这些领域中分子印迹聚合物的主要具有的特点是具有较好的亲和性、专一性、选择性以及稳定性，能够在很好抵抗外部恶劣环境的同时保持自身较长的使用期限[2]。因此，该聚合物在应用于分析色谱、模仿生物传感器、化学萃取中也具有突出的优势[3]。

1 分子印迹聚合物的制备方法

1.1 共价法

通常所指的共价法是将有效的功能单体与选好了的模板分子在一定的条件下进行缩合反应，达到两者共价连接的目的，之后让生成的复合物通过交联剂发生聚合现象，最后将原来生成的共价键发生断裂，将模板分子洗掉[4]。该方法可以使生成的聚合物具有很强的专一性，能够得到有效准确的结合基团。但由于该反应的实现需要获取较高的反应能，反应速度易受到能量变化的影响，因此，在一般条件下该方法适合用于对小分子的印迹[5]。

1.2 非共价法

在非共价法中是先将模板分子与功能单体在发生聚合现象前进行有顺序的组织排列，通过非共价键将两者保存下来，在完成聚合后，相关的作用位点与排列空间等产生固定，当模板分子被洗脱后，之前与功能单体相互作用的基团被保留下来[6]。因为在蛋白质大分子物质表面具有的氨基酸残基能够和功能单体相互作用形成多个位点，且共有的能量能够达到共价键的要求，因此，在该方法中分子印迹复合物具有较强的选择性。相比于共价法，非共价法适合用于蛋白质大分子的印迹[7]。

1.3 包埋法

在初期的时候，分子印迹技术仅采用小分子作为模板，到后面随着技术的发展完善生物大分子也逐渐作为使用的模板，例如蛋白质、灭活得病毒等。由于蛋白质分子具有较为复杂的结构，因此相关的分子印迹技术发展并不是很快[8]。而这里提到的包埋法是属于蛋白质分子印迹技术发展中采用的主要方法之一。在使用包埋法的过程中，首先需要在指定的溶剂将涉及到的所有物质遵循要求的比例进行溶解，其次进行氧气的去除，引起反应物的聚合，然后将聚合物进行研磨，筛选出所需大小的聚合物，最后将其中的模板分子进行洗脱[9]。虽然该方法操作相对来说较为简单，但在操作的过程中得到的研磨颗粒的印迹作用位点受到了一定程度的损坏，同时因其形成的形状较不规则，在应用的过程中也受到了一定的限制[10]。

2 分子印迹技术在分析化学中的应用进展

2.1 应用于色谱分析

可以在高效液相色谱中作为固定相进行使用[11]。分子印迹技术具有较好的特异性选择识别能力，因此，可以通过利用该技术在色谱中对模板分子进行分离提纯。Baggiani等[12]通过采用分子印迹技术中的非共价法成功在水相介质中得到了2，4，5-三氯苯氧基乙酸的印迹聚合物，将该聚合物作为HPLC固定相，分析不同类型的流动相中含有的模板分子能够在柱中表现出的现象，可得出分子印迹聚合物选择不同结构类似物的结果。由此可知，可以利用该技术产生的聚合物作为固相萃取一些样品中的微量分子，达到富集的目的。

2.2 应用于对环境痕量的分析

在人们生活的环境中含有较多的激素、除草药剂、杀虫剂等痕量物质，这些物质可以通过分子印迹聚合物具有的吸附聚集性进行处理，再用色谱法进行检出[13]。Kubo等[14]通过分子印迹技术产生的聚合物能够使类似羟基多氯联苯结构的分子物质在相关环境中与甲状腺激素内含有的活性成分进行分离。通过合理应用分子印迹复合物具有的亲和性强、选择性高的特点，能够较好解决在复杂环境中难提取微量分子物质的问题，该技术的应用在该方面具有重要的意义作用。

2.3 应用于对金属离子的分离与富集

在分子印迹技术发展的初期，相关复合物的研究制备大多都是在有机溶剂中。随着技术的不断发展完善，以金属离子为模版的印迹技术也越来越受到人们的关注[15]。Jiang等[16]的研究可知，通过利用分子印迹技术的相关方法可以合成较为新型的Ni离子印迹氨基硅胶吸附剂，可以对水中含有的Ni离子进行很好的吸附萃取。与非印迹聚合物相比，印迹聚合物具有更好选择吸附Ni离子的能力且吸附容量更大，更适用于对水中痕量Ni离子的富集。此外，分子印迹复合物对其他金属离子如Cu，Co，Zn，Pb等具有的相对选择性系数分别达到了45199，32183，431 79和281 36，对其进行吸附聚集也能达到较好的效果[17]。

2.4 应用于对膜进行分离

通过分子印迹技术产生聚合物后可以将其制备成相应的薄膜，即通常所说的分子印迹膜[18]。制备形成的分子印迹膜不仅能够很好地具有分子印迹聚合物具有的高选择性和大吸附容量，而且在操作过程中较为简单，消耗的能量较低，利用能量的效率也具有较高的水平，被列为绿色化学中重要的一类物质。Ro nald等[19]第一次采用原位聚合的方式成功制备了分子印迹膜，探究分析了溶剂的成分、印迹膜的形态与结合能力大小之间具有的联系，寻找到了有效掌握薄膜厚度制备的方法。在当前阶段，分子印迹膜的应用很好地解决了在膜分离技术中需要选择性分离单个分子物质的问题[20]。此外，与微滤膜或反渗透膜相比，该膜的性能更加稳定，抵抗外界干扰的能力更强。

2.5 应用于对手性物质的拆分

根据相关的研究表明，在拆分手性物质方面，分子印迹技术也起到了重要的作用[21]。Sharon等[22]将左旋多巴和右旋多巴作为模板分子，利用分子印迹技术成功制作出具有良好对映性的印迹薄膜，可以通过相关测定方法确定其手性选择性。该印迹薄膜的手性分离能力较强，在浓度较低的条件下都可以发挥出其识别功能。根据研究可知，运用以往对手性异构体进行分离的传统方法仅会识别处理少部分的异构体，不仅会在物质材料方面产生较严重的浪费，而且会对环境造成一定程度的危害，并不适合进行大规模的制备生产[23]。分子印迹技术在手性物质拆分中的应用能够很好地解决这些问题并取得了进一步的发展和突破，其中研究内容中包括的羧酸、氨基酸、胺等手性物质已成为新药研究领域中重要的关注对象。

2.6 应用于对样品进行前处理

通过利用分子印迹技术产生的分子印迹聚合物具有的高分子选择性可以较好地应用于复杂样品的分离、提纯、溶液浓缩等较前部分的处理过程。Wang等[24]通过静态吸附实验结果可知，纳米薄膜聚合物对B-雌二醇表现出来的键合容量达到了最初制备出的块状印迹聚合物具有的容量的12倍，印迹展现出来的效果更是传统聚合物的14倍，其中含有的分离系数为7125Lmol·L-1，能够达到最大程度的键合容量是12138Lmol·g-1。对比雌二醇与胆固醇的吸附测验可发现，通过该方法可以在一定程度上实现对目标化合物的分离与富集，对样品前处理过程具有重要意义。同时也有研究人员探索了键合的容量与壳层的厚度之间对应的关系，发现了当吸附达到最大时壳层具有的厚度[25]。因此，不难发现在对样品进行前处理的过程中分子印迹技术使分离与纯化样品的过程变得更加简单操作。

2.7 应用于传感器原件的制备

最近几年随着分子印迹技术的发展，分子印迹聚合物在传感器方面的研究也益受到人们的关注。Graham等[26]利用分子印迹技术构建了荧光探针传感器。通过利用该传感器可以在显微镜下观察荧光点的数量测出目标物的含量。与此同时，在监测环境方面过程中、临床化验试验中，食品卫生检测中化学与生物传感器的运用已成为人们逐渐关注的重点内容。虽然具有生物性能的传感器的灵敏度较高、特异性较强，但其活性在识别分子时容易发生失活现象，也因其种类不多增加了制作传感器的资金投入[27]。因此，通过分子印迹技术制备成的分子印迹聚合物作为分子识别元件在传感器的使用中发挥了重要的作用。

2.8 应用于对中药成分进行筛选

在一种中药中会包含了多种成分，想要分离出某一种成分可能会需要花费较多的时间和精力。可以利用分子印迹技术具有的较强专一性从复杂物质中将需要的有效成分提取出来。颜流水等[28]运用分子印迹技术的过程中将咖啡因作为模版，通过利用紫外光线制备了毛细管整体柱，同时探究了会对整体柱功能产生影响的因素。由于该整体柱可以特异选择出某个物品中含有咖啡因的含量，因此想要测定绿茶、可乐或药物中含有的咖啡因含量时，通过分子印迹技术制备出的毛细管整体柱是很好的一个选择[29]。

3 结语

从最初的形成到当今的发展，分子印迹技术逐渐被扩展和运用。虽然该技术因其具有的良好性能和较强的选择性、灵敏度、专一性被广泛运用到各个专业领域中，但仍还有很多需要改进和完善的地方。在目前阶段，分子印迹技术还未真正的实现其产业化，主要原因为其性能会受到多种条件或因素的影响，如模版分子的种类、功能单体与模版分子的使用比例、溶剂酸碱度等。虽然在选择合适的印迹体系时需要克服较多的困难，但因其具有的特点可以使其成为强有力的手段来帮助分析化学中多种应用的实现[30]。随着该技术的不断发展完善，相信分子印迹技术将会更加广泛地深入应用到分析化学以及其他领域中。

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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

黑龙江省科技攻关计划项目（G96CL9901）；黑龙江省青年科学基金项目（H2017060）

张文进（1975-），男，黑龙江哈尔滨人，博士，副主任医师，1998年毕业于黑龙江中医药大学中西医结合专业，现从事中医药临床相关工作。

导师简介：孙志华（1974-），女，副主任护师，1996年毕业于黑龙江中医药大学中医护理专业本科，现从事中医临床工作。