分子印迹技术.doc

黄河科技学院毕业论文（文献综述） 第 7 页分子印迹技术及研究进展摘要：分子印迹是制备具有分子特异识别功能聚合物的一种技术。近年来，这项技术取得了重大的突破和进展，影响到社会多很多领域。本文介绍了分子印迹技术的基本原理与印迹聚合物的制备方法 ，综述了该技术在色谱、固相萃取、药物分析、生化分离、生物传感器技术以及生物催化方面的研究与应用，并对未来的发展方向进行了展望。关键词：分子印迹技术，基本原理，研究进展，展望1引言分子印迹技术(Molecular Imprinting Technique，MIT) 是一种有效的在高度交联、刚性的聚合物母体中引入特定分子结合位点的技术1。MIT是二十世纪八十年代迅速发展起来的一种化学分析技术，属于泛分子化学研究范畴，通常被人们描述为创造与识别“分子锁匙”的人工“锁”技术2。分子印迹技术也叫分子模板技术，最初出现源于20世纪40年代的免疫学2。近年来MIT发展十分迅速 ，主要是因为其有三大特点:即预定性、识别性和实用性。由于分子印迹聚合物(Molecular Imprinted Polymer，MIP)具有抗恶劣环境的能力，表现出高度的稳定性和长的使用寿命等优点，因此，它在许多领域，如色谱中对映体和异构体的分离、固相萃取、化学仿生传感器、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离技术等诸多领域展现了良好的应用前景3-8，并由此使其成为化学和生物学交叉的新兴领域之一，得到世界注目并迅速发展。近年来，已有一些文献介绍了这方面的理论和最新研究成果。本文收集了很多有关分子印迹技术的文献。通过对这些文献的回顾，对分子印迹技术的基本原理和研究进展作了比较全面的评述，并对该领域未来的发展方向作出展望，旨在引起国内分析化学工作者对该领域研究的关注，以便更快地赶上国际先进水平。2 分子印迹技术的基本原理 分子印迹技术是将模板分子又称印迹分子、目标分子与交联剂在聚合物单体溶液中进行聚合得到固体介质，然后通过物理或化学方法洗脱除去介质中的模板分子，得到“印迹”有目标分子空间结构和结合位点的MIP，在这种聚合物中形成了与模板分子在空间和结合位点上相匹配的具有多重作用位点的空穴，这样的空穴对模板分子具有选择性9。目前发展的分子印迹技术主要有两种：1) 共价法(预组织法) 该方法主要由Wulff10等创立。在此方法中，印迹分子通过共价键与单体结合，在加入交联剂聚合后，聚合后通过化学手段打开共价键除去印迹分子。该聚合物的制备及以后的分子识别过程都依赖于单体与印迹分子之间可逆的共价键。该方法已被应用于制备各种具有特异识别功能的聚合物，如糖类及其衍生物、联辅酶及甾醇类、甘油酸及其衍生物、芳香酮、氨基酸及其衍生物等物质。由于共价键作用力较强，在印迹分子自组装或识别过程中结合和解离速度较慢，难以达到热力学平衡，不适于快速识别，而且识别水平与生物识别相差甚远，因此共价法发展较为缓慢。 2) 非共价法(自组织法) 该法主要由Norrlow等11创立。在此法中，印迹分子与功能单体之间预先自组织排列，以非共价键形成多重作用点，如离子键、氢键、疏水作用等。此法已被应用于下列物质的分离中:染料、二胺、二氮杂苯、维生素、氨基酸衍生物、茶碱、核苷酸碱基、多肽、非甾醇类抗感染药萘普生和苄胺等。非共价法所用功能单体量相对于印迹分子大大过量，因而有相当多的结合基团呈无规则分布，但对分离过程影响不大，所以色谱固定相、膜等分离介质的制备可优先考虑非共价法。3. 分子印迹聚合物的制备分子印迹已成为一种制备具有预定选择性填料的技术，主要有以下几种方法:1) 传统方法 它是将功能单体在溶液中重新排列在印迹分子周围，交联干燥之后将其研磨、 破碎、筛分得到一定粒径的分子印迹介质，最后洗脱除去模板分子。此法简便，直接。2）悬浮聚合 采用全氟化碳液体作为悬浮介质，代替传统的有机溶剂-水悬浮介质，从而根除了非共价印迹中存在的不稳定的预组织合成物。3）扩散聚合12 此法是将模板分子、功能单体、交联剂溶于有机溶液中，然后将溶液移入水中搅拌，乳化；最后加入引发剂交联、聚合，可直接制备粒径较均一的球形分子印迹介质。4）表面印迹12先将模板分子与功能单体在有机溶剂中反应形成加合物，然后将此加合物与表面活化后的硅胶、聚三羟甲基丙烷三丙烯酸酯( TRIM)粒子和玻璃介质反应，Norrl ow和Dhal等分别在硅胶和聚三羟甲基丙烷三丙烯酸酯粒子表面嫁接印迹层获得成功。这样获得的分子印迹物解决了传统方法中对模板分子包埋过深或过紧而无法洗脱下来的问题。4. 分子印迹技术的应用由于分子印迹技术具有构效预定性识别专一性和广泛实用性等特点，因此该技术在以下等诸多领域具有广阔的应用前景。1） 固相萃取 Sellergren13首次报道了将分子印迹聚合物用于固相萃取，近年来，相继有一些报道14出现，这种方法可用于医药、食品和环境分析样品的制备。通常，样品的制备都包括溶剂萃取，由于分子印迹的出现，这可以用固相萃取代替，并且可利用分子印迹聚合物选择性富集目标分析物。由于印迹聚合物既可在有机溶剂中使用，又可在水溶液中使用，故与其他萃取过程相比，具有独特的优点。2） 色谱分析 分子印迹聚合物用于色谱分析主要有以下两方面的工作: 样品前处理15-16(分离、提纯、浓缩)和手性物质的分离 17 - 20 。MIPs的研究领域之一是利用它的特异识别性去分离混合物。近年来，引人注目的立体、特殊识别位选择性分离已被完成，其适用的印迹分子范围宽，无论是小分子(如氨基酸、药品和碳氢化合物)还是大分子 (如蛋白质)已经被用在各种印迹技术中，并且已将制备的介质用在高效液相色谱 (HPLC)、薄层色谱(TLC)和毛细管电泳色谱(CE)分离中。3） 生化分离 分子印迹聚合物的高选择性、稳定及实用的特点，在复杂基体中痕量分析物的高选择性分离富集中有着良好的应用前景，近年来在生物样品中的应用尤其引起人们关注。张毅21等介绍了分子印迹技术在氨基酸、生物碱、多肽、蛋白质等生物分离分析中的应用进展4） 模拟酶催化化学模拟酶催化剂与天然的生物酶催化剂相比，具有抗恶劣环境的能力，表现出高度的稳定性和长的使用寿命，而分子印迹技术则是设计新型人工模拟酶材料的最有效手段之一。目前已将MIP用于模拟酶催化的反应。5） 生物传感器 特殊识别现象在传感器技术中扮演了一个重要的角色。化学或生物传感器，都是由识别元件和与其紧密接触的转换器组成的，它将对分析物产生的应答信号转变成输出信号。关于环境监测、 生物医疗、 食品分析等的传感器都是将生物分子(如酶、 抗体)作为其特异识别元件。由于生物分子物理化学稳定性差，这导致了人造受体得到了广泛重视。分子印迹系统的有利之处在于其识别位是“特制的”，并且同时引入了固相聚合支撑物。正是考虑到MIP有非常高的特异性及物理化学稳定性 ，科学家们在这一方面作了大量尝试。 1991年，Mosbach等首次将印迹与传感器技术结合起来，利用MIP作为识别元件，制备出生物传感器并申请了专利，后来陆续有人报道了关于氨基联苯、吗啡、 莠去津等的MIP传感器的研究。目前利用分子印迹聚合物生产的传感器已用于实际测定中，并且可望用于光学传感器。5. 发展与展望分子印迹技术尚存在一些亟待解决的问题。目前，功能单体和交联剂等的选择范围还存在一定的局限性，尤其是功能单体的种类太少，不能满足某些印迹分子的需求，而且制备技术有待于进一步研究开发，以提高MIP的识别能力，增加结合量和使结合位点更均匀。近年来，由于科技工作者的努力，分子印迹技术已经得到了较为广泛的研究和开发。未来会探索出更加环保绿色的合成方式，使用微波紫外等新型合成方法提高化学反应的经济效益，转移印迹过程从有机相到水相达到自然识别分子的水平。选择一些具有更优异的光、电、磁等性能的金属氧化物作为基质材料，合成性能更好的印迹聚合物复合材料。6. 小结 随着材料科学工作者的介入，分子印迹聚合物材料的研究在不断深入，新材料、 新方法推动了分子印迹技术应用领域的扩展，分子印迹技术已展示出广阔的应用前景。参考文献1CHEN LingxinXU Shoufang，LI JinhuaRecent advances in molecular imprinting technology： current status，challenges and highlighted applicationsJChemSoc Rev，2011，40(5)：2922-29422梁金虎，罗林，唐英分子印迹技术的原理与研究进展J重庆文理学院学报，2009，28(5)：38-393谭淑珍，李革新，李再全分子印迹技术的研究与应用J应用化工，2004，33 (4) : 4-64赖家平，何锡文，郭洪声，等分子印迹技术的回顾、现状与展望J分析化学，2001，29 (7) : 836-844 5谢建春，骆宏鹏，朱丽荔，等利用分子烙印技术分离中草药活性组分J物理化学学报，2001，17(7): 582-5857李佳玮，刘志东，张柏丽分子印迹技术在药学中的应用现状J中外健康文摘，2007，4 (6) : 14-16 8彭友元分子印迹技术的原理与应用进展J泉州师范学院学报(自然科学版)，2007，25 (4)：50-559马永飞，曲祥金，殷焕顺，等L一色氨酸的分子印迹膜电化学传感器的研制与应用J山东农业大学学报，2009，40(2):254-25810Wulff G，Sahan A，Zabrocki KEnzyme-analogue built polymers and their use for the resolution of race2 matesJTetrahedron Lett，1973，14 (44)：4329 433211Norrlow O，G lad M，Mosbach K Acrylic Polymer Preparations ContainingRecognition Sites Obtained by Imprinting with SubstratesJJ Chro2matography，1984，299 (1)：29-4112Sellergren BImprinting Dispersion Polymers：a New Class of Easily Accessible Affinities Stationary Phases JJ Chromatography，1994A，673(1) ：133-14113Sellergren BDirect Drug Determination by Selective Sample Enrichment on an Imprinted PolymerJAnal Chem，1994B，66 (9)：1578-158214Matsui J，Okada M，Tsuruoka M，et alS olid2 phase Extraction of a Tri2 azine Herbicide Using a Molecularly Imprinted Synthetic Receptor JAnal Commun，1997，34 (3)：85-8715Sellergren BDirect drug determination by selective enrichent on an imprinted polymerJAnalChem，1994，16 (9)：1578-1582 16Zander A，Findlay P，Renner T，et alAnalysis of nicotine and its oxidation products in nicotine chewing gum by a molecularly imprinted solid phase extractionJAnalChem，1998，70: 304-314 17周杰，王善伟，郭洪声原位分子印迹法制备的连续棒型模板聚合物的手性识别J分析化学，2000，28 (3)：296-29918李萍，林保平，袁春伟苯丙氨酸衍生物的色谱手性拆分 采用分子印迹聚合物作为色谱固定相J分析测试学报，2002，21 (3)：25-2719郭洪声，何锡文，邓昌辉，等药物扑热息痛分子模板聚合物的选择性富集与