分子印迹技术原理及其在分离提纯上的应用

生物分离得新技术——分子印迹

一创新论坛一工业生物技术专家报

告会

2008级生命学院3班微生物与生化药学专业

2008001243宋汉臣

目录

1分子印迹技术得原理与方法............................3

1、1MIP得制备过程........................................3

1、2制备MIP得方法......................................3

1、2、1预组装法——共价键作用..............................4

1、2、2自组装法——非共价作用...............................4

1、2、3共价作用与非共价作用联合法..........................5

2分子印迹技术在分离上得应用...........................5

2、1MIP作为固定相得分离技术............................6

2、1、1MIP作为固定相分离天然产物............................

6

2、1、2Mlp作为固定相检测食品中药物得残留..................7

2、2分子印迹膜（MIM）分离技术..............................

3问题与展望8

4参考文献...........................................9

摘要:分子印迹技术1"(MQICCU1arImprintingtechnique,MIT)就就是一种新得、很有

发展潜力得分离技术。由于其具有选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿

命长、应用范围广等优点，分子印迹聚合物已广泛应用于生物工程、临床医学、环境

监测及食品工业等众多领域，在分离提纯、免疫分析、悔模型以及生物模拟传感器等

许多方面显示出良好得应用前景，引起了人们得广泛关注,其有望在三聚氨胺得快速痕

量检测上发挥作用，

关键字:分子印迹生物分禽分子印迹聚合物

前言：

分子印迹技术最初出现源于20世纪40年代得免疫学，当时Pauling⑶首次

提出抗体形成学说为分子印迹理论得产生奠定了底础，1993年Mosbach等

人有关茶碱分子印迹聚合物得研究报道，使这一技术在生物传感器、人工抗体模

拟及色谱固相分离等方面有了新得发展，得到世界注目并迅速发展。基于该技术

制备得分子印迹聚合物具有亲和性和选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、

使用寿命长、应用范围广等特点，因此分子印迹技术在许多领域,如色谱分离、

固相萃取、仿生传感、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离等领域得到日益广泛

得研究和开发，有望在生物工程、临床医学、天然药物、食品工业、环境监测等

行业形成产业规模化得应用。目前,全世界［3］至少有包括瑞典、日本、德国、美

国、中国、澳大利亚、法国在内得10多个国家、100个以上得学术机构和企事

业团体在从事分子印迹聚合物得研究和开发。

分子印迹技术就就是近年发展起来得一种新方法［2］,她可为人们提供具有期望结构得

性质得分子组合体。当体系中存在着模板分子时，功能单体可以通过聚合使这些模板分子以

互补得形式固定下来。聚合后，模板分子可被除去，于就就是在这一过程中，体系变动得“快照”

就可被“拍摄”或记录下来，此对模板分子具有“记忆”功能，再遇到模板分子时就表现出

独特得识别性能。从而使获得得分子组装体能专一性地就合模板分子以及她得类似物,

1分子印迹技术得原理与方法

分子印迹技术就就是指制备对某一特定分子具有选择性识别能力得聚合物得技术。模板

分子与功能单体相互作用形成超分子复合物，再在交联剂作用下形成聚合物;当在一定条件

下除去模板分子后，即可得到分子印迹聚合物(MIP)叫

1、1MIP得制备过程⑸

MIP得制备过程主要由如下4步构成：

(1)印迹分子与功能单体通过共价或非共价键作用相互结合，形成印迹分子-单体配合物［图1

步骤3)

⑵在配合物中加入交联剂，受引发剂、热或光引发，印迹分子-单体配合物周

国产生聚合反应。在此过程中,聚合物链通过自由基聚合将模板分子和单体配

合物“捕获”到聚合物得立体结构中。常用交联剂有:双甲基丙炸酸乙二醉酯、李戊四

醇三丙烯酸酯、三甲氧基丙烷、三甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯等。(图1步骤4)

(3)洗脱⑹印迹分子，得到印迹聚合物，形成含有与印迹分子形状和功能基团排列相匹配得空

穴。分子印迹得3个过程可用图1来描述。(图1步骤5)因此MIP对印迹分子有“记忆”

功能，对其具有高度得选释性。

1.功能性电体(functionalmonomers)；

2.短板分子(templatemoleculetT)；

3.奥板聚合物单体(template-monomercomples)；

4$板聚合物母体(templatepolymermatrix)(

5.冷板聚合物(templatepolymer)

图1分子印迹示意图⑴

(4)后处理。在适宜得操作条件下对印迹分子聚合物进行成型加工和真空干燥等后处理。所

制备得分子印迹聚合物应具备良好得物理化学和生物稳定性、高吸附容量和使用寿命、

特定得形状尺寸，以获得较高得应用效率。

1、2制备MIP得方法⑵

根据印迹分子和功能单体之间得作用可将制备MIP得方法分为以下三种：

1、2、1预组装法(Pre—organizedapproach)----共价键作用

共价键法就就是由Wu1If等人创立发展起来得。该方法中印迹分子(目标分子)和功

能单体以共价键得形式结合生成单体一模板配合物，单体一模板配合物于交联剂反应生成聚

合物后，进一步在化学条件下打开共价键使印迹分子脱离。此时形成得共价键既稳定又可逆,

这似乎就就是相互矛盾得双重特性，所以注定了其生成得分子稳定性高、抗性好、选择性强,

但产物得洗脱困难得特性，共价键法主要应用于制备各种具有特异识别功能得聚合物，如糖

类及其衍生物、甘油酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物、香酮、醛类及翁醇类物质。

1、2、2自组装法(Se1f-assemblyapproach)----非共价作用

非共价犍法就就是由MosbnCh等人发展起来得，即把适当比例得印迹分子与功能单体

和交联剂混合，通过非共价键结合在一起生成非共价键印迹分子聚合物。非共价作用不必合

成共价得单体一模板配合物，可在温和得条件下很快得将模板从聚合物中除去,拥有较快得反

应速度，但这些也恰恰反映了非共价作用得块点:选择特异性不强、生成得聚合物不稳定。此

法主要应用于下列物质得分离中：染料、二胺、维生素、氨基酸衍生物、多肽、肾上腺素

功能药物阻抑剂、茶碱、二氮杂苯、核昔酸碱基、非窗醇类抗感染药莱普生和辛胺等。

共价键法和非共价键法得主要区别在于：单体与模板分子得结合机理不同，非共价键法

中通过弱得相互作用力在溶液中自发地形成单体模板分子复合物，而共价键法就就是通过单

体和模板分子之间得可逆性共价键合成单体模板分子复合物得，见(图13)叫

该类分子有选择性识别功能得MIPs,然后以这种MIPs作为吸附材料用于中药成分得分离纯

化。其鼓大得特点就就是分子识别性强，选择性高，成本低，而且制得得MIPs有高度得交联

性，不易变形，有良好得机械性能和较长得使用寿命，这无疑就就是一种高效得中药有效成

分分离技术。

尹艳凤巧等以大黄素分子为模板，甲基丙垢酸为单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交厌剂，

甲苯和十二醇为混合致孔剂，在优化得合成条件下制得得分子印迹整体柱能有效地分离大黄

素及其类似物。程绍玲阿将MIP用于葛根提取物得分离，有效地从葛根提取物中分离出葛

根素、大豆昔元和大豆香、并且所得产品中葛根素纯度为78%，收率为83%，远要高于普通

大孔吸附树脂对葛根提取液得分离结果。雷启福川等制备了以没食子儿茶素没食子酸酯为

模板分子，采用本体聚合法制备了分子印迹聚合物，研究了其特异得分子识别能力，利用聚合

物得高选择性和结合能力、对茶叶提取物茶多盼中有效成分进行固相萃取剂分离需集，实现

了产物得色谱分离检测。

长春碱与长春新碱具有很高得理化相似性很难分离：冯建涌等“2）将制备得长春碳（VLB）

分子印迹聚合物填充于固相萃取小柱中，用甲酥：冰醋酸⑹4,v/v）为溶剂抽提聚合物，抽提

后得聚合物通过氢键等非共价键作用能特异性地吸附模板分子VLB,而对VLB得结构类似物

长春新碳没有选择性。向海艳心］以白藜芦醇为模板分子合成了对天然活性物质白藜芦爵具

有较好选择性得MIPs,时白藜芦尊有较高得吸附性能和选择性:将虎杖提取物经白藜芦醇

M1Ps因相萃取，得到主要合白藜芦繇及少量结构与其相似得白藜芦醇节组分，显示出分千

印迹分离法在中药有效成分分离纯化中可喜得应用前景！

2、1、2Mlp作为固定相检测食品中药物得残留

食品安全性问题日益突出,食品中农药、兽药残留等问题已对环境造成污染，给人类带来

危害，最近得三聚氯胺事件再一次为食品检测敲响警钟。许多食品样品得基体和组成相当爱

杂，被分析物处于痕量状态,易受到干扰。MIP具有优越得识别性和选择性。我国非常重视此

项技术得研究和发展，“十一五”开局得2006年，国家863计划将分子印迹技术在食品中

农药、兽药残留检测领域得应用作为重点技术进行支持，并以现代农业技术领域专题得扬式

进行立项。

乐果就就是一种高效广谙性杀虫杀螭剂，具有强烈内吸和触杀作用，对害虫击倒快，对人、

畜毒性较高。2007年北京化工大学得LvYongqinM”研究了以杀虫剂乐果（dimethoate）

为模板分子制备乐果印迹聚合物，并用该印迹聚合物装填得固相萃取柱对茶叶中得农药乐果

进行了分离纯化,获得了满意得效果，加标得乐果样品在MISPE柱中得回收率达100%。农

药精喳禾灵就就是一种新型得具有光学活性得芳氧苯氧基丙酸酯类除草剂，具有高效低毒、

使用安全等优点。自1995年在我国实现工业化生产并投入应用以来，得到了迅速发展和广泛

应用。虽然其毒性较小，但仍对人畜有一定得毒副作用,尤其对藻类、鱼类毒性较高，而且能

在土壤、环境水、果实中残留。阿布力克木・阿布力孜等同采用分子印迹技术合成了对农药

精喳禾灵有高选择性得印迹聚合物。该聚合物以精喳禾灵为模板分子，甲基丙烯酸（MAA）

为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁肺"（AIBN）作为自由基引发剂。以S

catchard分析表明，精喳禾灵与MAA形成两类不同将结合位点，离解常数分别为Kd1=

和Kd2=1、34X103mo1/L表明该聚合物对精喳禾灵呈现出高得选择性，

可以作为快速检测精喳禾灵残留得方法。

动物性食品中残留得翁醇激素对人们得身体健康具有潜在得危害，成为食品安全领域得

研究热点。朱秋劲等口支研究了分子印迹技术对奶粉样品中残留得痕量17一0一雌二醇得检

测。该聚合物采用沉淀法聚合，以三氯甲基丙烯酸作单体和三甲氧赴丙炕三甲基丙炸酸酯作

交联剂。用MISPE柱和商品C-18柱对4种固醇标准液（孕酮、17-a—雌二醇、17一§一

雌二醇、雄（笛）烯二股和奶粉中提取得17一§一雌二醇得吸附性能作比较，实验结果表明：

用MISPE柱吸附量为3、612mg/g,而用C-18柱吸附量为2、617mg/g,而且MISPE

柱得重现性达85、5%0研究表明:分子印迹聚合物对奶粉•类得复杂生物样品中得痕量17—0

一雌二醇分离纯化得效果优于商品C-18柱。王慧等口应用分子印迹方法合成了对青霉素有

特异性吸附能力得印迹聚合物PenG-M1P,在牛乳中得吸附平衡时间为6h、在牛乳中青霉

素印迹聚合物对青霉索表现出高特异性。用一定量颗粒吸附处理含有青霉素得牛乳。实现分

子印迹技术用于牛乳中青霉素残留得快速定量检测，检测下限为mg/L或以下，结果准确度高，

操作简便，且PcnG—MIP颗粒可以反复使用，极大得降低了检测得成本。

以上两种关于牛奶中化合物得分子印迹检测法，对现在牛奶中三聚氯胺得快速痕量检

测方法得发明具有指导意义！

2、2分子印迹膜(MIM)分离技术

分子印迹膜(MIM)倒就就是一种兼具分子印迹技术与膜分离技术得优点得新兴技术，近

年来已成为分子印迹技术领域研究得热点之一。目前得商品膜如超滤、微滤及反渗透膜等都

无法实现单个物质得选择性分离，而MIM为将特定目标分子从其结构类似物得混合物中分离

出来提供了可行有效得解决途径;MIM作为一种分子印迹技术，可具有分子特异识别能力，同

传统粒子型M【Ps相比,MIM具有无需研磨等繁琐得制备过程，扩散阻力小，易于应用等独特

得优点洞时比一般生物材料更稳定，抗恶劣环境能力更强，在传感器领域和生物活性材料领

域具有很大得应用前景;将MIM应用于分离领域，由于其具有连续操作、易于放大、能耗低、

能量利用率高等优点，可在医药、食品、化工和农业等行业得分离、分析与制备过程中实现

“绿色化学”生产。

Mathcw-KrtozJ和SheaKJ〔切报道了选择性运输和分离中性分子得模板聚合物膜得制

备技术。以9-乙基腺嚓吟为模板，将反应混合物得N,N-二甲基甲酰胺溶液涂在硅烷化得玻

璃切片上，在65〜70'C和氮气保护下聚合制备出MAA和EDMA基体得聚合物膜,用甲醇

洗去模板分子，在一个H型双层液池中进行膜运输实验，结果表明腺嚓吟得流通量明显大于胞

啥咤和胸腺啥噂，腺普得流通量大于鸟昔，这种运输就就是腺嗦吟和膜中结合位点可逆结合和

交换得结果。而且膜得稳定性和机械强度明显优于生物膜。这就就是分子印迹技术在生物膜

仿生中一个突破性进展，绐分子印迹聚合物得研究增添了新得生命力。

异丙盼为临床上广泛应用得烷基盼类短效麻醉剂,及时监测其血药浓度对指导临床用药

有重大得意义，李婉嶙附用紫外光照射得方法制备异丙酚分子印迹复合膜，为今后监测异丙酚

得血药浓度奠定基础。张春铮、钟世安固采用多孔醋酸纤维膜为支撑体，制备了奎宁分子印

迹复合膜，并对膜得选择结合性及分离性能进行了研究、研究结果表明，奎宁分子印迹复合膜

对模板分子奎宁具有较好得选择结合性，奎宁在膜上结合量达到20、6.umol/g,奎宁/辛可宁得

分离因子则为5、6;膜透过实脸表明辛可宁透过奎宁分子印迹复合膜速率远大于奎宁得透:过

速率，该透过机理符合膜渗透得“溶解-扩散”模型。

3问题与展望

尽管目前分子印迹技犬发展得速度比较快，而且也得到比较广泛得应用，但仍然存在许多

问题：

(1)分子印迹过程和分子识别过程得机理和表征问题、结合位点得作用机理、聚合物将形态

和传质机理不明确。

(2)目前使用得功能单体、交联剂和聚合方法都有较大得局限性。尤其就就是功能单体得

种类太少，以至于不能满足某些分子识别得要求，这就使得分子印迹技术远远不能满足实

际应用得需要0

(3)目前分子印迹聚合物大多只能在有机相中进行聚合和应用，而天然得分子识别系统大多

就就是在水溶液中进行得，如何能在水溶液或极性溶剂中进行分子印迹和识别仍就就是

一大难题。

(4)目前能用于分子印迹得大多就就是像药物、氨基酸和农药这样得小分子，而像多肽、酶

和蛋白质这样得大分子虽有报道,但并不多见。

分子印迹技术最大得特点就就是分子识别性强，选择性高，成本低,而且制MIPs有高度得

交联性，不易变形，有良好得机械性能和较长得使用寿命,这就就是别得方法技术所不能比拟

得，另外分子印迹技术在痕量检测方面得杰出表现，预示着其必然能在食品、药品得快速检测

有很大得作为。相信不久得将来就会有三聚集胺得分子印迹快速检脸被发明,还会有各种各

样检验有毒物质得分子印迹快速检验试剂出现在市场上！

综上所述，分子印迹技术作为一种新兴得化学分析技术，已经引起普遍关注，我们相信，随

若人们进一步得研究与开发，必将在以上领域取得新得进展。

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