分子印迹技术的原理、分类及应用

分子印迹技术发展
分子印迹技术又叫做分子印记技术、分子烙印技术或分子模板技术，是一种新兴的分子识别技术，其目的是制备对模板分子具有特异选择性识别能力的聚合物，即分子印迹聚合物(MIPs)。

20世纪40年代，诺贝尔奖获得者Pauling在免疫学研究中曾提出抗体的合成是以抗原为模板的假说，正是这一假说为分子印迹技术奠定了理论基础。

1949年，Dickey曾经提出了“分子印迹”的概念，但并没有得到人们的足够重视。

1972年，Wulff研究小组成功制备出了共价型分子印迹聚合物，才使分子印迹技术的研究有了突破性进展。

1993年，Vlatakis等用白组装的方法成功制备了茶碱分子印迹聚合物，使分子印迹技术有了新的发展方向，从此分子印迹技术便成为国内外的研究热点量。

分子印迹技术基本原理
分子印迹技术为依靠两种或者两种以上的分子相互作用在一起结合，构成了具有相对完整性、组织性的复杂聚集体其具有一定确定性的宏观特性和微观结构。

分子印迹技术是一种独特复制记忆方法，可以被生动的描述为制造识别“分子钥匙”的“人工锁”的技术。通过分子印迹技术技术可以制备具有识别性及选择性的大分子骨架。

该技术可以将功能单体和目标分子通过非共价或者共价的方式共聚生成聚合物，可以通过溶剂将目标分子洗脱，Z终在聚合物中可以留下独特的“记忆”空穴，此空穴在空间形状以及确定官能团上可与原来目标分子完全相匹配，这样的空穴可以与混合物中的目标分子进行可逆的特异性结合，该聚合物称为分子印迹聚合物(MIP)。

在制备分子印迹聚合物的过程中，不同的组分在聚合过程中分别发挥着不同的功能，这些功能分别作用如下表所示。

分子印迹技术.jpg

分子印迹技术基本过程包括三个步骤：

①在一定溶剂(致孔剂)中，目标分子(模板分子或者印迹分子)与功能单体的预组装，即模板分子与功能单体的功能基团通过共价或者非共价键的相互作用形成具有多重作用位点的配合物;

②加入交联剂，通过引发剂引发进行光或热聚合，使配合物与交联剂在模板分子周围聚合形成高交联的聚合物;

③将聚合物中的印迹分子洗脱出来。这样在聚合物中便留下了与目标分子大小和形状相匹配的立体空穴，这便赋予该聚合物特异的“记忆”功能，提供了对印迹分子的特定结合位点和选择性的摄取能力，类似生物的自然识别系统。

分子印迹技术的分类
根据功能单体与目标分子官能团之间的作用力形式不同，当前分子印迹技术Z基本的技术方法分为：共价法、非共价法以及半共价法三类。

共价法：

共价法又叫作预组织法，该方法是目标分子与单体通过共价键结合，在加入交联剂聚合之后，用化学方法断裂共价键将目标分子除去。目标分子与功能单体之间的可逆共价键是该聚合物的制备以及以后的分子识别过程的关键。

共价法的优点在于共价键作用力较强，目标分子可与功能单体完全作用，聚合后可获得空间精确、固定排列的结合基团，因而在识别过程中降低了非特异性作用，且形成的复合物稳定。

由于共价键作用力较强，在目标分子自组装或识别过程中结合以及解离速度较慢，很难达到热力学平衡，不适合快速识别，而且识别水平与生物识别相差甚远。

非共价法：

非共价法又叫作自组织法，此方法是目标分子与功能单体之间先进行自组织排列，以较弱的非共价键自发形成带有多重作用位点的分子复合物，再经过与交联剂作用之后，除去目标分子。

非共价法的优点在于方法简便易行，印迹分子易于除去，在印迹过程中可以同时使用多种单体以使分子印迹系统多样，识别过程与天然的分子识别系统接近。其缺点在于聚合物的选择性低于非共价法。

半共价法：

半共价法集中了共价法和非共价法的特点。即在制备印迹聚合物时功能单体和目标分子以共价键的作用力结合，而在洗脱目标分子之后，其所形成的分子印迹聚合物则是以非共价作用来识别目标分子。

分子印迹技术的特点
1、分子印迹技术Z大的特点是预定性，分子印迹技术能根据研究者不同的研究目的制备出相对应的MIps，以满足科学研究者的不同需求。

2、分子印迹技术具有高度的识别专一性，MIPs是以模板分子为标准进行定做，因此只能识别印迹分子，具有高度的专一性。

3、分子印迹实用性特别强，印迹分子可以和天然的生物分子相比拟，但是又因为其是根据化学原理制备的，所以又具有天然分子不具备的抗恶劣条件的能力。因此，印迹分子具有高度的稳定性和超长的使用寿命。

分子印迹技术正因为这三个突出特点，在科学界发挥越来越重要的作用。

分子印迹技术的应用
分子印迹技术作为一种新型GX分离及分子识别技术，有机的将材料科学、高分子科学、化学工程、生物化学等学科结合在一起。与天然的分子识别体系相比，人工合成的MIP具备稳定性好、抗恶劣环境能力强、制备成本低、使用寿命长、可再生、应用范围广等优点。因此在天产物分离、食品检测、仿生传感、固相萃取、抗体与受体模拟等领域有着良好地应用前景。

1、在天然产物分离中的应用

我国的中草药已有几千年的历史，但是其成分复杂及有效成分的不明确性，使得国外YL界一直对其持怀疑态度。并且有效成分含量较低，采用一般方法进行分离富集较为困难，如何快速、准确地分离提纯中药中的活性成分显得尤为重要。

常规的分离方法如色谱法和萃取法溶剂消耗量大、分离效率低，使得它们的应用有局限性。而MIP具有与天然生物系统相类似的分子识别功能，具有特异的选择吸附性，所以，分子印迹技术在药物分离及纯化领域发展迅速。分子印迹技术可用在对活性成分的分离纯化、有效成分的分离及富集。

2、在食品检测中的应用

食品安全问题关系到人们的健康和生命的安全，然而食品安全事件却层出不穷。目前，用于食品安全检测的方法主要有化学方法、色谱法、免疫法以及生物检测方法。这些方法不但繁琐不便，而且不适于现场检测，所以急需寻找新的检测方法。

因为分子印迹技术具有预定性、识别专一性、实用性三大特点，且有制备操作相对简便、耐用性强、可以反复利用等优点，所以分子印迹技术在食品安全检测领域有很好的应用前景。

3、在化学仿生传感器中的应用

传感器是由识别元件和信号转换器组成的，识别元件位于转换器的表面，当识别元件结合了待检测的目标分子时，就会产生一个物理或者化学信号，这时转换器将信号转换成输出信号，从而实现对目标分子的实时检测。

由于MIP对于目标分子的高选择性、高稳定性以及强耐用性等优点，可以弥补生物识别材料的不稳定性和高成本的缺点，故可以作为传感器的分子识别元件。这种传感器具有性能好、寿命长等优点，已成为Z具研究潜力的课题之一。

4、在固相萃取中的应用

MIP作为固相萃取填料技术叫作分子印迹固相萃取技术。由于MIP对目标分子有较高的选择识别性，特异地识别含目标分子的萃取物，能够克服传统的固相萃取吸附剂选择性差的缺点，便于控制萃取和洗脱条件，从而提高复杂环境中痕量目标物分析的适用性。

自1994年Ellergren首次将MIP应用于固相萃取，发现MIP在有机溶剂和水相中都能使用，优于传统的液液萃取和固相萃取技术，分子印迹固相萃取技术得到了关注和发展。

5、在抗体与受体模拟中的应用

分子印迹技术是模仿抗原和抗体的相互作用而发展起来的，其所制得的MIP具有类似于生物抗体的高特异性和高选择性。

理论上MIP作为对生物抗体和受体的一种有益补充，模拟抗体识别药物、糖类、蛋白质、多肽、氨基酸等的不同成分。将MIP作为人工抗体和受体可以补充从自然界中难以得到或不能得到的抗体和受体。因此，国内外许多学者已在此领域展开了研究。

分子印迹技术的发展方向
近年来，分子印迹技术方面的研究多集中在实践运用方面，对其理论的研究较少，但一项技术的发展离不开理论基础。因此，分子印迹技术要想得到长远的发展，还要做好理论研究。虽然现在我国也有一些这方面的研究，但是并没有达到一定的高度，相反，这一技术在各个领域的理论研究和实践研究都有待进一步加强。

如功能单体、交联度的选择都有一定的局限性，特别是功能单体可供选择的种类非常有限，不能满足某些分子印迹的需要，而且制备技术有待进一步的研究开发，用来提高MIps的识别能力，增加结合量和结合位点的均匀性。由此可见，分子印迹技术理论的深入研究是该技术一个重要研究方向。

随着科学的不断发展，以及材料等领域工作者的介入，分子印迹聚合物材料的研究在不断的深入，新方法、新材料将会推动分析印迹技术应用领域的不断拓展，分子印迹技术将会有越来越广阔的发展舞台。