分子印迹技术及其在食品分析检测中的应用

分子印迹技术及其在食品分析检测中的应用

摘要：简述分子印迹技术的原理；介绍分子印迹聚合物的制备方法；总结分子印迹技术在固相苹取色谱分离仿生传感和膜分离等领域的应用研究进展；最后对分子印迹技术未来的发展进行展望。

关键词：分子印迹；食品安全；制备；分析；检测

Abstract：The principle of MIT and the preparation methods of molecular imprinting polymers are introduced．The progress in the application of MIT in solid —phase extraction，chromatographic separation，bionic sensor and membrane separation are summarized．Finally，the development prospect of MIT in future is presented．Keywords：molecular imprinting；food safety；preparation ；analysis；detection “民以食为天，食以安为先．”随着食品污染事件的不断发生，食品安全问题再次成为关系国计民生的热点话题．然而，现行检测方法仍存在一些不足，食品样品基质组分复杂，痕量污染物容易被掩蔽，在生物大分子等背景干扰物的作用下难以获得某种(类)高纯度单一组分，给食品分析增添了难度．分子印迹技术是近年来被热切关注的新兴技术，它集分离与富集于一体、材料廉价、可反复使用，适合从复杂基质中分离纯化痕量目标物用以检测，弥补了当前检测方法中的不足，在食品、环境、医药、化工、分子生物学等领域应用广泛．

1 分子印迹技术

分子印迹技术(M olecular Im printing Technology，M IT )是一种新型、高效的分离及分子识别技术。通过MIT合成的具有分子识别能力的分子印迹聚合物(M olecularly Im printed Polym ers，M IPs )被称为“塑料抗体”，兼具生物识别体系和化学识别体系的特点，具有结构可控、机械强度高、环境耐受性好、使用寿命长、亲合力高和选择性好等优点，近年来已广泛应用于固相萃取、色谱分离、仿生传感、膜分离、模拟酶催化等诸多领域。将M IT与其它分离分析技术相结合，可以满足在食品分析领域，如食品添加剂检测、农药兽药残留检测等方面的检测需求。

2 分子印迹技术的原理

分子印迹技术是将模板分子、功能单体分散在介质中加入交联剂、致孔剂、引发剂在光、热、电场等作用下，通过共价键和(或)非共价键作用以及空间位阻效应等，形成可逆结合的聚合物，经洗脱去除印迹分子形成空间结构和结合位点与模版分子完美匹配、具有一定刚性、能够专一识别的功能材料[1,2]。分子印迹技术依据模板分子与功能单体的结合方式可分为共价键法、非共价键法和准共价键法．共价键法与准共价键法由于其化学合成与分离过程繁琐而受到限制，非共价键法因其合成操作简单迅速，印迹分子易去除等优点获得较快发展．非共价键中以氢键最为常用，还包括静电引力、金属螯合作用、电荷转移、疏水作用以及范德华力等．

3 分子印迹聚合物的制备

常见的制备分子印迹聚合物的方法主要有溶液聚合、悬浮聚合、原位聚合和

表面印迹法等．其基本方法是将模板分子、功能单体、交联剂、引发剂等按照一定比例分散在介质，以光、热、电等方式引发聚合反应，洗脱后备用．不同的是：(1)溶液聚合中，介质通常为非极性有机溶剂，采用水浴聚合，生成块状聚合物经研磨、过筛，得到无定形颗粒．方法操作简单，体系易控制、普适性强，是目前应用最广的方法．不足之处在于粉碎、过筛等程序耗时费力，损失较多，部分孔穴结构被破坏；(2 )悬浮聚合能够直接获得粒径均匀的小球状聚合物[3] 通过离心将微球从聚合液中分离出来，或首先经预聚合形成种子颗粒，再在颗粒表面引发聚合，最终形成印迹微球[4]，省去了研磨和筛分的步骤，避免了孔穴结构的破坏，且生成微球颗粒均匀圆滑，粒径小；(3)原位聚合是在分析器皿中直接进行聚合，如在色谱柱中聚合形成分子印迹填充色谱柱，在电极表面聚合形成分子印迹电化学传感器．该方法省去了粉碎、装柱或固定的步骤，操作简单．由于方法要求聚合物具有一定通透性，因此对致孔剂的选择条件多了一些限制；(4 )表面印迹法是在预先制备的大孔围相载体的表面通过螯合、弱相互作用等手段引入含有双键的单体，再以一定的方式将印迹分子、交联剂和引发剂等混合或是沉积在这种经过化学修饰的表面上，最后引发聚合反应制备表面分子印迹材料[5]．采用该方法，印迹分子只存在于聚合物的表面，通常不需要后续的粉碎处理．

4分子印迹技术在食品分析检测中的应用

MIPs是一种具有分子识别能力的新型高分子仿生材料，具有结构可控，环境耐受性好，亲合力高和选择性好等优点，近年来在生物、化学、医学和食品等领域得到广泛的应用。根据不同的目的制备不同MIPs，可以满足在食品分析领域，如食品添加剂检测、农药兽药残留检测等方面的检测需求。目前，MIT主要被用于固相萃取、色谱分离、仿生传感、膜分离等方面。

4．1 固相萃取

固相萃取(Solid—Phase Extraction，SPE )是一种近年来发展的样品前处理技术，建立在传统的液一液萃取基础之上，结合物质相互作用的相似相溶机理和色谱固定相的基本知识发展起来。目前SPE 在国内主要应用在水中多环芳烃和多氯联苯等有机物质分析，水果、蔬菜等食品中农药和除草剂残留分析,抗生素分析，临床药物分析等方面。

MIPs凭借优越的识别性以及从复杂样品中选择性地分离富集特定目标化合物的能力，成为一种特效的SPE吸附材料。戴晴[6]等以苏丹红I为模板分子，通过沉淀聚合法制备了对苏丹红I具有特异性吸附的MIPs，将其作为SPE柱填料用于辣椒粉样品中痕量苏丹红I的净化和富集。

4．2 色谱分离

MIPs的高度交联性、良好的机械和化学稳定性、预定的选择性等特点，使其成为良好的色谱固定相。但MlPs颗粒的装柱过程较为繁琐，若填充不均匀会引起色谱峰展宽等问题，使分子印迹液相色谱的应用受到限制。近年来免填充的分子印迹整体柱及其与微分离方法[包括微(Lc)、毛细管电泳(CE )和毛细管电色谱(CEC )等]的结合已成为高效的选择性分离手段，引起人们极大兴趣和关注。李志伟[7]等通过制备三聚氰胺分子印迹整体柱，并将其作为色谱固定相，实现了对奶制品中三聚氰胺残留量的检测。Cacho[8]等将MIP与CEC相结合，制备了分子印迹毛细管整体柱，实现了柑橘类样品中驱虫剂噻苯咪唑的测定。

4．3 仿生传感

生物传感器具有灵敏度高、特异性强和易于微型化等优点，近年来备受研究

者的关注，在临床诊断、环境保护、食品和药物分析等领域有着广泛的应用前景。但目前只有血糖分析仪等少量生物传感器得到了推广应用，大部分生物传感器仅限于实验室分析和简单样品的检测，这主要是由于生物分子环境耐受性差，存储和操作不便等。此外，大多数生物分子昂贵和不易获取也限制了生物传感器的发展和实际应用。获得廉价、稳定的识别元件，是生物传感器进一步发展的关键。MlPs环境耐受性好，具有类似抗体-抗原体系的高亲和力和高选择性，可取代生物分子作为识别元件研制分子印迹仿生传感器(M IPs仿生传感器)。根据转换器的测量原理，MIPs仿生传感器主要分为质量式、光学式和电化学式3类。MIPs 电化学传感器由于结合了电化学分析方法(灵敏快速，仪器易于微型化、自动化和智能化，成本低，便于现场分析)和MIPs的优势，将最有希望成为一种可以普遍推广的检测手段。刘晓芳[9]等采用原位聚合的方法，直接在丝网印刷电极上制备地西泮(即安定)分子印迹膜，进一步组装成电导型传感器，实现了对实际肉类样品中地西泮含量的测定。Li[10]等使用溶胶一凝胶方法，研制了灵敏检测剧毒农药对硫磷的MIPs电化学传感器，对实际样品的检测结果与H PLC完全吻合。4．4 膜分离

利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。分子印迹膜(MIM)是一种结合了微滤膜的微孔筛分作用和分子印迹特异性吸附能力的膜。MIM 能传输特定的目标分子，可将膜分离的可连续化操作特点与MIT相结合，具有处理量大、选择性高的优点，是目前最有应用前景的一种膜技术。马秀玲[11]等以柚皮苷为印迹分子，在水相中制备了柚皮苷分子印迹壳聚糖膜。膜的渗透实验表明，在水相中，该MIM能有效地从新橙皮苷和柚皮苷的混合液中分离出柚皮苷，选择透过率为11.16 ％。

5 展望

分子印迹技术作为新兴技术，近年来受到了研究人员的普遍关注，我国在各级别科研计划立项支持，其中涵盖了从分子印迹技术的基础理论研究到传感器的开发与应用．目前，分子印迹技术在蛋白质等生物大分子印迹聚合物的制备中仍存在很多问题；功能单、交联剂种类较少也限制了分子印迹技术的应用．分子印迹技术虽然仍处于实验室阶段，但利用此项技术构建检测方法，开发廉价、稳定、操作简便的传感器，是实现食品快速分析的有效途径之一，具有巨大的科研价值和商业潜力．

参考文献：

[1] ANDERSSON H S，KARLSSON J G ，PILETSKY S A ，et a1．Study of the Nature of Recognition in Molecularly Im printed Polymers，II [1]：Influence of Monomer—template Ratio and Sample Load on Retention and Selectivity [J]．Journal of ChromatgraphyA ，1999，848(1-2 )：39—49．

[2] WHITCOMBE M J，VULFSON E N．Im printed Polymers[J]．Advanced M aterials，2001，13(7)：467—478．

[3 ] MA TSUI J，OKADA M ，TSUROKA M ，et a1．Solid-phase Extraction of a Triazine Herbicide Using a Molecularly Imprinted Synthetic Receptor[J]．Anal ytical Communications，1997，34：85—87．

[4] HAGINAKA J，SANE H .Uniform-Sized Molecularly Imprinted Polym ers for 2-A rylpropionic Acid Deri vatives Selectively Modified with H ydrophilic

External Layer and Their Applications to Direct Serum Injection Analysis J J．Analytical Che istry，2000，72(21)：5206—5210．

[5] DHAL P K，VIDVASANKAR S，ARNOD F H ．Surface Grafting of Functional Polymers to Macroporous Poly (trimethylolplopane trimethacrylate)[J]．Chemistry of Materials，1995，7 (1)：154-162

[6] 戴晴，¨千妍，包学伟，等．苏丹红1 分子印迹聚合物的制备及其

性能评价l Jll色，2009，27(6)：764～768

[7] 李志伟，刘佳，霍云霞，等．分子印迹整体柱十测定奶制品一

的二聚氰胺[JI．食品科学，2010，3l(12)：203—205

[8] Caeho C，Schweitz L ,Turiel E，et a1．Molecularly imprinted capillary electroc hromatography for selective determination of thiabendazole in citrus sam ples[J]．J Chrcmatogr A ，2008，1179(2)：216—223

[9] 刘晓芳，姚冰，刘国艳等检测猪肉中地两泮的分子印迹仿生传感器的研制[J ]分析化学，2010，38(5)：683—687

[10] Li C，Wang C，Guan B，et a1．Electrochemical sensor for the determination of parathion based on p-tert-butylcalix [6]arene-1,4-crown -4 sol-gel film and its characterization by electrochem ical methods[J]．Sens Actuators B，2005，l 07(1)：41l-4l7

[l1] 马秀玲，陈日耀，郑曦等柚皮苷分子印迹膜的水相制备与识别[J]．高分子学报，2010(4)：416-422