分子印迹聚合物 翻译文献.doc
分子印迹聚合物
摘要:分子印迹技术是制备对特定目标分子具有特异性识别能力的高分子材料的技术，所制备的高分子材料被称为分子印迹聚合物.分子印迹聚合物因具有预定性、识别性和实用性三大优点己]’一泛应用于分离、模拟抗体与受体、催化剂以及仿生传感器等方面和领域，显示出了]’一泛的应用前景.作者对分子印迹技术的发展历史、基木原理、分类、应用现状以及一些新的研究热点进行了综述.关键词:分子印迹技术;分子印迹聚合物;研究进展1分子印迹技术的基本原理分子印迹是制备对特定目标分子具有特异性识别能力的高分子材料的过程，目标分子又叫作模板分子或者印迹分子.分子印迹技术则是指为了获得在空间和结合位点上与目标分子相匹配的高分子材料的制备技术川.分子印迹聚合物的制备过程一般包括三个过程:cm首先根据模板分子选择合适的功能单体，并在致孔溶剂中使功能单体与模板分子通过两者官能团之间的相互作用(包括共价、氢键及其他一些弱作用)形成某种可逆复合物;(2)加入交联剂，在引发剂的作用下引发单体进行光聚合或热聚合，将模板分子与功能单体形成的可逆复合物“冻结”起来，使得模板分子被包埋在所形成的刚性高分子材料内;(3)采用物理或化学的方法将模板分子从高分子材料中洗脱出来，在模板分子所占据的空间位置和结构处遗留下来一个三维孔穴，该孔穴在尺寸、形状和结构方而与模板分子相匹配，同时由于功能单体具有与模板分子官能团互补的功能性官能团，因此所合成的分子印迹聚合物能够特异性的与模板分子进行识别和结合(见图1).因为分子印迹聚合物是根据模板分子“量身定做”的，因此分子印迹聚合物对模板分子(或结构类似物)具有较高的特异性识别能力，这种识别类似于生物学中酶和底物之间的相互作用，并且这种识别能力可以和(单克隆)抗体相媲美，分子印迹聚合物被MOSBACH教授形象地称为“塑料抗体”。
2分子印迹技术的分类按照功能单体与模板分子之间结合方式以及作用力的不同，分子印迹技术分为预组装法和自组装法两种(图2)，在两者的基础上又衍生出了结合两种基本方法特点的结合法.2.i预组装法(又名共价法)在预组装法中，模板分子以可逆共价键的形式与功能单体结合并形成相应的复合物，复合物与交联剂交联聚合形成相应的高分子聚合物，最后通过化学方法使可逆共价键断裂而除去模板分子并得到相应的分子印迹聚合物.预组装法的优点是分子印迹聚合中的结合基团空间位置上精确固定并排列，使得所制备的分子印迹聚合物对目标化合物的结合力较强，专一性较高.其缺点是由于共价键作用较强，在分子识别和再生过程中结合和解离速度较慢，达到热力学平衡所需时间较长，不适于快速识别与分析.到目前为{卜，采用预组装的方法，研究人员己经成功制备腺A}吟、芳香化合物、糖类及其衍生物的分子印迹聚合物。
3.分子印迹聚合物的设计与制备
第20卷第3期高分子材料科学与工程Vo l.20,N o.3 2004年5月POLYM ER M AT ERIALS SCIENCE AND ENGINEERING M ay2004分子印迹聚合物的设计与制备姜忠义(天津大学化工学院,天津300072)摘要:对分子印迹聚合物的设计、制备及其特性以及分子印迹技术的未来发展方向进行简要评述。
过程及方法:概述了分子印迹技术的原理和特点,重点介绍了分子印迹聚合物的制备和特性,最后分析了分子印迹技术目前存在的一些突出问题。
结果及应用范围:作为一种制备具有亲和性和选择性高、稳定性好的分子印迹聚合物的技术,分子印迹以其简便、通用和高效等特点吸引了研究者的广泛兴趣。
分子印迹聚合物在分离分析、仿生传感器和模拟酶催化等领域将具有重要的应用前景。
关键词:分子印迹;分子印迹聚合物;设计;制备;特性中图分类号:T B381 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2004)03-0025-04 受Fischer的酶-底物相互作用的“锁和钥匙”、Pauling的抗体生物合成理论以及Dickey 的“特异性吸附”理论的启发,Wulff[1]和M os-bach[2]等在20世纪70年代初期建立了现代分子印迹技术(M IT),并陆续进行了一系列开拓性的研究工作。
作为一种制备具有亲和性和选择性高、稳定性好的分子印迹聚合物的技术,分子印迹以其简便、通用和高效等特点吸引了研究者的广泛兴趣。
分子印迹聚合物(M IP)在分离分析[3,4]、仿生传感器[5～8]和模拟酶催化[9～11]等方面将具有重要的应用前景[12]。
1 分子印迹的原理和特点[13]分子印迹技术是将要分离的目标分子与交联剂在聚合物单体溶液中进行聚合制备得到固体介质,然后通过物理或化学手段除去介质中的目标分子,便得到“印迹”下目标分子的空间结构的分子印迹聚合物。
由此可见,分子印迹属于超分子研究范畴。
目前,根据印迹分子与分子印迹聚合物在聚合过程中相互作用的机理不同,分子印迹技术分为两种基本类型:(1)共价法,也称预组织法。
分子印迹聚合物及其应用_苏杰
第22卷第6期2008年11月山东理工大学学报(自然科学版)Journal of Shandong University of Technology (Natural Science Edition )Vol.22No.6Nov.2008收稿日期:2008208229基金项目:国家海洋局青年海洋科学基金资助项目(2007601)作者简介:苏 杰(19822),女,硕士研究生.文章编号:1672-6197(2008)06-0090-06分子印迹聚合物及其应用苏 杰1,尹晓斐2(1.中国海洋大学经济学院,山东青岛266071;2.国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266061)摘 要:分子印迹作为制备对某一特定的分子(印迹分子或模板分子)具有特异性识别的聚合物的过程,在分离分析、仿生传感器和模拟酶催化等方面具有重要的应用前景.介绍了分子印迹聚合物的基本原理、制备和特性,以及分子印迹技术的应用及发展趋势.关键词:分子印迹;分子印迹聚合物;制备方法;发展趋势中图分类号:Q932331文献标识码:AMolecular imprinted polymer (MIP)and its applicationSU Jie1,YIN Xiao 2fei2(1.School of Economics ,Ocean University of China ,Qingdao 266071,China ;2.First Institute of Oceanography ,State Oceanic Administration ,Qingdao 266061,China )Abstract :As a preparation process for t he polymer wit h f unction of identifying a specific mole 2cule (imp rinting molecule or template molecule ),molecular imp rinting has important applications in separation analysis ,simulation and biomimetic sensors ,and ot her aspect s such as enzymatic catalysis.This paper introduced basic p rinciples ,p reparetion met hod and characteristies of mo 2lecular imp rinted polymer (M IP ),and also t he application and develop ment t rends of molecular imp rinting technology.K ey w ords :molecule imp rinting ;molecule imp rinting polymer ;preparation ;develop ment t rends1 分子印迹聚合物的来源以及发展历程分子印迹聚合物(molecularly imp rinted poly 2mers ,M IPs )是一种人工合成的具有分子识别能力的新型高分子材料,其最大特点是对目标分子具有预定的选择性.分子印迹的出现直接源于免疫学的发展,早在20世纪40年代,著名的诺贝尔奖获得者Pauling 就提出了以抗原为模板来合成抗体的理论[1]:(1)生物体所释放的物质与外来物质有相应的结合位点;(2)该结合位点与外来物质在空间结构上相互匹配.该理论为分子印迹的发展奠定了理论基础,同时也激发了人们以抗原为模板进行分子自组装合成抗体模拟物的设想.虽然该理论后被“克隆选择理论”推翻,但其理论中所提出的结合位点和空间匹配的观点却成为分子印迹的基本思想.20世纪70年代,Wulff 等[223]首次成功制备出对糖类化合物有较高选择的共价型分子印迹聚合物.1993年Mosbach 等在Nature 上发表非共价型分子印迹聚合物合成及其仿生免疫分析应用的文章后[4],分子印迹聚合物的研究引起了许多学者的关注.2 分子印迹的基本原理在生物体系中,分子复合物通常通过非共价键相互作用(如氢键作用、范德华力、静电作用、疏水作用、亲水作用、(-(作用)而形成.由Pauling抗体形成理论出发,分子印迹是通过以下方法实现的:(1)在适当介质中,具有适当功能基团的功能单体通过与模板分子间的相互作用聚集在模板分子周围,形成稳定的复合物;(2)复合物与过量的交联剂形成聚合物材料,从而使功能单体上的功能基团在特定的空间取向上固定下来;(3)通过一定的化学方法将模板分子脱除,在聚合物材料中就形成了在三维空间大小、形状以及功能配基都与模板分子互补的分子印迹微腔.该分子印迹微腔使分子印迹聚合物具有天然抗体最重要的特征———分子识别.a.功能单体;b.交联剂;c.模板分子;1.功能单体与模板分子形成复合物;2.功能单体与交联剂发生共聚;3.在聚合反应进行中,一个不溶性的,高度交联的高分子网络围绕着模板分子形成;4.除去模板分子的同时得到一个对模板分子特异性识别能力的结合位点.图1 典型的分子印迹聚合物制备技术 由于分子印迹聚合物是根据特定印迹分子“量身定做”的,所以建立在分子印迹聚合物基础上的仿生识别可以和单克隆抗体相媲美,故Mosbach教授将分子印迹聚合物诙谐的称为“塑料抗体”(plasticantibody).由于使用不同的印迹分子制备的分子印迹聚合物具有不同的结构和性质,所以一种印迹聚合物只能与一种分子结合,类似于“锁”和“钥匙”,对印迹分子有相当高的专一选择性.因此,分子印迹通常又被人们形象的描述为制造识别“分子钥匙”的人工“锁”技术.3 分子印迹聚合物的特点Wulff[5]认为一种理想的分子印迹聚合物应具有以下的性质:(1)聚合物的结构应具有一定的刚性以保证印迹孔穴的空间构型和互补官能团的定位;(2)聚合物空间结构应具有一定的柔韧性以确保动力学平衡尽快达到;(3)具有亲和位点的可接近性,以提高分子识别过程的效率;(4)具有机械稳定性,以使分子印迹聚合物可以在高压下应用;(5)具有热稳定性,以便在高温环境下使用.分子印迹聚合物之所以发展如此迅速,主要是因为它有三大特点[6]:(1)构效预定性(p redetermi2nation).即模板分子和功能单体形成的这种自组装结构是在聚合之前预定形成的,所以人们可以按照自己的目的制备不同的分子印迹聚合物,以满足各种不同的需要;(2)特异识别性(specific recogni2tion).即分子印迹聚合物是按照印迹分子定做的,它具有能识别该印迹分子的特定的识别空腔和识别位点,可专一的识别印迹分子.(3)广泛实用性(p racticability).即它可以与天然的生物分子识别系统如酶与底物、抗体与抗原、受体与激素相比拟,但由于它是由化学合成的方法制备的,因此又有天然分子识别系统所不具备的抗恶劣环境的能力,从而表现出高度的稳定性和长的使用寿命;同时分子印迹聚合物可以识别免疫抑制性分子和剧毒化合物.分子印迹聚合物制备成本低是分子印迹技术的另一优点.与蛋白质分子识别系统和合成手性识别系统相比,制备分子印迹聚合物的成本是相当低的,而且印迹分子可以回收、重复使用.所有这些优点表明,分子印迹聚合物具有非常诱人的发展前景.4 分子印迹聚合物的合成方法按照单体与模板分子结合方式不同,分子印迹主要可以分为预组织法和自组装法两种基本方法(图2).4.1 预组织法合成分子印迹聚合物预组织法(preorganization)又称共价法,主要由Wulff[7]及其同事创立.在此方法中,印迹分子先通过共价键与功能单体相结合,形成单体-模板分子复合物,然后加入交联剂交联聚合,聚合后再通过化学方法使共价键断裂而去除印迹分子.19第6期 苏 杰,等:分子印迹聚合物及其应用图2 预组装法和自组装法示意图 一般来说,共价键作用较强,在分子识别过程中结合和解离速度慢,难以达到热力学平衡,不适于快速识别,且识别能力与生物识别相差太远,制备条件苛刻且价格昂贵,近年来这种制备方法发展缓慢.共价键作用的优点是在聚合反应中能获得在空间上精确固定排列的结合基团.若能将绝大多数的印迹分子除去,则是一类很好的功能材料.对用于催化剂的聚合物来说,其内部结合基团的方向和空穴中起催化作用的活性基团极为重要,此情况下共价键结合作用较为有利.4.2 自组装法合成分子印迹聚合物在制备分子印迹聚合物的过程中,印迹分子与功能单体首先通过一种或几种非共价键作用自组装成具有多点相互作用和确定关系的复合物,再加入交联剂和引发剂,聚合后这种相互作用被固定下来,然后通过淋洗除去印迹分子,如此就可以得到分子印迹聚合物.该方法灵活方便,制备过程简单,仅仅将各成分混合后就可直接聚合,适用范围广泛,因为非共价键相互作用力较弱,在温和条件下就可以除去印迹分子,底物的结合和解离平衡也可以较快达到,相对于共价法的印迹聚合物来说,更适合做高效液相系统中的固定相或者传感器.聚合反应后可除去绝大部分未反应的化合物,分子印迹聚合物对印迹分子就具有较高的结合选择性.但这种印迹过程也存在缺点,比如印迹分子与功能单体的化学计量数比难以确定.由于非共价的分子间作用力较弱,在聚合反应时常常需要加入过量的功能单体,这会在萃取时造成较严重的非特异性吸附,从而降低萃取选择性[8].常见的非共价键作用有:氢键、静电力、疏水作用等.使用较多的是氢键,如果只有单一氢键作用,其识别效果不佳,但是在印迹过程中多重氢键或氢键和其他的非共价键共同作用时,分子印迹聚合物就会具有很好的识别性[9-12].4.3 其它合成方法除了以上两类基本类型外,另外还有一种技术综合了二者,即聚合时单体与印迹分子间作用力是共价键,而在对印迹分子的识别过程中,二者的作用是非共价的.Whitecomb等人[13]综合了共价和非共价分子印迹技术和优点创建了一种新的分子印迹技术.模板分子同聚合物单体以共价键作用,洗脱时发生水解反应,失去一个CO2分子,则得到分子印迹聚合物.这种聚合物在以后的分离应用过程中则是以非共价键的方式同模板分子再结合.因而,既具有共价分子印迹聚合物亲和专一性强的优点又具有非共价分子印迹聚合物操作条件温和的优点.5 分子印迹聚合物的应用5.1 分子印迹聚合物在固相萃取中应用固相萃取(Solid-Phase Ext raction,简称SPE)是从溶液中萃取和分离分析物的一种技术,始于20世纪70年代,是作为补充或取代液-液萃取而发展起来的[14].固相萃取由于具有回收率和富集倍数高、有机溶剂用量少、对环境友好、无相分离操作、易于收集组分、能处理小体积试样、操作简单和易于实现自动化等优点,目前已成为最常用的样品前处理方法之一,已有许多固相萃取方法被颁布为标准方法[15].分子印迹聚合物是人工合成的聚合物,其对特定分子具有特异的选择性.不难推断,以分子印迹聚合物作为固相萃取吸附剂必可提高萃取选择性.因此分子印迹固相萃取已成为固相萃取研究的热点之29山东理工大学学报(自然科学版)2008年 一.1994年,Sellergren[16]首次报道了将分子印迹聚合物应用于固相萃取.近年来该方面的报道逐渐多了起来[17-19].到目前为止,分子印迹聚合物-SPE主要还是用于小分子的分离分析,对于这些化合物,与采用抗体为基础的亲和色谱分离效果相似.作为固相萃取固定相的分子印迹聚合物,除了高度的选择性和制备简单的优点外,在有机溶剂中良好的相容性使得分子印迹聚合物-SPE在对疏水性物质的分离中具有独特的优点.分子印迹聚合物虽然极大提高了固相萃取的选择性,但是仍然存在不足之处,比如:识别能力受溶剂的影响大、传质效率低、萃取的种类有限等等,有待今后的进一步研究.5.2 分子印迹聚合物在传感器方面的应用传感器在医药、化工、生物技术、环境污染监控等领域都有广泛的应用.近年来,生物传感器以其高灵敏度和高选择性引起了广泛的关注,但由于其采用的是生物识别元件(抗体、酶等),具有难于存储和不稳定的缺点,限制了生物传感器的大规模的应用.分子印迹聚合物作为一种有效的人工识别元件,已被尝试用于传感器分析.通常用分子印迹聚合物作为传感器的识别元件固定在传感器与被分析物的界面.被分析物在识别元件上的吸附经过传感器变为电讯号再放大.此信号与被分析物的浓度有关系.根据转换器的测量原理不同,传感器可以分为电化学式(包括电位型、电导型、电流型)、光学式、质量式和热学式.目前,分子印迹聚合物主要应用于前三类传感器中.分子印迹聚合物传感器研究的综述论文可参考Mo sabch[20].由于分子印迹聚合物的识别性能不受酸、碱、热以及有机试剂等各种环境因素的影响,因此,分子印迹聚合物传感器兼具有生物传感器和化学传感器的优点,可能是未来传感器的重要发展方向之一.5.3 分子印迹聚合物用作色谱固定相近年来,药物和药物中间体分子对映体纯度和组分的分析检测受到了广泛的关注,原因在于对手性药物而言,往往是一种异构体有药效,而其对映体药效很低或没有药效,有的甚至能引起严重的毒副作用.因此开发一种可靠、灵敏而又快速的手性化合物对映体的分析定性方法具有良好的应用价值和实际意义.采用分子印迹技术合成仿生高分子材料,即分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymers, M IPs),并将其应用于手性分子识别的研究正逐渐受到人们的重视[21-23].MIPs最广泛的研究领域之一是利用它的特异识别性去分离混合物.其使用的印迹分子范围广阔,无论是小分子(氨基酸、药品和碳氢化合物),还是大分子(如蛋白质),都已经被用于各种印迹技术中,并用于HPL C、TL C和CE分离中,其突出优点是可预测洗脱顺序[24].自从Wulff等[25]首先把分子印迹聚合物作为HPL C的固定相拆分模板分子α-D-甘露吡喃糖苯苷的外消旋体以来,分子印迹聚合物作为色谱固定相已广泛应用于各种外消旋体的拆分.此外在非手性分子的识别分离方面也有了新的进展.其它以睾丸酮[26]、胆固醇[27]、唾液酸[28]等作为模板分子,制备分子印迹聚合物作为色谱固定相的报道也已经出现.6 分子印迹聚合物领域目前的研究热点6.1 表面分子印迹聚合物最早期分子印迹聚合物的制备方法是本体聚合.它是将功能单体、交联剂、模板分子加入溶液中,进行聚合反应.反应完毕后,干燥聚合物,将其研磨、破碎、筛分得到一定粒径的分子印迹聚合物,最后洗脱除去模板分子.此法简便、直接,但得到的聚合物颗粒较大,不够均匀,且存在着模板分子包埋过深或过紧而无法洗脱下来的问题,导致模板分子“包埋”和模板分子泄漏的现象.为了克服上述缺点,表面分子印迹聚合物的合成在近年受到越来越多的重视.表面分子印迹聚合的合成方法是将模板分子固定在载体表面,然后在这载体表面引入功能单体和交联剂进行聚合反应,反应完毕后通过化学方法将载体溶解,并洗去模板分子,这样就得到印迹位点仅仅分布于表面或非常接近表面的表面分子印迹聚合物.表面分子印迹聚合物具有印迹位点高度可接近性、与目标分子结合传质速度快、降低“包埋”现象等优点.Mo sbach[29]和他的同事们介绍了一种合成表面印迹聚合物的方法[30],这种方法先将所印迹的分子固定在多孔二氧化硅小球的表面,然后在孔中填入功能单体和交联剂的混合物,使功能单体和固定的印迹分子发生作用,并引发聚合反应.在聚合反应完成后,用化学的方法去除二氧化硅和印迹分子,从而只剩下表面带有识别位点的多孔表面分子印迹聚合物.Rat ner提出了将蛋白质吸附在亲水的云母表面,然后将一个二糖类分子薄层覆盖在吸附的蛋白39第6期 苏 杰,等:分子印迹聚合物及其应用质上,一经干燥,该糖层便通过大量的氢键与蛋白质络合.随后将一个平坦的含氟聚合物薄膜通过发光放电等离子体与糖分子交联而沉积.接着去除云母并溶解蛋白质,最终形成一种多糖覆盖的、具有蛋白质形状的纳米凹坑[31].6.2 分子印迹聚合物材料纳米结构的合成分子印迹聚合物纳米结构的合成越来越成为当今热点.虽然在纳米结构的分子印迹聚合物中,模板分子仍然是包埋在分子印迹聚合物的交联网状结构中,但是如果这种分子印迹聚合物纳米结构具有超细、超薄尺寸(小于20nm),那么模板分子在洗脱过程中所需的扩散距离就很小,同时印迹位点也具有很高的可接近性.因此这种纳米结构可显著改善分子印迹聚合物的动力学性质.目前形成分子印迹聚合物纳米结构的主要方法包括,旋涂法[32]、电聚合法[33]、化学覆盖法[34]、接枝共聚法[35236]、乳液聚合法[37]、多步溶胀聚合法[38]等.近年来Husso n和Yang等分别提出了利用表面引发活性可控自由基聚合技术合成分子印迹材料纳米结构的新方法.该方法比前述的方法具有更好的广泛性,可以实现多种分子印迹材料纳米结构的合成[39-41].7 结束语目前.分子印迹技术仍然存在许多问题有待于进一步解决.首先是分子印迹过程和分子识别过程的机理和表征问题.尽管有不少研究者在这方面作过努力,但结合位点的作用机理、聚合物的形态和传质机理仍然不够清楚[42].如何从分子水平上更好地理解分子印迹过程和识别过程,仍需开展大量工作.其次,目前使用的功能单体、交联剂和聚合方法都有很大的经验性质和局限性.具体表现在:功能单体的种类太少以至于不能满足某些分子识别的要求.这就使得分子印迹技术远远不能满足实际应用的需要;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的分子识别系统大多是在水溶液中进行的;目前能用于分子印迹的大多是小分子,而有关大分子的报道的成功实例较少.可以相信,随着化学、生命科学、材料科学和分析技术等的不断发展,分子印迹技术将会在化学及其相关领域得到日益广泛的应用[43-44].参考文献:[1]Linus P.A t heory of t he structure and process of formation ofantibodies[J].J.Am.Chem.Soc.,1940,62:264322657. 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壳聚糖基分子印迹聚合物英文
壳聚糖基分子印迹聚合物英文English:"Molecularly imprinted polymers (MIPs) based on chitosan have gained significant attention due to their versatility and biocompatibility. Chitosan, a natural polysaccharide derived from chitin, possesses unique properties such as biodegradability, non-toxicity, and antimicrobial activity, making it an excellent choice for molecular imprinting. In the synthesis of chitosan-based MIPs, the template molecules are selectively bound within the polymer matrix through non-covalent interactions such as hydrogen bonding, electrostatic interactions, and van der Waals forces. Subsequent removal of the template leaves behind specific recognition sites that can selectively bind the target analyte with high affinity and specificity. This molecular recognition capability renders chitosan-based MIPs useful in various applications including separation science, drug delivery, biosensors, and environmental monitoring. Moreover, the tunable physicochemical properties of chitosan and the ease of fabrication make it feasible to tailor the performance of MIPs for specific applications. Overall, chitosan-based MIPs representa promising class of biomimetic materials with wide-ranging potential in diverse fields."中文翻译:"基于壳聚糖的分子印迹聚合物(MIPs)因其多功能性和生物相容性而受到重视。
(完整word版)分子印迹技术-1
分子印迹技术分子印迹，又称分子烙印（molecular imprinting），属超分子化学范畴，是源于高分子化学，生物化学，材料科学等学科的一门交叉学科。
分子印迹技术（molecular imprinting technique, MIT）是指制备对某一特定的目标分子（模板分子，印迹分子或烙印分子）具有特异选择性的聚合物的过程。
它可以被形象地描绘为制造识别“分子钥匙”的“人工锁”的技术。
分子识别在生物进化中起着特别重要的作用，是从分子水平研究生物现象的重要化学概念，已成为当今研究的热点课题之一。
选择性是分子识别的重要特征。
人们利用一些天然花合屋如环糊精，或合成化合物如冠醚，杯芳烃和金刚烷等模拟生物体系进行分子识别研究，取得了一些可惜的进展，一定意义上构成了分子印迹技术的雏形。
分子印迹技术的出现直接来源于免疫学的发展，早在20世纪30年代，Breinl,Haurowitz和Mudd就相继提出了一种当抗体侵入时生物体产生抗体的理论。
后来在20世纪40年代，由著名诺贝尔奖获得者Pauling对上述理论做了进一步的阐述，并提出了以抗原为模板来合成抗体的理论。
该理论认为：抗原物质进入机体后，蛋白质或多肽链以抗原为模板进行分子自组装和折叠形成抗体。
虽然Pauling的理论被后来的“克隆选择理论”所推翻，但是在他的理论中仍有两点具有一定的合理性，也为分子印迹的发展奠定了一定的理论基础，同时激发了人们以抗原或待测物为模板合成抗体模拟物的设想；（1）生物体所释放的物质与外来物质在空间上相互匹配。
1949年，Dickey首先提出了“专一性吸附”这一概念，实际上可以视为“分子印迹”的萌芽，但在很长一段时间内没有引起人们足够的重视。
直到1972年由德国Heinrich Heine大学的Wulff研究小组首次报道了人工合成分子印迹聚合物之后，这项技术才逐步为人们所认识。
特别是1993年瑞典Lund大学的Mosbach等在《Nature》上发表有关茶碱分子印迹聚合物（molecularly imprinted polymers,MIPs）的研究报道后，分子印迹技术得到了蓬勃的发展。
分子印迹聚合物
分子印迹聚合物的制备方法及展望摘要：本文主要介绍了分子印迹聚合物的原理以及分子印迹聚合物的制备技术，并展望了分子印迹聚合物的发展前景。
关键字：分子印迹；分子印迹聚合物；制备技术分子印迹技术(molecular imprinting technique ，MIT) 又称分子烙印，是将高分子科学、材料科学、生物化学、化学工程等学科有机结合在一起，为获得在空间结构和结合位点上与模板分子完全匹配的聚合物(即分子印迹聚合物，molecular imprinting polymer ，MIP) 的一种新型实验制备技术。
1、分子印迹的基本原理由Pauling理论出发，当模板分子与聚合物单体接触时应尽可能的与单体形成多重作用点，如果通过聚合，这种作用会被固定下来，当模板分子被除去后，聚合物中就形成了与模板分子空间匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴对模板分子具有选择性，这就是分子印迹的原理。
分子的印迹过程可由下列三步所组成：（1）在功能单体[1]和模板分子之间制备出共价的配合物，或形成非共价的加成产物[2]。
（2）对这种单体-模板配合物（或加成物）进行聚合。
（3）将模板分子从聚合物中除去。
分子印迹技术是20 世纪末出现的一种高选择性分离技术，通过印迹、聚合、去除印迹分子三步制备分子印迹聚合物（MIPs）[3]，以其特定的分离机理而具有极高的选择性，可以作为高度专一的固相萃取材料。
2、分子印迹聚合物制备研究进展近年来，分子印迹技术受到了人们越来越多的关注，分子印迹聚合物的制备研究获得了很大的发展。
分子印迹聚合物的制备方法大致有：本体聚合、原位聚合、悬浮聚合、乳液聚合、溶胀聚合，表面聚合[4]。
2.1本体聚合[5]在早期大都分都采用本体聚合法制备MIPs，即把印迹分子、功能单体、交联剂和引发剂按一定比例溶于惰性溶剂，密封在一个真空的安培管中，经聚合制得棒状聚合物，经粉碎、过筛、洗脱等得到所需粒状MIPs。
邓茜珊等[6]采用分子印迹方法，以橙皮素为模板分子，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，本体聚合方式制备了橙皮素分子印迹聚合物。
分子印迹聚合物论文：分子印迹聚合物芹菜素固相萃取吸附特性高效液相色谱
分子印迹聚合物论文：分子印迹聚合物芹菜素固相萃取吸附特性高效液相色谱【中文摘要】分子印迹技术是以目标分子为模板分子,加入交联剂,使得功能单体与模板分子进行聚合反应,反应完成后将模板分子洗脱除去,获得对模板分子具有高度选择性的一种交联高聚物,这种交联高聚物称为分子印迹聚合物(Molecular Imprinting Polymers,MIPs)。
因其卓越的识别性和选择性被广泛应用于环境、药物、化工、食品卫生等众多领域,近年来在天然产物活性成分分离中的应用也越来越受到人们的关注。
1.采用本体聚合法合成芹菜素(Apigenin,API)分子印迹聚合物,优化其制备工艺条件,发现以a-甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂,四氢呋喃:丙酮(V/V, 8:2)为致孔剂制得的印迹聚合物对底物有很好的选择性,得到最佳的聚合配比为n(API):n(MAA):n(EDMA)=1:8:70,在此基础上研究了模板聚合物的结合动力学、吸附热力学和选择特性,Scatchard方程分析得在研究的浓度范围内形成了二类不同的结合位点,经计算其平衡离解常数分别为6.60×10-5和1.74×10-4mol/L,对模板分子的最大表观结合量分别12.90和28.30umol/g。
吸附动力学方程式可用Lagergren二级速率方程表示,并且吸附速率常数随着温度的升高而增大。
等温吸附规律可用Freundlich方程表示,适当地升高温度有利于吸附,吸附过程为熵驱动的吸热、熵增的自发过程,属物理吸附范畴。
2.西芹和本芹的叶片与叶柄经甲醇回流提取,高效液相色谱(HPLC)分析知西芹叶片、叶柄中芹菜素的含量分别为8.635mg/100g、1.348mg/100g,本芹叶片、叶柄中芹菜素的含量分别为1.734mg/100g、0.567mg/100g。
采用回流、索式、超声三种提取方法对西芹叶片中芹菜素进行提取,比较不同的提取方法对提取物中芹菜素含量的影响,结果发现,经超声提取的西芹叶片中芹菜素含量为9.316mg/100g,提取效率明显高于其它两种方法。
分子印迹聚合物的研究
MIPs的制备方法 的制备方法
• 1. 2 原位聚合 • 在色谱柱内直接聚合制得连续型棒状MIP。 在色谱柱内直接聚合制得连续型棒状 。 此法较简单,且制得的 且制得的MIP 具有连续性、均 具有连续性、 此法较简单 且制得的 一性的特点,从而得到较好的分离效果 从而得到较好的分离效果。 一性的特点 从而得到较好的分离效果。
1. MIPs在手性药物分离方面的应用 在手性药物分离方面的应用
1.1 概述 1.2 分子印迹手性识别机理 1.3 手性药物分离 手性药物分离MIPs的应用 的应用 1.4 聚合物结构表征 1.5 结论与展望
1.1 概述
目前世界临床使用的合成药物中,手性药 目前世界临床使用的合成药物中 手性药 物占40 物占 % ,而87 %以上的手性药物是以外消 而 以上的手性药物是以外消 旋体的形式出售的。 旋体的形式出售的。随着对手性药物药理活 性研究的不断深入,人们已经开始重视手性药 性研究的不断深入 人们已经开始重视手性药 物对映体生理作用和代谢过程的差别。 物对映体生理作用和代谢过程的差别。 1992 年,美国食品与药物管理 美国食品与药物管理(FDA) 要求今 美国食品与药物管理 后凡是新的光学活性药物都必须把光学异构 体分离出来,分别测定其药物动力学和毒理学 体分离出来 分别测定其药物动力学和毒理学 的各项指标,这就给分离对映异构体技术提出 的各项指标 这就给分离对映异构体技术提出 了新的要求。 了新的要求。
1.2 分子印迹手性识别原理
对于分子印迹聚合物的手性识别机 本质上是由于MIPs 与印迹分子空间 理, 本质上是由于 结构和化学基团的相互匹配而产生。 结构和化学基团的相互匹配而产生。若 在MIPs 的合成过程中以对映体的一种异 构体作为印迹分子, 则该MIPs 只对作为 构体作为印迹分子 则该 印迹分子的异构体有选择性, 印迹分子的异构体有选择性 从而以预测 手性对映体的出峰顺序来 进行识别和分 离。
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分子印迹技术的研究进展及发展前景摘要：如今分子印迹技术发展十分迅猛。
本文总结了该技术目前的研究现状,并展望了分子印迹技术未来的发展趋势。
关键词：聚合物，分子印迹，模板，分子识别1．引言分子印迹技术60多年以来发展很快，特别是过去五年里，人们对这一领域的兴趣激增，并且据估计全球有超过100个与此相关的学术和工业研究小组。
目前，有500多篇关于分子印迹技术研究的文章和综述公开发表，并且有相当多的专利已被申请。
直到现在，每年相关文章的发表已不是以前的用少数可计算的了。
但是，随着有机聚合物作为二氧化硅基质的另一选择的引入以及非共价方法的广泛应用，其发表率更是狂飙（如表一）。
1997年就有近80篇文章发表，并且当年召开了第一次关于分子印迹技术的专门研讨会并成立了分子印迹技术协会（SMI）。
1998年这种趋势继续延续着。
分子印迹技术在许多优秀的文章中已有深入讨论，ACS也有专题文献。
本文目的不是重述此技术，而是为读者提供最新的研究情况。
文章后部分主要介绍该技术研究现状以及今后将遇到的挑战和潜在的应用领域。
图1 以年为变量的分子印迹出版物量（来源：分子印迹科学）。
（1998年的数据为估计值）。
2．分子印迹：艺术王国分子印迹技术是创造具有选择性分子识别功能的大分子模型的通用方法。
这些印迹分子简单，制备成本低，并且性质稳定。
如果通过合理的设计或从生物资源中获得，它们能够成为分子识别实体最理想的替代物或对应物，比如抗体。
如今，分子印迹聚合物主要应用于四个领域：（1）特异选择分离，（2）抗体结合模板，（3）酶模型和（4）生物模拟传感器。
这四个方向将继续成为人们研究的重点。
2.1 特异选择性分离目前，特异选择性分离是分子印迹聚合物最大的应用领域。
在这篇文章中，它是高效液相色谱法（HPLC）中的固定相，但它也有明显的缺陷：容纳力小以及结合位点不均匀。
高效液相色谱中固定相的应用是评价一种新的印迹协议有效性最方便的方法之一。
除了高效液相色谱法的应用，显然分子印迹聚合物作为具有选择性的固相分离媒介(SPE)也正在流行。
这很可能是我们将来看到其在商业领域的首个应用。
在特异选择性分离领域中的其他关键分支应用包括细胞膜和毛细管电泳（CE）。
2.2抗体结合模拟实验证明分子印迹聚合物与被分析物相比，在结合的选择性和强度上的优势是显而易见的。
甚至比抗体和抗原的效果更好。
在应用方面，这些模拟结合抗体提供了一个快速而又低廉的途径进入稳定而又强有力的分子识别模型。
它们预示着在不溶的情况下应用抗体这一技术成为可能，比如免疫亲和色谱法，免疫传感器和免疫分析。
现在一些相关的免疫分析研究已专注于发展新的试验模式，而不再依赖于放射性配体，如荧光和电化学试验。
2.3模拟酶许多致力于研究分子印迹技术的研究者们设想研制出一种模仿自然酶的活跃的印迹聚合物“塑料酶”。
这个重任当然需要投入大量的研究，并且就目前报道的结果来看，它也确实反映了这个事实。
一些不同的有机反应运用分子印迹聚合物作催化剂已成功反应，包括醛缩合，酯氧化，Diels-Alder反应和β-消去反应。
虽然分子印迹聚合物现在就增强催化速率而言还比不过催化酶，但是它们也有一些不同于酶的特性，比如能较好的溶于有机溶剂，并且耐高温。
因此，把它们作为酶的补充，比起作其替代物显得更有用，至少就目前来看是这样的。
2.4生物模拟传感器一段时间以来，人们多次尝试把印迹聚合物应用到生物传感器中去。
这种想法当然是为了取代“精细的”基于生物分子印迹聚合物的分子识别实体。
虽然生物传感器领域非常具有竞争力，但有一点我们可以相信分子印迹聚合物以其许多独特的优势也将极其具有竞争力。
分子印迹技术在实验规模显示出许多潜在的应用，但还没发现其有任何市场应用，也许这并不让人感到奇怪，毕竟这个技术还相当稚嫩。
3分子印迹技术现状在过去的一年左右，大部分发表的论文代表着在科技上的进步。
许多新的功能单体被引入，许多新的分子被印迹，但对于分子印迹过程中印迹机制的理解却没有更大的进步。
对于增长性前进这种判断多少有点主观，但我们乐于接受，人们对这事的看法，以前出现的论文有一些描述新的应用领域和一些新开发的可能的溶剂。
虽然在这篇文章范围内不可能对这些论文做出完全公正的评判，但我们精选了一些文献并且将介绍一些我们认为值得关注的论文。
3.1组合的物库残余虽然关联化学飞速发展，并且其对药剂研究有着巨大影响，但人们对于屏蔽大量生物活性的化合物的需要却没有日渐增加。
高输出的残余面临挑战，并且极有可能屏蔽数以千计的化合物。
在我们科研室我们运用分子印迹聚合物成功研制了一种屏蔽途径。
虽然这个工作处于初期阶段，我们依然相信这种方法在对很差的特征受体或已经证明很难净化的受体的初步筛选是很有用的。
我们运用高效液相色谱法，利用印迹聚合物筛选了12个结构类似的类固醇（Table1），这两种情况中11-α-羟基和皮质酮都属于物库中成员，并且我们发现印迹聚合物对它们自己的印迹分子比起其他结构相似的成员来说，结合得更紧密。
我们现在正拓展我们的研究到更大的化合物类别。
表一类固醇结构3.2 固相萃取和泄露问题在聚合化后，从印迹聚合物中100%提取出模板分子的困难早已被人们所知。
通常，百分之几（5%左右）的模板分子仍留在聚合物中。
直到现在，人们还普遍认为这一小部分模板将永久保留。
现今的工作显然都在证明其他的内容。
有可能发生并且确实发生过的事就是经过一段时间后，残留在聚合物距震中的模板分子会慢慢的泄露出来，甚至在聚合物提取之前就发生了。
这可能产生严重的连锁效应，即当印迹聚合物被用作固相萃取媒介时，其预浓缩效果很差。
这种泄露现象也日渐引起那些在制药行业对印迹聚合物感兴趣的人们的关注。
3.3便捷的合成在我们不断追求扩大适合于分子印迹标准的应用范围时，我们最近推出了两个在印迹领域新的概念：平衡转变和副产品去除。
这两个概念在任何有机或无机反应中都是很重要的。
它一方面能使产品产量最大化，另一方面能提高产品的纯度。
作为一个探索我们想法的模拟系统，我们选择了著名的α-天冬酰胺合成。
3.3.1平衡转变商业上，α-天冬酰胺是通过Z-保护酶凝结L-天冬氨酸与L-苯丙氨酸甲酯而制备的在这个过程中使用的酶是温控的。
α-天冬酰胺是在Z保护组从中介中移除后获得的。
如同所有的化学过程，这个酶冷凝是个平衡过程，根据Le的原理，我们相信我们只要引入印迹18的聚合物到酶反应中去，我们就能提高产物的产量。
这个聚合物充当产品陷阱。
我们发现当反应在印迹聚合物存在反应时，产品量从15%升到63%，这是一个不小的成就。
图2 α-天冬氨酸酶的合成3.3.2副产品去除在α-天冬酰胺的化学合成过程中，Z型保护L-天冬氨酸酐19是与L-苯丙氨酸甲酯17反应而生成Z-α-天冬酰胺18.但是，不像酶化过程，16中的酸酐环很容易在不同的位置被亲和攻击而使得在第一步合成中就产生副产物。
这个副产物，Z-β-天冬酰胺20是在这些粗产品混合物中量最少的，其中有一个典型的组成如下：Z-α-天冬酰胺，59%；Z-β-天冬酰胺,19%;Z-α天冬酰酸，22%。
聚合物被印迹了Z-β-天冬酰胺后被用作固相萃取的介质来纯化粗产物。
通过5次固相萃取去除副产物后，产品纯度从51%增加到96%。
在对照试验中使用非印迹聚合物的纯度只有86%。
在这些例子中显示，平衡转移和副产物去除都是我们预想的这两个新的可能应用领域。
我们相信，印迹聚合物一定会得到广泛使用，特别是它的低容量和结合位点不均匀的缺陷都将得到满意的解决。
图3 α-天冬氨酸的化学合成4分子印迹所面临的挑战分子印迹所面临的一些挑战已有较为完善的总结，并且其中一些挑战已略为提及。
容量，不均匀的结合位点和模板泄漏问题都至关重要。
关于结合位点的性质问题，聚合物形态和质量转变也相当重要。
总之，确定的是，在印迹领域达到分子水平对印迹过程有一个相当完善的理解是必须的。
这需要更多基础性研究。
与此同步，在应用研究中，新的功能单体，交联剂和聚合化过程也都有相当大的发展空间。
这两方面都将携手发展。
除了容量、不均匀的结合位点和模板泄露的问题外，另一个领域具有根本的重要性的是，在水中印迹。
一些研究组已显示，以水为媒介，分子印迹能在有机溶剂中成功进行，但却不能在极性介质中进行。
这依然是一个艰巨的挑战。
除了扩大印迹反应的溶剂范围外，更多的是需要延长模板的尺寸范围。
目前，仅有小分子（药物，氨基酸，农药等）能够被印迹。
稍大的模板像肽，蛋白质和细胞都能被印迹，但是这些报道相当少。
这一部分原因是常规的印迹方法通常是不能在这样的环境中进行的。
并且稍大的模板（比如蛋白质）有些脆，对于研究者们来说有些困难。
图 4 CAMP结合位点的简明示意图（羟乙基甲基丙烯酸酯（HEMA）为共聚用单体）5未来的发展毫无疑问的是分子印迹技术正处在快速发展的时期。
相关出版物的数量急剧增加就足以证明这个事实。
特别值得一提的是许多公司已经意识到应用这个技术的时机已经成熟了，当然是出于赚钱目的。
同样我们可以坚定地相信应用分子印迹技术制成产品只是个时间问题，它必将成为现实。
当然我们可以猜想第一个商业应用很有可能是，并且让我们毫不感到惊讶的是在固相萃取领域的应用。
其在传感器或催化剂的应用也是有可能的。
自从分子印迹被人们接受以后，印迹材料理论上已被认为可用于亲和分离了。
也许没有多久这将成为现实。
随着印迹过程被人们更多的了解并更多的能被人们所控制，其他一些方面的应用也将崭露头角。
比如说我们期待看到分子印迹在生物传感器和催化模拟方面取得巨大进步，毕竟现在它们还处于低迷状态。
分子印迹聚合物经常同抗体相提并论，并且有一个特别重要的长期目标是制备单克隆材料，即一种显示只有一个亲和常数的材料。
在同样的生物模拟静脉中，制备出每个仅含一个结合位点的印迹小颗粒，也是一种令人兴奋的可能性。
对于一种新的迄今无法想象的应用开发，这扇门它只为那些有足够创新和冒险精神的人而敞开着。
谁又知道未来将拥有什么呢？6结语总之，我们可以说分子印迹技术正处在发展的上升期。
越来越多的人们开始积极投身于这个领域的研究，不管是在科研还是在工业水平。
虽然还有许多难关有待我们去克服，但它确实有相当乐观的前景。
期待在不久的将来分子印迹聚合物将对市场应用做出巨大贡献。
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