[科普中国]-分子印迹技术

分子印迹技术（Molecular Imprinting Technology, MIT），即利用分子印迹聚合物（Molecular Imprinting Polymers, MIPs）模拟酶-底物或抗体-抗原之间的相互作用，对印迹分子（也称模板分子）进行专一识别的技术1。通俗地讲, 即定制具有特异性识别“钥匙(模 板)”的能力的“人锁”的技术2。由于该技术预定性、识别性和实用性的特点，使其在许多领域（如色谱分离、固相萃取、仿生传感、模拟酶催化、临床药物分析等方面）得到广泛应用3。

发展历史1931年，Polyakov制备了具有特异性吸附能力的硅胶,并首次提出“分子印迹”的概念6。1972年，Wulff采用“共价印迹法”成功制备出分子印迹有机聚合物材料，为分子印迹发展奠定了基础7。 1993年，Mosbach课题组开创性地采用“非共价印迹法”成功 制备了分子印迹聚合物材料8。1995年，Whitcombe课题组巧妙地将“共价印迹”和“非共价印迹”结合起 来,制备了“半共价”分子印迹聚合物材料9。1997年，分子印迹学会（Society for Molecular Imprinting, SIM）成立。从此，分子印迹技术飞速发展，由于其高度的专一性、稳定性以及可重复性等特点，逐渐成为了研究热点。

基本原理分子印迹技术主要包括三个阶段：

1）在功能单体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，功能单体和模板分子之间可通过共价联结或通过处于相近位置的非共价联结而相互结合3。

2）对这种单体-模板配合物进行聚合，配合物被冻结在高分子的三维网格内，而由功能单体所衍生的功能残基则按与模板互补方式而拓扑地布置于其中3。

3）将模板分子从聚合物中除去，于是在高聚物内，原来由模板分子所占有的空间形成了一个遗留的空腔3。

在合适的条件下,这一空腔可以满意地“记住”模板的结构﹑尺寸以及其它的物化性质,并能有效而有选择性地去键合模板(或类似物)的分子3。

技术核心分子印迹技术的核心是制备分子印迹聚合物，制备方法为：将印迹分子与合适的功能单体（通常为小分子化合物）及交联剂混合使之相互作用并将其聚合，再用适当的方法将印迹的分子去除，得到的聚合物即为分子印迹聚合物。分子印迹技术于其他分离技术的显著不同在于，制备分离介质前必须先获得待分离物质的纯品5。

目前制备生物大分子印迹聚合物的方法主要分为两类：

1）包埋法

包埋法，即聚合后印迹分子被包埋在块状聚合物中，然后再粉碎成小颗粒进行后续操作。例如：Hjérten等采用该方法，利用丙烯酰胺为单体合成了低交联度的凝胶，对血红蛋白、生长激素、红细胞色素、肌红蛋白和核糖核酸酶等进行了印迹5。

2）表面印迹法

表面印迹法，通常在微球上进行印迹或涂层印迹聚合物，得到的较均匀的球形颗粒可适用于各种操作。除此之外，在金属离子和核糖核酸酶A（RNase A）存在的情况下，利用金属螯合单体在甲基丙烯酸衍生化的硅胶颗粒上也可进行聚合5。

主要分类目前,根据模板分子和聚合物单体之间形成多重作用点方式的不同，分子印迹技术可以分为两类：

1.共价键法（预组织法）

该方法中，印迹分子（目标分子）与功能单体以共价键的形式结合生成印迹分子的衍生物，该聚合物进一步在化学条件下打开共价键使印迹分子脱离。功能单体一般采用小分子化合物，使用的共价键结合作用物质包括硼酸酯、席夫碱、缩醛酮、酯和螯合物等。其中最具代表性的是硼酸酯，其优点是能够生成相当稳定的三角形的硼酸酯，而在碱性水溶液中或在有氮(NH3、哌啶)存在下则生成四角形的硼酸酯1。

2.非共价键法（自组装方式）

该方法中，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位点，聚合后这种作用保存下来。这些非共价键包括静电引力（离子交换）、氢键、金属鳌合、电荷转移、疏水作用以及范德华力等。其中最重要的类型是离子作用，其次是氢键作用1。

技术应用1）生物学方面的应用

分子印迹技术所使用的生物大分子，最早就是一些蛋白质。例如：牛血色素、牛血清蛋白、肌酸激酶、溶解酵素等。Ogiso等制备了针对特异性DNA片段的分子印迹聚合物凝胶，实现了对单个碱基突变进行识别与分离1。Liu等人采用一步表面引发原位聚合，合成了生物兼容性好、稳定性好、特异性强的荧光标记磁性蛋白质印迹纳米粒子，并首次将其应用于活体细胞内目标蛋白的光学追踪3。

2）分析化学方面的应用

目前使用分子印迹技术制备的印迹聚合物农药由硫丹、三嗪类除草剂、有机磷酸酯类杀虫剂等。对于环境样本中重金属离子的检测以及一些环境污染物（如多环芳烃、内分析干扰素雌酮、染料孔雀石绿等）也可用分子印迹方法进行检测及净化1。

3）医疗诊断方面的应用

临床癌症诊断中，糖蛋白具有非常重要的作用，南京大学刘震课题组研发了一系列替代抗体检测癌症标志物糖蛋白的高灵敏方法。如利用光刻硼酸亲和分子印迹法，制备了硼酸亲和大孔印迹整体薄层的微阵列芯片，并将其应用于人血清甲胎蛋白AFP的 ELISA检测3。

本词条内容贡献者为:

李少斌 - 副教授 - 长江大学生命科学学院