分子印記

文章編號:1005-6629(2010)01-0059-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:E

分子印記技術是近年來基于分子識別理論而迅速發展起來的一個新的研究領域，它可以為人們提供具有期望結構和性質的分子組合體，是當今超分子化學研究的最前沿課題之一。它是指制備對特定分子(模板分子)具有高選擇性及識別能力的聚合物的過程，通常可描述為制備識別“分子鑰匙”的“人工鎖”的技術，即當體系中存在著模板分子時，功能單體可以通過聚合使這些模板分子以互補的形式固定下來。聚合后，模板分子可以被除去，于是在這一過程中，體系的 “快照”就可以被“拍攝”下來，從而獲得分子組裝體能專一性的鍵合模板分子以及它們的類似物。可以說，這是對熱力學第二定律——“宇宙熵必須增長”的一種挑戰[1]。現在，已無人懷疑:這一方法將是未來科學與技術中的關鍵問題之一。

1分子印記的發展及前景

在20世紀40 年代， 著名的諾貝爾獎獲得者Pauling 在研究抗體和抗原的相互作用時， 提出了以抗原為模板來合成抗體的設想[2]。1949 年， Dikey發現在合成硅膠過程中用甲基橙做模板合成的聚合物對甲基橙分子有很好的選擇吸附性，其吸附量是乙基橙分子的兩倍，并由此提出特異性吸附理論， 可視為“分子印記”的萌芽[3] 。1973 年， Wulff 等利用酶和抗體具有分子形狀、空間結構選擇性的特點，發展了用于色譜手性拆分的印記聚合物， 于1977 年報道了第一個共價印記聚合物——以4-乙烯基硼酸酯為功能單體的吡喃甘露糖苷(mannopyranoside)的共價印記聚合物 [4]。 隨后，Mosbach 等人提出了非共價型分子印記，使功能單體和模板分子通過非共價鍵(氫鍵、靜電相互作用以及配位鍵的生成等)制備印記聚合物。 20世紀80 年代Norrlow 等人進一步發展了這一技術，但主要用于小分子物質如多肽或輔酶的分離純化。1995 年Maria 等又將該技術用于蛋白質的分離純化[5]。現在分子印記技術得到了快速發展，并且有廣泛的應用前景。它可以經濟方便的將目標分子放置于希望的位點，可以在溶液(或在氣相中)將分子予以凍結，并能按照設計固定，另外，采用生物分子作為模板，應用在分子生物學和藥物學等中，分子印論技術趨于成熟，并在分離提純、免疫分析，生物傳感器，特別是人工模擬酶方面顯示出廣泛的應用前景。分子印記方法將是21世紀的關鍵問題之一[1]。

2分子印記的原理與方法

分子印記技術的原理:一系列功能分子(單體)在溶液中(或氣相中)與模板分子相遇，它們之間可通過共價鍵(如果可以形成)或非共價鍵(氫鍵、靜電作用、疏水相互作用以及其他非共價鍵的相互作用)作用，使這些功能分子與模板分子結構相互補的有序排列，在分子印記中，脫去模板后，使得模板分子在高分子體系中得以記錄，并提供對一種目標分子的接受體。 即:

⑴功能單體與目標分子的功能基團在適當的條件下可逆結合， 形成復合物;

⑵加入交聯劑將這種復合物“凍結”起來， 制得高聚物(目標分子包埋在內);

⑶用一定的物理和化學方法，將模板分子(即目標分子) 從聚合物中洗脫，以獲得具有識別功能并與之相匹配的三維空穴[5]。

其過程如圖1所示[6]:

到目前為止，制備分子印記物質有兩種方法。

2.1共價鍵法(預組裝)

共價鍵法是由Wulff等人創立發展起來的。該方法中模板分子(目標分子) 和功能單體以共價鍵的形式結合相互聯結(第一步);并在保持共價鍵不變的條件下，生成印記分子的可逆衍生復合物(第二步)，共價聯結可以通過分解反應，使模板從聚合物中洗脫(第三步)。在預組裝中，功能單體一般采用小分子化合物，其共價鍵結合作用包括硼酸酯、席夫堿、縮醛(酮) 、酯、螯合鍵作用等。

2.2 非共價鍵(自組裝)

非共價鍵法是由Mosbach 等人發展起來的。該方法中模板分子(目標分子) 可以簡單的引入到反應混合物中而通過非共價鍵的形式聯結(第一步);在聚合反應(第二步)后，就可用適當的溶劑將模板從高聚物中洗脫(第三步)。自組裝與預組裝相比，不必合成共價的單體-模板配合物;可以在溫和條件下洗脫模板;客體的釋放和鍵合都有很快速度。這些非共價鍵包括氫鍵、靜電引力、金屬螯合作用、電荷轉移、疏水作用以及范德華力等。比如通過自組裝的方法，利用靜電引力作用制備TNT分子印記聚合物(圖2)，研究其識別與吸附特性[7]。

3 分子印記技術的發展趨勢

展望未來，分子印記技術的發展趨勢可能有如下幾個方面:

⑴分子印記的識別過程的機理將從目前定性和半定量描述向完全定量描述，從分子水平上真正弄清楚印記過程與識別過程。

⑵分子印記和識別過程將從有機相轉向水相以便接近或達到天然分子識別系統的水平。

⑶手性分離和固相萃取氨基酸、手性藥物將步入商業化階段。

⑷印記技術將從氨基酸、藥物小分子、超分子過渡到核苷酸、多肽、蛋白質等生物大分子，甚至生物活體細胞。

總之，隨著生物技術、電子技術、合成手段和現代分析檢測手段的發展，制備分子印記聚合物的“塑料酶”、“塑料血管”、分子探針已不再是夢想[5]。

參考文獻:

[1]小宮山真等.分子印記學—從基礎到應用.科學出版社，2006.

[2]Pauling L ， J. A m. Chem. S oc.， 1940， 62， 2643～2657.

[3]任杰，余若黔.分子印記技術研究進展[J].生命的化學，2003， 23 (1):70～72.

[4] G. Wulff， R. Grobe_Einsler，A.Sarhan， Makromol. Chem， 1977， 178， 2817.

[5]賴家平等. 分子印記技術的回顧[J]. 現狀與展望， 2001 ， 7 (29) : 836～844.

[6]David Aetal . Analytica Chimica Acta ， 2001 (435) :65～74.

[7]Guijian Guan， Bianhua Liu， Imprinting of Molecular Recognition Sites on Nanostructures and Its Applications in Chemosensors，Sensors 2008， 8， 8291～8320.