色譜學分子印跡技術綜述

摘要：與常規的分離或分析用的色譜固定相比較，分子印跡聚合物的突出特點是對被分離物或分析物具有高度的選擇性，同時還具有良好的物理化學穩定性，能夠耐受高溫、高壓、酸堿、有機溶劑等，容易保存，制備簡單，易于實現規模化制備，因而得到比較廣泛的應用。

關鍵字：分子印跡；專一識別；色譜；整體柱

中圖分類號： O657.7 文獻標識碼：A

1 分子印跡技術概念與發展進程

分子印跡技術（MIT） 也稱分子烙印，是將高分子科學、生物化學、材料科學、化學工程等學科有機結合在一起，以目標分子為模板進行合成，并獲得在空間結構和結合位點上與模板分子匹配完全的聚合物，即分子印跡聚合物（MIPs） 的一種新型制備技術。

1949年，Dickey首先實現了染料分子在硅膠中的印跡并提出“分子印跡”的概念， 1972 年由Wulff 研究小組首次成功地制備出對糖類化合物有高選擇的共價型分子印跡聚合物。然后隨著在非共價與共價-非共價混合型分子印跡聚合物制備層面的創新性工作，特別是在1993年Mosbach等在《Nature》上發表關于茶堿分子印跡聚合物的報道以后，分子印跡技術得到迅速發展。

2分子印跡技術的基本原理

分子印跡技術的實現過程就是一個制備對目標分子（亦稱做印跡分子或模板分子）具有特定性選擇的高分子聚合物的過程。該過程包括以下幾個步驟：

1．印跡分子和與之匹配的功能單體通過共價鍵或/和非共價鍵作用，形成可逆的復合物或化合物；

2．加入適當的交聯劑，并在一定條件下（光或熱）發生聚合反應，形成具有三維網狀結構的共聚物，將該復合物或化合物固定在這種網狀結構中；

3．在某種條件下（有機流動相等）去除印跡分子，這樣就在網狀結構中留下一個與印跡分子在空間結構上匹配完全，并且含有可與模板分子專一性重新結合的三維孔穴。

這個三維孔穴可以特異性地重新與印跡分子再結合，即對印跡分子具有專一性識別作用

3 分子印跡的基本形式

根據制備分子印跡聚合物過程中模板分子與功能單體之間作用力方式的不同，分子印跡技術可分為兩種方法——共價法和非共價法。

共價法又稱作預組裝法或預組織法，指的是在分子印跡聚合物形成以前，模板分子通過共價鍵和功能單體結合形成可以聚合的單體，然后和交聯劑在一定條件下聚合，聚合完成之后再通過化學的方法使共價鍵斷裂，用以除去印跡分子。

非共價法也被稱作自組裝法，指的是在聚合之前模板分子和功能單體在溶液之中通過靜電、氫鍵作用、疏水作用、金屬配位、范德華力等超分子作用用以自發形成的具有多重作用位點的主-客體配合物，之后通過和交聯劑的聚合反應，將這些溶液狀態下的自組裝配合物的結構固定下來，除去印跡分子之后就得到非共價型的印跡聚合物。

4 分子印跡整體柱的制備方法

整體柱亦稱作連續床、連續棒或者整體固定相，它與分子印跡技術相結合，綜合兩者的優點即為分子印跡整體柱。原理是采用原位聚合的方法，在空的色譜柱管中灌注模板分子、功能單體、致孔劑、交聯劑、引發劑等混合溶液，經過熱引發或光引發發生聚合反應。反應結束后使用有機類溶劑洗去模板、未反應完的功能單體、致孔劑和其它可溶性物質，即得到了大孔的聚合物整體柱。

整體柱的液相流動相通透性和它本身的孔結構情況密切相關，整體柱中較大的孔越多，流動相通過時的壓力就越小，可是當大孔的孔徑大于50 nm時對基質材料的表面積貢獻十分之小。對于色譜分離而言，要求固定相的表面積越大越好，因此為了獲得較大的表面積，同時希望基質材料中孔徑介于2-50 nm 的中孔與小于2nm的小孔應盡可能的多一些。為此我們必須兼顧大的比表面積和較低柱壓這兩個方面的需求。分子印跡整體柱中由于考慮了傳質速度而特有存在著的大孔通道，使得流動相直接通過并將傳統的緩慢擴散傳質代替以對流傳質，這種改變使得樣品的傳質阻力大大降低。

與傳統的填充柱相比，分子印跡整體柱具有以下顯著的優點：首先整體柱制備過程簡單操作方便，整體結構性較好，色譜性能穩定，將填料合成和柱裝填分兩步完成的傳統操作合二為一，避免了固定相合成、篩選、裝填等繁瑣步驟，提高了色譜柱性能的重現性，增強了柱體的穩定性；其次提高色譜柱的空間利用率，整體的結構特點避免了填料顆粒間的空白體積；其三，分子印跡整體柱內部獨有的大孔結構構成了許多“通徑”，在分離過程中部分流動相將直接流經這些“通徑”，大幅度降低了流動相通過色譜柱時產生的背壓，減少了柱內聚合物被高壓沖塌的現象；最后一點，色譜柱內傳質的主要形式由傳統緩慢的擴散傳質改變為整體柱內的對流傳質，大幅度提高了傳質速度和效率。即便流速較高也不會影響到柱效，十分適合于實現生物大分子的快速分離，令一次分離過程能夠在幾分鐘甚至縮短至在幾十秒內就可完成。

結語

分子印跡聚合物的最大特點就是具有高度的特異性選擇性能[3]。加之對印跡分子具有生物的專一識別性，并且與生物抗體相比具有穩定性好、抗惡劣環境能力較強、使用壽命長等優點。目前，分子印跡聚合物已被應用于手性化合物的拆分、生物傳感器、固相萃取技術、抗體模擬化、酶催化模擬以及控釋藥物等多個領域。

參考文獻

[1] Dichey F H. The Preparation of Specific Adsobents . Acad. Sci ， USA ， 1949， 35： 277 - 299.

[2] Piletsky S A， Andersson H S， Nicholls I A. Combined hydrophobic and electrostatic interaction based recognition in molecularly imprinted polymers. Macromolecules， 1999， 32：633-636.

[3] Komiyama M， Takeuchi T， Mukawa T， et al. Molecularimprinting from fundamentals to applications[M].Weinheim： WILEY-VCH Verlag GmbHCo.KGaA，2003，1-8.