分子印跡光子晶體傳感器在物證分析中的應用

葛婷 高雅陽

摘要：分子印跡技術（MIP）[1]，是一種高選擇性的分離分析方法。分子印跡是模仿生物界鎖鑰作用原理使制備的聚合物，表現出較好的親和性和特異性選擇性。功能化的光子晶體在吸收目標化合物后，晶體結構會發生變化，從而會引起衍射波長發生改變。將具有分子識別能力的分子印跡技術和光子晶體相結合制備傳感器，在充分利用光子晶體光學特性的同時，提高其對目標物的選擇性。

關鍵詞：光子晶體；分子印跡；傳感器

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2016）03-0186-01

一、引言

目前我國在毒物毒品的檢測是以經典傳統的氣相色譜法[2]，液相色譜法，氣相色譜法與質譜連用技術及液相色譜法與質譜連用技術等為主。雖然這些方法比較成熟，檢測靈敏度和準確性高，但在樣品前處理過程繁瑣、費時，無法滿足對毒物毒品現場快速檢測的需求。分子印跡光子晶體傳感器實現了在食品、醫學、環境等領域中實現了快速、持續的檢測。

二、分子印跡與光子晶體的原理及特點

分子印跡技術是將要分離的目標分子作為模板分子，將它與交聯劑在聚合物單體溶液中進行聚合制備得到單體—模板分子復合物，然后通過物理或化學手段出去模板分子，便得到“印跡”下目標分子的空間結構的分子印跡聚合物（MIP），在這種聚合物中形成了與模板分子在空間結構和結合位點上相匹配的具有多重結合位點的空穴，這樣的空穴對模板分子具有選擇性，從而實現對目標化合物的選擇性識別。分子印跡具有可預定型、可識別性、實用性的特點[3]。

光子晶體是由兩種以上具有不同折光指數的材料在空間按照一定的周期順序排列所形成的有序結構材料[4]。光子晶體傳感器主要利用了光子晶體能夠產生布拉格衍射的性質，由布拉格衍射產生的顏色被稱為光子晶體的結構色。晶格間距的任何變化都會引起布拉格衍射峰的移動。某些情況下，這種光譜上的移動，即光子晶體受外界刺激的響應而引起結構色的變化，可以被人的裸眼觀察到。為此，人們可以通過采用不同的識別基，使光子晶體表面功能化，功能化的光子晶體在吸收目標化合物后其晶體結構會發生變化，從而會引起結構色的改變，這便是光子晶體傳感器的檢測原理[5]。

傳統的分子印跡聚合物只能提供大量的親和位點，這些親和位點可以作為傳感裝置的識別系統對目標分子進行特異性識別，然而作為傳感單元還需要某些信號轉換裝置將分子識別的化學過程轉化為可讀的信號[6]。為了達到快速、簡便的檢測目的，在體系中引入了具有靈敏度高，信號易讀的光子晶體結構。

三、分子印跡光子晶體傳感器的應用、發展前景

分子印跡光子晶體傳感器在食品、醫學、環境、毒物毒品等領域都有著應用，實現了快速、持續的檢測，有廣闊的應用前景。

王深旗[7]等報道了雙酚A印跡水凝膠膜檢測痕量雙酚A。以雙酚A（BPA）為模板分子，以甲基丙烯酸為功能單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑，在紫外光下進行聚合了有序的三維網狀相互貫通的孔洞結構；同時分子印跡光子晶體水凝膠膜（MIH）具有靈敏度高、選擇性好、響應速度快等特點。該雙酚A印跡水凝膠膜檢測痕量雙酚A對雙酚A的選擇性好、靈敏度高、響應速度快，在食品檢測領域中有著廣闊的應用前景。

薛飛等報道了用分子印跡光子晶體檢測葡糖糖。以聚甲基丙烯酸甲酯微球陣列為光子晶體制孔模板，葡萄糖為印跡模板，N-異丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸羥乙酯為混合單體，4-乙烯基苯硼酸為識別基，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，制得具有規整孔結構的新型光學凝膠材料—分子印跡光子晶體。此材料對葡萄糖響應速度快、選擇性高，表現出良好的傳感特性，符合傳感器的要求，可對葡萄糖進行快速、方便、準確的檢測。

劉烽[8]等報道了有機磷毒劑光學傳感器—三維分子印跡光子晶體（3D-MIPCs）凝膠膜。采用聚甲基丙烯酸甲酯膠體小球為光子晶體自組裝陣列模板，以甲基丙烯酸羥乙酯和N—異丙基丙烯酰胺為混合單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯和N，N一亞甲基雙丙烯酰胺為混合交聯劑，正辛醇和乙腈混合溶液為溶劑，光聚得到印跡聚合物。該材料對乙基膦酸響應速度快、選擇性高，其對目標分子的識別作用會導致衍射光譜圖的改變。

Hu等[9]報道了模板分子是茶堿的分子印跡光子晶體傳感器，實驗中以不同濃度的茶堿為目的物，實驗表明茶堿的衍射峰發生紅移，在可見光區發生衍射紅移肉眼可以看到。因此，以茶堿為模板分子的分子印跡光子晶體傳感器對茶堿具有識別能力，并且對10-16mol/L的茶堿都可檢測，在半分鐘時達到吸附平衡，靈敏度高。在該實驗中的傳感器成功用于了在尿液中添加茶堿的檢測，展現了分子印跡光子晶體傳感器的廣闊的前景。

Wu等[10]還報道了模板分子是莠去津的除草劑制備了分子印跡光子晶體傳感器。實驗中的傳感器的靈敏度較高，對莠去津的檢測限可以達到10-16mol/L，優于其他檢測方法。在實驗中，把與莠去津相似分子結構的莠滅凈、撲草凈在相同條件下進行試驗，發現衍射峰的位置幾乎沒有變化，說明分子印跡聚合物具有較高的分子識別性能。

四、分子印跡光子晶體傳感器的發展前景

分子印跡光子晶體傳感器的發展趨勢是肉眼可以的裸眼檢測，可以直觀的觀察到變化。雖然該傳感器在毒品毒物方面的應用還沒有得到普遍的應用，但由于可以快速、持續的檢測及傳感器的便攜和微型化，因此在未來的一段時間內光子晶體分子印跡傳感器技術在毒物毒品領域和爆炸物的檢測等方面成為研究的熱點。

在實際應用中如何提高分子印跡光子晶體傳感器的重復使用性、更高的靈敏度、快速響應能力、裸眼檢測等，都是光子晶體在傳感器領域里大規模應用所必須解決的技術難題。

參考文獻：

[1]吳世康（譯）：分子印跡學，科學出版社，2006，6.

[2]王會麗等.甘草中有機氯農藥殘留量的氣相色譜檢測[J]. 藥物分析雜志. 1998（05）

[3]林凱城 李永蓮.分子印跡技術及應用[J]. 清遠職業技術學院學報，2012，5（6）

[4]段廷蕊 李海華 孟子暉等.光子晶體應用于化學及生物傳感器的研究進展[J]. 化

學通報，2009，4：298-306

[5]宋清海 徐雷.光子晶體的原理與應用[J].物理實驗，2004，24（6）

[6]薛飛 段廷蕊等.葡糖糖檢測用分子印跡光子晶體的研究[J].分析化學研究報告，2011，39（7）

[7]王深旗 董麗玲等雙酚A印跡水凝膠膜的制備與表征[J].南昌大學學報（工科版），2012，34（4）

[8]劉烽等乙基膦酸分子印跡光子晶體傳感器的研究[J].分析化學研究報告，2012，40（8）

[9] Hu X，Li G，Li M，et al.Ultrasensitive specific stimulant assay based on molecularly imprinted photonic hydrogels [J].Adv Funct Mater，2008，18（4）

[10] Wu Z，Tao C，et a1.Label-free colorimetric detection of trace atrazine in aqueous solution by using molecularly im一printed photonic polymers[J].Chem Eur J，2008，14（36）

作者簡介：

葛婷，女，山東聊城人，1991年11月，中國刑事警察學院研究生。

高雅陽，男，河北邢臺人，1988年5月，中國刑事警察學院研究生。