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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