分子印跡技術

1931年，Polyakov製備了具有特異性吸附能力的硅膠,並首次提出“分子印跡”的概念 ^[6]  。1972年，Wulff採用“共價印跡法”成功製備出分子印跡有機聚合物材料，為分子印跡發展奠定了基礎 ^[7]  。 1993年，Mosbach課題組開創性地採用“非共價印跡法”成功 製備了分子印跡聚合物材料 ^[8]  。1995年，Whitcombe課題組巧妙地將“共價印跡”和“非共價印跡”結合起 來,製備了“半共價”分子印跡聚合物材料 ^[9]  。1997年，分子印跡學會（Society for Molecular Imprinting, SIM）成立。從此，分子印跡技術飛速發展，由於其高度的專一性、穩定性以及可重複性等特點，逐漸成為了研究熱點。

分子印跡技術主要包括三個階段：

1）在功能單體和模板分子之間製備出共價的配合物或形成非共價的加成產物，功能單體和模板分子之間可通過共價聯結或通過處於相近位置的非共價聯結而相互結合 ^[3]  。

2）對這種單體-模板配合物進行聚合，配合物被凍結在高分子的三維網格內，而由功能單體所衍生的功能殘基則按與模板互補方式而拓撲地佈置於其中 ^[3]  。

3）將模板分子從聚合物中除去，於是在高聚物內，原來由模板分子所佔有的空間形成了一個遺留的空腔 ^[3]  。

在合適的條件下,這一空腔可以滿意地“記住”模板的結構﹑尺寸以及其它的物化性質,並能有效而有選擇性地去鍵合模板(或類似物)的分子 ^[3]  。

分子印跡技術的核心是製備分子印跡聚合物，製備方法為：將印跡分子與合適的功能單體（通常為小分子化合物）及交聯劑混合使之相互作用並將其聚合，再用適當的方法將印跡的分子去除，得到的聚合物即為分子印跡聚合物。分子印跡技術於其他分離技術的顯著不同在於，製備分離介質前必須先獲得待分離物質的純品 ^[5]  。

目前製備生物大分子印跡聚合物的方法主要分為兩類：

1）包埋法

包埋法，即聚合後印跡分子被包埋在塊狀聚合物中，然後再粉碎成小顆粒進行後續操作。例如：Hjérten等採用該方法，利用丙烯酰胺為單體合成了低交聯度的凝膠，對血紅蛋白、生長激素、紅細胞色素、肌紅蛋白和核糖核酸酶等進行了印跡 ^[5]  。

2）表面印跡法

表面印跡法，通常在微球上進行印跡或塗層印跡聚合物，得到的較均勻的球形顆粒可適用於各種操作。除此之外，在金屬離子和核糖核酸酶A（RNase A）存在的情況下，利用金屬螯合單體在甲基丙烯酸衍生化的硅膠顆粒上也可進行聚合 ^[5]  。

目前,根據模板分子和聚合物單體之間形成多重作用點方式的不同，分子印跡技術可以分為兩類：

1.共價鍵法（預組織法）

該方法中，印跡分子（目標分子）與功能單體以共價鍵的形式結合生成印跡分子的衍生物，該聚合物進一步在化學條件下打開共價鍵使印跡分子脱離。功能單體一般採用小分子化合物，使用的共價鍵結合作用物質包括硼酸酯、席夫鹼、縮醛酮、酯和螯合物等。其中最具代表性的是硼酸酯，其優點是能夠生成相當穩定的三角形的硼酸酯，而在鹼性水溶液中或在有氮(NH3、哌啶)存在下則生成四角形的硼酸酯 ^[1]  。

2.非共價鍵法（自組裝方式）

該方法中，印跡分子與功能單體之間預先自組織排列,以非共價鍵形成多重作用位點，聚合後這種作用保存下來。這些非共價鍵包括靜電引力（離子交換）、氫鍵、金屬鰲合、電荷轉移、疏水作用以及範德華力等。其中最重要的類型是離子作用，其次是氫鍵作用 ^[1]  。

1）生物學方面的應用

分子印跡技術所使用的生物大分子，最早就是一些蛋白質。例如：牛血色素、牛血清蛋白、肌酸激酶、溶解酵素等。Ogiso等製備了針對特異性DNA片段的分子印跡聚合物凝膠，實現了對單個鹼基突變進行識別與分離 ^[1]  。Liu等人採用一步表面引發原位聚合，合成了生物兼容性好、穩定性好、特異性強的熒光標記磁性蛋白質印跡納米粒子，並首次將其應用於活體細胞內目標蛋白的光學追蹤 ^[3]  。

2）分析化學方面的應用

目前使用分子印跡技術製備的印跡聚合物農藥由硫丹、三嗪類除草劑、有機磷酸酯類殺蟲劑等。對於環境樣本中重金屬離子的檢測以及一些環境污染物（如多環芳烴、內分析干擾素雌酮、染料孔雀石綠等）也可用分子印跡方法進行檢測及淨化 ^[1]  。

3）醫療診斷方面的應用

臨牀癌症診斷中，糖蛋白具有非常重要的作用，南京大學劉震課題組研發了一系列替代抗體檢測癌症標誌物糖蛋白的高靈敏方法。如利用光刻硼酸親和分子印跡法，製備了硼酸親和大孔印跡整體薄層的微陣列芯片，並將其應用於人血清甲胎蛋白AFP的 ELISA檢測 ^[3]  。