淺析分子印跡技術(shù)的發(fā)展及在化工制藥篩選的應(yīng)用

淺析分子印跡技術(shù)的發(fā)展及在化工制藥篩選的應(yīng)用

淺析分子印跡技術(shù)的發(fā)展及在化工制藥篩選的應(yīng)用1引言

在各種各樣的生物學(xué)過(guò)程中，蛋白與膜的作用通常是多位點(diǎn)的，多重位點(diǎn)作用與單重位點(diǎn)作用不同，蛋白質(zhì)與表面之間具有更大的接觸面積，有更高的親合力，能夠誘導(dǎo)膜表面組分分布形式改變，在醫(yī)藥、環(huán)境、發(fā)酵及食品加工等方面的生物傳感器研制至關(guān)重要。Langmuir單分子層膜的側(cè)向流動(dòng)對(duì)配體分子的自由重排起到很重要作用，單分子膜組分側(cè)向重排能夠更有利于隨后的蛋白結(jié)合[1]。單層膜的重排僅僅是模板和功能化單體之間的二維液相相互作用，但是卻能夠用作分子印跡材料[2]。從開(kāi)始利用到最近用合成物質(zhì)模仿分子識(shí)別的生物特性，科學(xué)家們投入大量時(shí)間和精力，在諸多合成方法中分子印跡技術(shù)是最有前景的方法之一[3]。

2分子印跡技術(shù)

分子印跡技術(shù)（molecularimprintingtechnique，MIT）也叫分子模板技術(shù)，最初源于20世紀(jì)40年代的免疫學(xué)，當(dāng)時(shí)Pauling首次提出抗體形成學(xué)說(shuō)，為分子印跡理論的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)[4]。它通?？擅枋鰹橹圃熳R(shí)別“分子鑰匙”的人工“鎖”的技術(shù)。1972年首次成功制備出MIP[5]，使這方面的研究有了突破性進(jìn)展。然而它制備方法如整體聚合、乳液聚合、懸浮聚合等所制得的聚合物呈塊狀，顆粒較大，不易研磨過(guò)篩，由于聚合物的高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)，致使其內(nèi)部模板分子的洗脫比較困難[6]。同時(shí)因包埋于聚合物本體之中，都存在結(jié)合位點(diǎn)分布過(guò)深、不易洗脫、受位阻影響，這部分印跡空穴可接近性差，結(jié)合容量低等缺點(diǎn)。

3小分子印跡技術(shù)分類

依據(jù)功能單體和模板分子的作用機(jī)理不同，分子印跡可分為共價(jià)印跡和非共價(jià)印跡以及半共價(jià)印跡法。前者是模板分子與功能單體先通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合繼而進(jìn)一步聚合進(jìn)行印跡的方法，此方法由Wulff課題組于1972年首次提吃并成功制備[7]。共價(jià)鍵作用的優(yōu)點(diǎn)是在聚合反應(yīng)中能獲得在空間上精確固定排列的結(jié)合基團(tuán)，缺點(diǎn)是作用較強(qiáng)，解離速度慢，難以達(dá)到熱力學(xué)平衡，識(shí)別能力與生物識(shí)別相差太遠(yuǎn)，制備條件苛刻且價(jià)格昂貴。第二種方法是分子與單體之間通過(guò)氫鍵、離子鍵、堆積、范德華力等形成預(yù)組織化合物，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步聚合得到印跡聚合物。該方法優(yōu)點(diǎn)是制備過(guò)程簡(jiǎn)單，適用范圍廣泛，這一技術(shù)在生物傳感器、人工抗體模擬及色譜固相分離等方面有了新的發(fā)展。缺點(diǎn)是分子間作用力較弱，需加入過(guò)量的功能單體，降低萃取選擇性，印跡分子與單體的化學(xué)計(jì)量數(shù)比難以確定[8]。除了上述方法之外，分子印跡聚合物的制備方法還有親和印跡法、冷凍干燥法、抗原決定基法。

4生物大分子印跡技術(shù)

對(duì)于蛋白表面印跡的制備可以利用空氣-水界面上的油脂分子聚集再通過(guò)對(duì)單層膜轉(zhuǎn)移和固定完成[12]。這種單層油脂印跡膜在能夠形成定向印跡點(diǎn)，具備優(yōu)異的質(zhì)量傳輸能力。這種通過(guò)“剪裁”適宜的油脂分子單層膜具有高的蛋白親合性，并且能夠通過(guò)完整的表面印跡來(lái)實(shí)現(xiàn)信息儲(chǔ)存和生物傳感，美國(guó)的NorthBrunswisk公司，法國(guó)的Semorex公司等都已經(jīng)開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)分子印跡模板[13，14]。

由于生物大分子與生俱來(lái)的一些技術(shù)上的問(wèn)題使得這種分子印跡的使用和推廣比較困難，特別是蛋白通常不能夠溶解在有機(jī)溶液中（蛋白普遍溶解在條件溫和的含水溶液中）[15，16]，故而蛋白質(zhì)的分子印跡研究還較少有成功的范例。由于傳統(tǒng)方法制作的印跡模板特別實(shí)在較為苛刻的條件下，因而阻礙生物大分子在其中的擴(kuò)散與出入。Takeuchi研究組[17]做了一系列的有關(guān)選擇性吸附的蛋白分子印跡實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)蛋白的親合性明顯提高，但是選擇性適中，例如維生素B–抗生素蛋白，蛋清溶菌酶–抗鼠溶菌酶。

5大分子印跡方法

包埋法是制備蛋白質(zhì)分子印跡聚合物的主要方法。該法是將蛋白質(zhì)模板分子、功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑按一定比例溶解在溶劑中，通過(guò)脫氣除氧，經(jīng)引發(fā)聚合形成塊狀聚合物，然后將塊狀聚合物研磨、過(guò)篩，選擇一定粒徑范圍的聚合物，經(jīng)過(guò)洗脫除掉模板分子，隨后用作吸附實(shí)驗(yàn)的介質(zhì)，但是模板分子形成的部分識(shí)別位點(diǎn)完全被包埋，空間位阻影響其吸附容量。為了克服包埋法的局限性，Mosbach等提出了表面印跡法[19]。該法在聚合溶液中引入基體，讓單體與模板的聚合發(fā)生在基體的表面，表面分子印跡技術(shù)在表面積很大的基體表面進(jìn)行印跡，與傳統(tǒng)的本體分子印跡聚合物相比，不僅克服空間位阻的影響，而且能產(chǎn)生更多易于接近的識(shí)別位點(diǎn)印跡位點(diǎn)存在于粒子的表面或接近表面，有利于蛋白質(zhì)向印跡孔穴擴(kuò)散，并且利于印跡分子的洗脫和目標(biāo)分子的再結(jié)合，提高模板分子的利用率因而增大了吸附容量，傳質(zhì)速度快，結(jié)合效率高，是一種理想的蛋白質(zhì)印跡的方法，成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

6總結(jié)與展望

分子印跡是集高分子合成、物化分子設(shè)計(jì)、分析、分離和測(cè)試