纳米结构分子印迹聚合物及其在药物分析中的应用进展

发布时间：2016-11-08 17:54

  本文关键词：纳米结构分子印迹聚合物及其在药物分析中的应用进展，由笔耕文化传播整理发布。

第４０卷２０１２年９月

　　　　　　　　　

分析化学（ＦＥＮＸＩＨＵＡＸＵＥ）　　评述与进展ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎａｌｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒ　　　　ｙｙ

第９期

　　　　　　　　　　　

１４６１－１４６８

：／ＤＯＩ１０．３７２４ＳＰ．Ｊ．１０９６．２０１２．１１４６５

纳米结构分子印迹聚合物及其在药物分析中的应用进展

１１１，３

李洁１　刘铁兵＊２　肖得力１　ＤｒａｍｏｕＰｉｅｒｒｅ　　邹雯月　何华＊

１

２（））中国药科大学分析化学教研室，南京２浙江科技学院中德农产品加工工业研究院，杭州３１０００９１００２３　　（

３

（）药物质量与安全预警教育部重点实验室，南京２１０００９

摘　要　纳米材料是纳米技术发展的重要基础，它具有许多传统材料所不具备的独特的理化性质，因此有着制备具有分子识别功能的聚合物广泛的应用前景。分子印迹技术是一种通过模拟抗体－抗原相互作用原理，

的技术。以纳米材料制备的分子印迹聚合物具有较高的结合容量，较大的选择性和较快的结合动力学特性，近年来备受关注。本文简单概述了零维、一维、二维纳米结构分子印迹聚合物的合成、表征方法及研究现状，并对其在手性药物分析、临床药物分析、传感器及药物残留检测中的应用进行了综述。关键词　分子印迹聚合物；纳米结构；药物分析；综述

１　引　言

分子印迹技术是２这种技术的基本思想源于人们对抗体－抗０世纪出现的一种高选择性分离技术，——分子印迹聚合物（原专一性的认识，是利用具有分子识别能力的聚合物材料—分离、筛选、纯化ＭＩＰ）特异识别性和广泛实用性等特点，并具有抗恶劣环境的化合物的一种仿生技术。因其具有构效预定性、

能力，表现出高度的稳定性和长的使用寿命，且制备过程简单、成本低廉，在药物分离、食品与环境检测、

１～４］

，抗体或受体模拟、传感器等诸多领域显示出巨大潜力［成为国内外的研究热点。

［］

自１分子印迹技术的研究备受９７２年Ｗｕｌｆｆ研究组５首次报道制备出人工合成分子印迹聚合物后，［］

关注。随着Ｗｕ尤其是１ｌｆｆ和Ｍｏｓｂａｃｈ等研究组在这一领域进行了开拓性研究，９９３年Ｖｌａｔａｋｉｓ等６

》在《上发表了有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道后，分子印迹技术便得以蓬勃发展。目前，已Ｎａｔｕｒｅ

７，８］

。原位聚合、悬浮聚合、分散聚合、表面印迹等多种分子印迹聚合物的制备方法［经设计出本体聚合、

（）然而，目前分子印迹聚合物的研究多涉及到本体或微米级的分离材料，存在以下不足：聚合物形态不１要得到小颗粒，需进行粉碎、过筛等附加程序，使得产率大大降低，而在粉碎过程中，不可避免地会规则，

（）毁坏部分印迹位点；大量的印迹识别位点位于聚合物内部，扩散阻力大，模板分子扩散到印迹材料内２（）部的识别位点所需的平衡时间较长，结合速率低，表现慢的结合动力学特性；一些模板分子常常被包３不易洗脱，使这部分结合位点成为无效位点，常常表现出较高裹在高度交联的分子印迹聚合物阵列中，

的选择性和较低的结合容量。此外，残留的模板分子在使用过程中会发生缓慢脱吸，限制了这类材料在

９］

。痕量分析中的应用［

纳米技术作为２其发展为解决传统分子印迹研究遇到０世纪９０年代初迅速发展起来的新兴科技，的困难带来了希望。纳米材料是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造一种新的体系。目前，零维、一维及二维的纳米结构已经能够方便地合成出来。利用这些无机纳米结构作为合成模板，已合成出了许多具有纳米结构尺寸的分子印迹聚合物。纳米结构的分子印迹聚合物不需研磨、筛分等工序；机械强度高，识别点不易破坏；具有极大的比表面积，模板分子几乎可以完全除去，最大限度地提高了有效结合位点的比例；结合位点大多位于材料的表面或接近表面，表现出较高的结合容量，同时，

１０］

。因此，模板分子容易接近到材料的分子印迹位点，从而表现出较快的结合动力学特性［具有广泛的

应用前景。本文总结了近年纳米技术在分子印迹领域的研究及其在药物分析中的应用进展。

０１１１２２８收稿；２０１２０４２３接受　２－－－－

）、）本文系“新药创制”重大专项（浙江省自然科学基金项目（和江苏省普通高校研究生科研创新计Ｎｏ．２００９ＺＸ０９３０１００６Ｎｏ．Ｙ４１１０２３５－

＿）划基金（资助项目Ｎｏｓ．ＣＸＺＺ１１０８１２

：ａｉｌｔｉｅｂｉｎｌｉｕ６３．ｃｏｍ；ｄｏｃｈｅｈｕａ６３．ｃｏｍ＊Ｅ－ｍ＠１＠１ｇ

　　１４６２

分析化学第４０卷

２　纳米结构分子印迹技术

２．１　零维纳米结构分子印迹技术

纳米材料按其空间维度受纳米尺度的约束程度可以分为三类：零维，一维和二维纳米材料。零维纳同时也是构筑低维纳米材料的基础，在纳米技术中处于米结构作为低维纳米材料体系的重要组成部分，

举足轻重的位置。聚合物微粒尺寸进入纳米量级后，其结构和原子间相互作用发生了变化。一方面尺以及对材料的电子能级或能带结构的尺寸依赖性；另一方寸的减少会导致材料周期性边界条件的破坏，

面粒子表面原子比例的增大，导致表面能和活性的增大，从而产生了小尺寸效应、表面或界面效应、量子宏观量子隧道效应等，在化学、光学、磁学等性质方面表现出特异性。尺寸效应、

通过在形状规则的纳米粒子表面形成分子印迹薄层，可制备出高产率、窄分布的复合粒子。与传统方法制备的分子印迹聚合物相比，该过程无需磨碎和筛分，因此避免了材料的浪费及识别位点的破坏；同时，纳米粒子具有较高的比表面积，使结合位点处于表面印迹薄层之中，可较大程度上减少“包埋”现提高其可接近性，加速识别的动力学。象，

目前，已经设计出悬浮聚合法、微乳液聚

１１～１７］

沉淀聚合法和核－壳聚合法等［多种合法、

方法来合成纳米结构分子印迹微球。其中沉淀聚合法是最简单的合成分散性能好、粒径分布均匀聚合物微球的方法。沉淀聚合法合成分子印迹纳米微球是在均相溶液中聚合的，且聚合反应是在非常低的聚合单体浓度下中进行，不需要加入表面活性剂或稳定剂。沉淀的微粒干净、表面无表面活性剂或稳定因此常被用于纳米结构分子印迹剂的残留，

聚合物的合成。微乳液聚合法在体系中引入了助表面活性剂的同时，采用了高速搅拌法、高压均化法和超声波分散法等微乳化工艺。由于微乳液聚合法中乳液具有高稳定性、粒径在克服常规聚合体大小均一以及速溶的特点，

系中存在的一些问题如控制相对分子质量及

］１８

。因此，其分布方面具有潜在的优势［非常适

用于一步合成分子印迹纳米微球。核－壳聚合法由于其合成出的纳米微球印迹层很薄且结合识别位点分布均匀，一些磁性物质或荧光性物质能够组装到核芯中，使印迹聚合物具有特殊的识别能力，具有广泛的应用前景。

［１５］

Ｗａｎｇ等通过沉淀聚合法合成了心钠

　图１　可逆加成－断裂链转移聚合法联合点击反应合成核－壳结

素印迹聚合物纳米微球，对细胞培养基中和［１７］

人血浆中的心钠素具有良好的识别和选择作用。Ｃｈａｎｇ等

［１７］

构２，４－二氯苯酚分子印迹微球

ｒａｆｔｉｎＦｉ．１　Ｓｃｈｅｍｅｅｉｃｔｉｎｈｅｆｄｉｃｈｌｏ　ｄ　ｇ　２，４－－ｇｐｇｇ　ｔ　ｏｒｏｈｅｎｏｌ（２，４ＣＰ）ｉｍｒｉｎｔｅｄｏｌｍｅｒｆｉｌｍｓｆｒｏｍｏｒｏｕｓ－ｐ－Ｄ　　　　ｐｐｙｐｓｉｌｉｃａｓｕｏｒｔｓｖｉａｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅａｄｄｉｔｉｏｎｆｒａｍｅｒｌａｔｉｏｎｃｈａｉｎｔｒａｎｓ　　　　－　　－ｐｐｇ

［１７］

ｏｌｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｆｅｒ（ＲＡＦＴ）ａｎｄｃｌｉｃｋｃｈｅｍｉｓｔｒ　　　ｐｙｙ

采用可逆加成－断裂链转移

聚合法联合点击反应制备了对２，４－二氯苯酚具有高选择性的核－壳结构分子印迹纳米微）。该聚合物微球具有较薄且均匀球（如图１

，的印迹层（厚度为２．在２２７ｎｍ）５５℃下仍具有良好的热稳定性。该微球对２，４－二氯苯酚的选择性远大于对与其结构类似的４并且具有较快的结合动力学。－单氯酚和儿茶酚的选择性，

第９期李洁等：纳米结构分子印迹聚合物及其在药物分析中的应用进展

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２．２　一维纳米结构分子印迹技术

一维纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度，长度为宏观尺度的新型纳米材料，如纳米管、纳米棒、（（纳米线、纳米纤维、纳米带等。一维纳米材料是纳米材料领域的前沿，，具有以下特性：表面光洁；１）２）（）（）沿轴向直径均匀，直径可控；易于收集；热稳定性好，分散性好。因此，已被广泛应用于分子印迹３４的研究中。

目前，除了乳液聚合法和沉淀聚合法外，常采用表面印迹法、电化学聚合法和模板法等方法制备一氨维纳米结构分子印迹聚合物。表面印迹通常是将纳米材料表面通过修饰使其带有活性基团如烯键、基等，从而能与聚合物键合到一起。这种方法使得结合位点位于表面，利于模板的洗脱与分子的识别，

１９］

并且通过调节纳米材料自身的性质适应需求。模板法［是２０世纪９０年代发展起来的一种前沿技术，

可合成纳米结构单元，包括一维纳米线和纳米管等，在纳米结构的制备中占有极其重要的地位。通过模

［２０］板法合成的纳米线、纳米管和纳米管膜已经在分子印迹领域得到了广泛的应用。Ｃｈｏｏｎｇ等利用表

面印迹法以咖啡因为模板合成了分子印迹碳纳米管阵列，并以此为基础构建了电化学传感器，其稳定性

［１］

采用模板法利用２，与明显优于传统分子印迹聚合物制备的传感器。Ｘｉｅ等２４，６ＴＮＴ）－三硝基甲苯（

将ＴＮＴ固定在Ｓ合成了ＴＮＴ３ｉＯ２管之间酸碱配对作用，ｉＯ－氨丙基三乙氧基硅烷修饰的Ｓ２管的壁上，

印迹硅纳米管。通过加入交联剂正硅酸乙酯，利用３－氨丙基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯间凝胶化作合成了Ｍ用，ＩＰｓ膜修饰的ＳｉＯ２管。

，）碳纳米管（作为一维纳米结构的代表，是由石墨片组成的圆柱形、中空ＣａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓＣＮＴｓ　结构的纳米材料，自１其很高的化学稳定性、机械强度，以及独特的电学、热学和光学９９１年被发现以来，

２２］

。近年来，性质引起了越来越多的研究者的关注［其优异的性能和较大的比表面积赋予了ＣＮＴｓ巨大

将赋予印迹聚合物较大的有效吸附面积，并且的潜在应用价值。在ＣＮＴｓ表面接枝分子印迹聚合物，在机械强度、热稳定性及导电性等方面都有很好的提高。目前，一些课题组已经对以ＣＮＴｓ为载体合

［３］２３～２５］

。Ｐ成分子印迹聚合物进行了相关研究［在乙烯基功能化的碳纳米管表面合成了分子印ｒａｓａｄ等２［２４］

），／如图２用于实际样品中胰岛素的痕量分析，检出限为０．迹聚合物（０１８３ｎｍｏｌＬ。Ｘｉｎｇ等以色胺

为模板分子，对氨基苯甲酸为单体，通过电聚合法在透明质酸修饰的碳纳米管表面制备了分子印迹传感

器，用以检测实际样品中的色胺。结果表明，透明质酸修饰的碳纳米管复合材料可以提高传感器对电流的响应，该传感器能成功检测奶酪和乳酸菌饮料中的色胺，其检出限和回收率明显优于传统高效液相色谱法

。

２３］

图２　分子印迹纳米管合成示意图［

３

ｒｏｔｏｃｏｌｓｒｅａｒａｔｉｏｎＦｉ．２　ＳｃｈｅｍａｔｉｃｆｏｒｏｆＭＷＣＮＴｓＩＰｃｏｍｏｓｉｔｅ２　　　　　－Ｍ　ｐｐｐｇｐ

［］

当一维纳米结构的生长取向、长度、形貌一致时，被称为一维纳米阵列。一维纳米阵列结构除了拥有纳米基本单元的特性外，还有组合而引起的新效应，如量子耦合效应与协同效应等。更重要的是，人

　　１４６４

分析化学第４０卷

［６］们很容易通过光、电等外界作用实现对纳米阵列的性能控制。Ｂ利用基于氧化铝模板制作的ｅｒｔｉ等２

／分子印迹纳米线阵列传感器检测儿茶酚，检出限达到２比普通非纳米结构传感器低一个数９ｎｍｏｌＬ，／。量级（２２８ｎｍｏｌＬ）

２．３　二维纳米结构分子印迹技术

二维纳米材料是指在空间范围仅有一维处于纳米尺度范围内的纳米材料，如具有层状结构的石墨烯、纳米片、纳米薄膜、纳米墙等。自从将纳米材料应用于分子印迹的研究以来，人们对纳米结构分子印而二维纳米材料的研究较少，目前仅有少量课题组迹技术的关注热点主要集中在零维和一维纳米材料，

［７］做了相关报道。Ｍ分别以Ｒ－普萘洛尔和Ｓ－普萘洛尔为模板合成了Ｔ经紫外分ｉｚｕｔａｎｉ等２ｉＯ２纳米膜，［８］

该膜对普萘洛尔异构体的分离因子分别为２．通过电沉积法光光度法检测，６１和２．４２。Ｓｕｅｏｓｈｉ等２ｙ

或Ｌ）与普通分子印迹膜相比，该纳米印迹膜对制备了Ｎ－Ｄ（α－苄氧羰基－－谷氨酸分子印迹纳米纤维膜，模板分子具有更高的选择透过性

。

２７］

图３　手性药物分子印迹聚合物的合成示意图［

Ｆｉ．３　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｆｏｌｅｃｕｌａｒｍｒｉｎｔｉｎｎｄｅｂｉｎｄｉｎｆｈｉｒａｌｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｉ　ｏ　ｍ　ｉ　ｒ　ｏ　ａ　ｃｇｐｇｇ　ａ　ｐ

７ｃｏｍｏｕｎｄ２ｐ

［］

２．４　纳米结构分子印迹聚合物的表征

理想的纳米结构分子印迹聚合物应具有一定的刚性、柔韧性、力学性能、热稳定性及亲和位点可接、近等性质。对其各项性能的表征，仍多沿用对传统印迹聚合物的表征方法，如扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、、核磁共振波谱（傅立叶变换红外光谱（紫外光谱（和高效液相色谱（等。然ＮＭＲ）ＦＴＩＲ）ＵＶ）ＨＰＬＣ）而，为了更好地对印迹聚合物的表面形貌特征及尺寸进行表征，近年来，一些课题组相继采用了一些新的表征方法。

［９］

采用原子力显微镜技术（对合成的纳米结构分子印迹仿生薄膜进行了形貌表Ｂｏｓｅｎ等２ＡＦＭ）ｙ

征，准确测定了纳米薄膜的厚度。与Ｓ能得到ＥＭ相比，ＡＦＭ可真实地得到样品表面的形貌结构图像，

高分辨率的三维图像，并能测量样品的三维信息，可准确地测出两个位置的高度差。同时，由于ＡＦＭ图像的纵向分辨率小于０．能区分原子级表面变化，计算出样品表面的粗糙度等，因此非常适用０１ｎｍ，于纳米结构分子印迹聚合物的表征。

可通过对结晶度、晶粒尺度、晶体取向、晶格常数的测量来得到物体的结构类Ｘ射线衍射法（ＸＲＤ）

［３０］

型，常被用于研究纳米线阵列和薄膜的物质结构。ＣｈａｎＲＤ法对制备的纳米结构分子印ｇ等利用Ｘ迹磁性微球的结构进行了测定。结果表明，实验成功制备了磁性纳米复合材料，而反应前后Ｆｅ３Ｏ４的晶型并未发生变化。

）分析技术能给出样品的元素组成、化学价态以及有关的电子结构重要信Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ

［１］

息。Ｇ就采用Ｘｕａｎ等３ＰＳ法对ＴＮＴ核－壳结构分子印迹微球表面的羧基含量进行了测定。

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