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1、分离分子印迹分离技术雷建都 【摘要】：分子印迹(Molecular Imprinting)是一种新的、很有发展潜力的分离技术。利用分子印迹技术，能够制备具有特异识别功能的色谱介质。它是将功能单体，在模板分子(目标分子，又称印迹分子)的存在下，交联聚合，然后洗脱除去模板分子，这样制得的聚合物，在立体空穴和功能基排布上与目标分子具有互补的结构，因此在分子识别中有着特殊的选择性和良好的前景。由于其具有高选择性和高强度(即耐热、耐有机溶剂、耐酸碱)的优点，与天然抗体相比制备简单，而且模板分子可回收重复使用的特点，近年来引起人们的广泛关注。该技术已成功地用于色谱分离，抗体或受体摸拟，生物传感器以及酶的模

2、拟和催化合成等诸多领域，显示出良好的应用前景，尤其在手性拆分上，诸如氨基酸、糖类及其衍生物和药物的手性分离。本文利用分子印迹技术对药物的手性拆分、天然产物葛根素及蛋白质的印迹进行了研究，建立了分子印迹亲和模型，对分子印迹进行了定量描述。主要工作如下： 1在模板分子(S)-萘普生的存在下，采用丙烯酰胺为功能单体，以二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，制备出(S)-萘普生的分子印迹聚合物(MIPs)；优化了模板分子、功能单体、交联剂和致孔剂等因素对MIPs制备的影响；高效液相色谱评价表明，制备的MIPs能够有效地拆分萘普生的外消旋混合物在印迹柱上得到了较好的拆分选择性因子可达到1.74，分离度R可达0.

3、82；考察了印迹柱的耐用性，使用100次以上，分离效果不见明显下降。测定了印迹柱的动态吸附容量为0.87mgg聚合物。另外，在印迹柱上分离了与萘普生结构相似的布洛芬、酮洛芬，这进一步证实了制得的(S)-萘普生分子印迹聚合物的高度专一识别性能。以(S)-酮洛芬为印迹分子，采用4-乙烯基吡啶为功能单体，以二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，首次制备出(S)-酮洛芬的分子印迹聚合物；研究了印迹分子、功能单体、交联剂和致孔剂用量对聚合物制备的影响；制备的(S)-酮洛芬印迹聚合物用做高效液相色谱固定相，结果表明，外消旋酮洛芬能够得到较好的手性分离，选择性因子可达到1.52，分离度R可达0.82；并且经过多次(

4、60次)使用，分离效果没有明显下降，说明制备的印迹柱具有良好的耐用性。 2研究了分子印迹分离过程中的热力学行为，测定了萘普生和酮洛芬分子印迹分离过程中的的焓变、熵变和自由能变化，计算结果得出H和S的值均为负值，并且熵的变化很小，这说明萘普生和酮洛芬分子印迹拆分过程是受焓控制的，从而 中文摘要 进一步说明影响分子印迹分离的两个主要因素中，与模板分子互补的功能基比空间 孔穴占有更重要的作用。研究了(S)一蔡普生和(S)一酮洛芬分子印迹聚合物的表面结构 和表观形状，分别测定了(S)一蔡普生和(S)一酮洛芬分子印迹聚合物的孔径分布曲线， 30nm左右的孔占有的比例最大。分别分析了功能单体丙烯酞胺、4一

5、乙烯基毗陡、(S)- 蔡普生和(S)一酮洛芬分子印迹聚合物的红外谱图，经过对比发现制得的印迹聚合物 中C二C双键峰很小。 3.借鉴亲和吸附模型，将模板分子看成一个整体与配体作用，首次建立了分 子印迹亲和吸附平衡模型。利用建立的模型，分别以(S)一蔡普生和(S)一酮洛芬分子印 迹柱进行实验加以验证，将实验得到的色谱数据用于该理论模型，结果表明，实验 数据与理论模型比较吻合。这说明亲和吸附机理控制着这一体系的色谱保留行为， 同时测得了(S)一蔡普生和(S)一酮洛芬的分子印迹亲和吸附平衡常数，当流动相采用1: 1的四氢吠喃一庚烷时(S)一蔡普生分子印迹亲和吸附平衡常数34.45，而(S)一酮洛芬分

6、子印迹亲和吸附平衡常数在乙睛流动相中为39.16(温度22)。 4.利用丙烯酞胺为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇醋为交联剂，以葛根素为模 板分子制备了葛根素分子印迹聚合物。首次将分子印迹技术用于天然产物的分离， 结果表明制备的印迹聚合物具有较好的印迹效果。研究了聚合溶剂、流动相以及流 速、样品配制时溶剂对印迹效果的影响，结果说明四氢吠喃作为流动相效果最好， 研究了流速以及配制样品的溶剂对分离效果的影响。在HPLC(Cl8柱)上分析，制 备的印迹柱确实能从葛根黄酮中分离出葛根素，但专一性不是很高。 5.利用乳化成球法制备出粒径均匀的壳聚糖球形介质。考察了多种因素对成球 的影响，优化了成球条件。采用

7、滴加成球法制备出球形壳聚糖介质，研究了三聚磷 酸钠溶液浓度及空气流速对成球的影响，得到其最佳条件为:三聚磷酸钠溶液浓度 3%;空气流量为1 .8耐/min，线速度为23.8111岁h。采用滴加成球法，以壳聚糖为功 能单体，对蛋白质血红蛋白的分子印迹进行了初探。研究了温度、壳聚糖浓度和血 红蛋白浓度对分子印迹效果的影响，结果表明在下列条件下印迹效果较好:壳聚糖 浓度为4%，交联温度40，血红蛋白浓度3mg/mL。手性（Chirality)是自然界的本质属性之一。作为生命活动重要基础的生物大分子，如蛋白质、多糖、核酸和酶等，几乎全是手性的，这些小分子在体内往往具有重要生理功能。目前所用的药物多为低

8、于50个原子组成的有机小分子，很大一部分也具有手性，他们的药理作用是通过与体内大分子之间严格手性匹配与分子识别实现的。含手性因素的的化学药物的对映体在人体内的药理活性、代谢过程及毒性存在显著的差异。当前手性药物的研究已成为国际新药研究的主要方向之一。绝大多数的药物由手性分子构成，两种手性分子可能具有明显不同的生物活性。药物分子必须与受体（起反应的物质）分子几何结构匹配，才能起到应有的药效，就如由手只能带有手套一样。因此，往往两种异构体中仅有一种是有效的，另一种无效甚至有害。 手性药物（chiral drug）是指药物分子结构中引入手性中心后，得到的一对互为实物与镜像的对映异构体。这些对映异构体

9、的理化性质基本相似，仅仅是旋光性有所差别，分别被命名为R-型（右旋）或S-型（左旋）、外消旋。分子印迹技术分子印迹技术 将各种生物大分子从凝胶转移到一种固定基质上的过程称为印迹技术（blotting）。 Southern在1975年首先提出了分子印渍的概念。他将琼脂糖凝胶电泳分离的 DNA片段在凝胶中进行变性使其成为单链，然后将一张硝酸纤维素(nitrocellulose， NC)膜放在凝胶上，上面放上吸水纸巾，利用毛细管作用原理使凝胶中的DNA片段转移到 NC膜上，使之成为固相化分子。载有DNA单链分子的 NC膜就可以在杂交液与另一种带有标记的 DNA或RNA分子(即探针)进行杂交，具有互补

10、序列的RNA或DNA结合到存在于 NC膜的 DNA分子上，经放射自显影或其他检测技术就可以显现出杂交分子的区带。由于这种技术类似于用吸墨纸吸收纸张上的墨迹，因此称为“blotting”，译为印迹技术。 生物大分子印迹技术发展极为迅速，己广泛用于 DNA、RNA、蛋白质的检测。通常人们将DNA印迹技术称为Southern blotting，将RNA印迹技术称为Northern blotting，将蛋白质印迹技术称为Western blotting，将不经凝胶的印迹技术称为斑点印迹（Dot blotting）。分子印迹技术：药学领域应用显身手 分子印迹技术（MIT）又称分子烙印技术，是将高分子科学

11、、材料科学、生物化学、化学工程等学科有机结合在一起，为获得在空间结构和结合位点上与模板分子完全匹配的聚合物（即分子印迹聚合物，MIP）的一种新型实验制备技术。目前，MIT已应用于手性拆分、仿生传感器、固相萃取、抗体模拟以及控释药物等领域，尤其是在药学领域的应用越来越受到瞩目。在新型DDS设计中显露锋芒在新型药物传递系统（DDS）的设计上分子印迹技术具有巨大潜力，尽管它在此领域的应用还处于初始的阶段，但已备受关注，其给药方式亦可采用不同途径，如口服、经眼、经皮给药等。国外研究人员认为，MIP与印迹分子之间有高亲和性，这种作用可以通过外部条件的改变（如pH、光、热等）来精确控制，选择生物相容性材料

12、来印迹药物分子，然后通过外部条件的改变就可以实现药物分子的控制释放。为了充分发挥药效，确保用药安全，DDS必须具备调节药物的释放速率（延迟或延缓释放）和/或将药物靶向到特定部位的功能。有人认为，基于MIP的DDS可通过以下3种方式来控制药物的开始释放时间和/或药物的释放速率：速率程控释药，即药物按某一特定的速率程序从体系中扩散出来，属于常规的DDS释药方式；激活调控释药，即药物的释放是由某些物理、化学或生化作用（如pH、温度和酶等）触发而引起的，如结肠定位释药系统；反馈调节释药，即药物的释放率是由某种触发剂的浓度调节的，如某一生化物质，它的浓度本身就依赖于体内的药物浓度，当触发剂浓度达到某一水

13、平时，药物开始释放，而低于此水平时，药物停止释放，如葡萄糖调节胰岛素释放系统。另外，如果给印迹聚合物偶联靶向分子，那么药物分子还可在特定部位释放。多项研究工作都印证了分子印迹技术在设计新型DDS上具有不可替代的优势。如有研究人员在氯仿中以甲基丙烯酸为功能单体，以乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，采用非共价方式制备了茶碱印迹颗粒，在pH7.0的缓冲液中能持续释药数小时。还有人将以甲基丙烯酸为功能单体制备了心得安MIP用作经皮给药装置的赋形剂，在水乙醇（5050）的介质中进行扩散实验。结果表明，含MIP的给药装置释药速度明显慢于含非MIP的给药装置，具有明显缓释效应。另有研究人员制备了噻吗心安（Tim

14、olol）分子印迹聚合物的眼内释药软隐形镜，在37的人工泪液中可持续释药10小时以上。此外，另有人运用辐射法制备具有分子印迹的PEC星型聚合物，通过MIP的三维结构来控制药物的释放，将其作为蛋白质类药物的DDS。在光学活性药物分离上独具优势目前，绝大多数光学活性物质为外消旋体形式，无法分别测定其药物动力学和毒理学指标，利用MIT可以分离及纯化这些对映异构体混合物。国外有研究人员首先把分子印迹聚合物作为高效液相色谱的固定相，拆分模板D甘露吡喃糖苯苷的外消旋体；还有研究人员以S萘普生为模板分子制备MIPs对其消旋混合物拆分，同时还可将S萘普生与其结构类似物布洛芬和酮洛芬进行分离。另外，还有人报道了

15、睾丸酮、胆固醇、唾液酸、磺酞胺、辛可尼丁等分子印迹聚合物分离模板分子与其类似物。而国内研究人员利用MIT对药物对乙酰氨基酚、头孢氨苄、氧氟沙星酸等分子印迹聚合物的合成和结合选择性进行了研究，对水杨酸、氧氟沙星等药物的分离效果进行了系列研究。在中药活性成分分离中发挥作用利用MIT还可以分离中药活性成分，如以（）伪麻黄碱和（）降麻黄碱为模板的分子印迹聚合物；以苦参碱、黄酮类、萜烯类为模板制备的分子印迹聚合物等可用于相应的药物的提取与分离。随着化学、生物学、材料学和分析技术的不断进步，MIT将在药学领域发挥越来越大的作用。目前，MIT在药物分析中的应用较为成熟，但在整个药学领域的应用研究方面还有许多

16、课题值得进一步探索。首先，如何进一步从分子水平上弄清楚分子印迹和识别的过程，定量描述其机理，提高MIP制备的预知性和可控性；其次，如何保持MIP的刚性与柔性的平衡，使其适合于DDS；第三，如何在水中合成MIP，将分子印迹和识别过程从亲脂性药物拓展到亲水性药物；第四，如何将分子印迹研究领域从目前的小分子领域拓展到大分子领域，如蛋白、核酸、多糖等，甚至拓展到超分子水平的细胞与病毒；第五，如何能将MIP的印迹药物分子不经洗脱或解离，以及再装载过程，而可将MIP直接作为DDS。总之，随着生物技术、电子技术、合成手段和现代分析检测手段的迅猛发展，MIP的合成、表征方法和理论系统将日臻完善，其在药学领域的

17、应用前景将更加光明。 （吴正红）分子印迹技术在中药提取分离中的应用2009-5-30 10:26:00 来源：唐汉中医药网 作者：分子印迹技术(molecular imprinting technology，MIT)是20世纪末出现的一种高选择性分离技术，这种技术的基本思想是源于人们对抗体一抗原专一性的认识，利用具有分子识别能力的聚合物材料分子印迹聚合物(molecule imprintingpolymer，MIP)来分离、筛选、纯化化合物的一种仿生技术。因为制备的材料有着极高的选择性及卓越的分子识别性能，很快在固相萃取、人工酶学、手性拆分、生物传感器、不对称催化等方面得到了广泛的应用。笔者现

18、主要对MIT在中药提取分离中的应用作一概述。1 分子印迹技术基本原理及聚合物的制备11基本原理 MIT是选用能与印迹分子产生特定相互作用的功能性单体，通过共价或非共价作用在溶剂中形成印迹分子一功能单体复合物，加入交联剂，在引发剂的引发下与带有特殊官能团的功能单体进行光或热的聚合，形成三维交联的聚合物网络，然后，用合适的溶剂除去印迹分子，在聚合物网络中形成空间和化学功能与印迹分子相匹配的空穴。这种空穴与印迹分子结构完全一样，可对印迹分子或与之结构相似的分子实现特异性的识别。12分子印迹聚合物的制备 分子印迹聚合物的制备过程可分为3步：第一步是印迹，将印迹分子和功能单体按比例混合，使其存在一定的分

19、子间作用力；第二步是聚合，加交联剂，使复合物通过聚合反应形成聚合物；第三步是去除印迹分子，反复洗脱水解，使其形成具有一定空穴的分子印迹聚合物。根据功能单体和印迹分子间作用力的差异，MIP可分为以下3类。121 共价键法 也称预先组织法。印迹分子与功能单体通过可逆的共价键结合，加入交联剂共聚后，印迹分子通过化学方法从聚合物上断开，再用极性溶剂将印迹分子洗脱下来，使其形成具有高密度空腔的分子印迹聚合物。其主要的反应类型有形成硼酸酯、西佛碱、缩醛(酮)、酯等。共价键法的优点是空间位置固定，选择性高，峰展宽和脱尾少，常用于诸如糖类、氨基酸类、芳基酮类等多种化合物的特定性识别。由于共价键比较稳定，因而会

20、生成较多的键合位点，印迹效率要高于非共价键印迹法。其缺点是功能单体选择有限，使模板限制较大且难以除去。因此，在选择模板时共价键键能必须适当，否则会使在识别过程中结合与解离速度偏慢，难以达到热力学平衡。122 非共价键法也称自组装法。印迹分子与功能单体通过氢键、金属配位键、偶极作用、离子化作用、疏水作用、静电引力、范德华力等多种非共价键作用力生成分子自组装体，在合适的引发条件下生成聚合物，将聚合物研磨为粉末并用合适的溶剂除去模板分子。这种过程是模拟生物中多重分子间作用而具有立体效应。其优点是可使用多种功能单体，模板分子多样且易于用适宜的溶剂洗脱。这种方法制得的MIP因使用多种作用的结合，具有选择

21、性高、分离能力强、识别速度快等特点。缺点是在聚合前，模板分子与单体可形成多种分子络合物制备的MIP结合位点不均匀，常导致非特异性结合。在洗脱过程中，由于很难将聚合物中的模板分子除去，就会造成“模板渗漏”。但由于该法灵活方便，制备过程简单，使得此法比共价键法更适用。123半共价印迹法 也称空间牺牲法。即聚合时功能单体和模板分子通过共价作用形成稳定的配合物，而在对印迹分子的识别过程中，仅通过非共价作用力来进行重新键合。这种方法由于模板分子和单体用共价键结合，使生成的聚合物结构完整，结合点均匀整齐。在洗脱过程中用强极性溶剂反复洗涤，从而解决了非共价健法的“模板渗漏”对待测物的影响。2在中药提取分离中

22、的应用 由于含量低、结构复杂且类型多样。使中药活性成分分离困难。高效液相色谱法、硅胶柱色谱法等常规的分离方法溶剂消耗量大、效率低，且容易造成微量的有效成分丢失。MIT与上二述色谱分离技术相比，具有分子识别性强、固定相制备简便快速、操作简单、性质比较稳定(耐酸碱，耐高温、高压等)、溶剂消耗量小、模板和MIPs都可以回收再利用等优点，在中药有效成分的提取分离中有很好的应用前景。21活性成分的分离纯化 目前所报道的MIT多用于黄酮类、多元酚类、生物碱类、甾体类和香豆素类的分离纯化。程氏等以葛根素为模板分子、丙烯酰胺为单体、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)为交联剂，制备葛根素MIP用于分离葛根提取液中

23、的葛根素，并用静态吸附实验研究了葛根素MIP的吸附行为。结果表明，该MIP对模板分子葛根素印迹效果较强，得葛根素回收率为83，远大于用大孔吸附树脂的提取效果。谢氏等用非共价键法，以丙烯酰胺作功能单体、以强极性化合物槲皮素为模板，将槲皮素MIP用于银杏叶提取物水解液的分离，得槲皮素的回收率为89，并用固相萃取从服用银杏叶提取物水解液的大鼠血浆中测定槲皮素含量，同样得到了较好的效果。李氏等以中药黄栌的主要成分非瑟酮为印迹分子、丙烯酰胺为功能单体及乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，通过封管聚合法合成了分子印迹聚合物；通过优化清洗及洗脱条件，用固相萃取使非瑟酮与它的结构相似物槲皮素在柱上得到了很好的分离。

24、向氏等以反中药醋制法作为中医药学宝贵遗产之一，有必要加强此方面的研究，逐步搞清醋制品的炮制入肝经机理，使此项传统的制药技术向现代化迈进。式白藜芦醇为模板分子，采用溶液聚合方法，合成白藜芦醇的MIP。结果表明，该印迹聚合物中形成了2类不同的结合位点。虎杖提取物经固相萃取，得到主要含白藜芦醇及少量结构与其相似的白藜芦醇苷组分。22有效成分的富集及分离 由于MIP具有从复杂样品中选择性地吸附模板分子或与其结构相近的某一族化合物的能力，因此，它非常适合用作固相萃取剂来分离富集复杂样品中的痕量被分析物，提高分析的精密度和准确性。朱氏等以长春碱为模板分子，用本体聚合的方法制备长春碱MIP，通过对抽提溶剂的

25、选择从而解决了“模板渗漏”的问题，并成功用于分离、富集长春花提取物中的长春碱。Suedee等以奎宁为模版，合成印迹聚合物并将其应用于薄层色谱中，对奎宁分子对映体及结构类似物有良好的识别能力。卢氏等利用奎宁在稀硫酸溶液中具有荧光的特点，采用荧光法研究了奎宁MIP的吸附特性和识别性能，结果其离解常数达l0810-molL，表观最大吸附量为1318 pmolg，进一步证明了Suedee的结论，为中药中奎宁物质的选择性富集及分析提供了一条新的途径。颜氏等通过制备的槲皮素MIP，将其作为吸附剂填充成固相萃取柱，结合毛细管电泳仪，对比槲皮素及其结构相似物芦丁的混合物电泳图。结果表明，芦丁分子由于羟基与葡萄

26、糖和鼠李糖相连，空间体积比槲皮素大，较难进入由模板分子槲皮素形成的分子印迹孔穴，而槲皮素是通过特异性识别作用吸附在印迹孔穴内。陈氏等以咖啡因为模板，采用水溶液悬浮聚合法制备了用于色谱分离(作PLC的固定相)的微米级MIP微球，通过改变HPLC的流动相缓冲溶液的pH值研究了咖啡因在MIPs柱上的容量因子(k)、分离因子(a)和印迹因子(B)，说明MIPs在水溶液中对茶叶中的咖啡因进行了分离富集。以上研究结果表明，MIP可作为固相萃取的填充剂或固相微萃取的涂层材料来分离富集中药中的有效成分，以达到分离净化和富集的目的。23对手性异构体及结构类似物的分离MIP由模板分子与可聚合的功能单体通过离子作用

27、、氢键作用、疏水作用等超分子作用形成主客体配合物，在除去模板分子后，得到记录模板分子构型的空穴的刚性聚合物，且其功能基团在空穴中的排列能与模板分子互补，因而对模板分子表现出特异的选择性和吸附能力，对采用常规方法难以分离的手性异构体可进行较好的检测和分离。董氏等以(-)一ephedrine为模板分子，采用本体法合成了(-)-ephedrine分子印迹聚合物，将其用于分子印迹固相萃取，成功地测定了中药麻黄中的(-)一ephedrine，结合HPLC进行分析，表明该聚合物对(-)-ephedrine有良好的选择性和亲和力，有较高的回收率和精密度。黄氏等采用原位聚合法直接在毛细管柱中合成辛可宁印迹聚合

28、物，用压力辅助毛细管电色谱模式拆分非对映异构体辛可宁和辛可尼丁，结果柱效远高于其在HPLC分离中的柱效。中药金鸡勒中辛可宁的量可直接进行测定。Beach等以(-)-伪麻黄碱和(-)-降麻黄碱为模板，制得MIPs作为薄层色谱的手性固定相，不仅实现了对相应模板分子的识别，而且还能分离出结构类似的手性化合物麻黄碱和副肾碱。由此看出，以活性成分为模板分子合成相应的RIP，可直接从中药中分离与模板分子结构类似、生理活性相似的成分，避免了传统分离的低效性。24其他应用 MIT在中药新药开发中的研究主要用于寻找已知药物的代替品。高活性的抑制剂因其自身的高毒副作用，或在体内不能被很好地吸收而无法最终成药。以一

29、种高效高毒性的分子作为模板分子制备WIP，直接从天然组合化学库中筛选出其他有效且低毒的化合物作为代替品；或利用那些高效无毒但是由于制备困难而非常昂贵的药物分子作为模板，寻找其他成本低廉且容易得到的代替品。目前该研究还处于探索阶段，利用MIP对模板分子及其结构类似物的高选择性，可使其作为一种新的分离材料应用于中药新药开发的研究。3展望 WIT作为中药活性成分提取的一种新技术，其最大特点是用已知的化合物为印迹分子，合成化合物的印迹聚合物，对中药提取液进行高通量筛选，再结合色谱等进行结构确认。虽然MIT已广泛应用于各个领域并取得了显著进展，但作为一种新型的分离技术，其本身在理论和应用等方面还存在许多

30、有待解决的问题。首先，分子印迹技术的机理研究相对肤浅，还处于定性和半定量的阶段，结合位点的作用机理、聚合物的形态和传质机理不够明确，需进一步从分子水平上弄清楚分子印迹和识别的过程，定量描述其机理，以提高MIP制备的预知性和可控性。其次，目前MIP的制备和应用大多数只能在有机相中进行，如何利用特殊的分子间作用力在水溶液中或极性溶液中进行分子印迹以便接近或达到天然分子识别系统水平，将分子印迹和识别过程从亲脂性药物拓展到亲水性药物尚待研究。第三，目前功能单体的种类太少，且价格昂贵，不能满足某些分子的识别要求，更不能满足其实际生产的需要，新的功能单体的合成追在眉睫。第四，现在所用的模板分子多为酸性或碱性的小分子苷元，如何将分子印迹研究领域从目前的小分子领域拓展到诸如蛋白、核酸、多糖等大分子领域，甚至拓展到超分子水平的细胞与病毒，对分子印迹技术来说具有里程碑意义。 随着化学、生物学、材料学和分析技术的不断进步，以上困难可通过提高印迹分子回收率，或使用新的交联剂，或提高烙印技术等手段加以克服。总之，MIP作为一种高选择性主体，以其独有的特异性分离特点，预示着该技术在中药活性组分的分离中具有良好的应用前景。