分子印迹冰胶聚合物研究进展

环境水样及血液、尿液、发酵液、细胞破裂上清液等生物样品中快速、高选择性地进行手性识别、生物分离、去除重金属离子、定向解毒等[9，10]，亲合性提取小分子、无机离子以及多肽、蛋白质、核酸等生物大分子，甚至可直接固定与分离病毒粒子、细胞器、细胞及微生物等[11]。

2 结构与性质

冰胶制备过程如图1所示。当以水为溶剂时，将模板物质、结构单体、功能单体、交联剂（或聚合物如聚乙烯醇（pVA）与交联剂戊二醛（GA）[12]）加入水中，在0℃～

20℃时，由（NH4）2S2O8、 S2O8等氧化剂与NaHSO3、N，N，N，N-四甲基乙二胺等还原剂组成的引发体系引发低温自由基聚合反应，再经室温解冻并洗去模板分子后，得到具有合适空间结构的分子印迹冰胶[3，4]。

图1 分子印迹冰胶制备过程示意图

Fig.1 A schematic representation for preparation of molecular imprinting cryogel

2.1 单体与交联剂

目前，冰胶聚合物的结构单体主要为：甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）[3]、丙烯酰胺（AAM）[13]、N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）[14]、N-异丙基丙烯酰胺（NIPAm）[15]、乙烯己内酰胺（VCL）[16]、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）[17]及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸（AMPS）[18]等。部分结构单体如图2所示。因pHEMA有较好的化学惰性、较高的机械强度、较好的化学稳定性和生物稳定性，以及较好的生物相容性，故HEMA应用最多[19]。

功能单体具有与目标物质类似的空间结构与官能团，可进一步增加冰胶对目标分子的选择特性或吸附容量，并提高对生物样品的相容性。如表 1所示，功能单体多为N-甲基丙烯酰胺衍生物，它的功能基多为氨基酸甲酯系列，能提供酯基、亚氨基， 与目标物质形成较强的极性键、氢键、配位键或范德华力[20]。

加入交联剂后，可得到力学性能较好的具有三维立体网状结构的冰胶，使其具有适当的硬度与溶胀性质；其上的官能团亦可增加对目标物质的识别能力[11]。如图3所示，N，N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBAAm）是目前应用最多的交联剂，它除可使冰胶结构三维化外，其分子上的亚胺基与羰基还可与桥键性金属离子（如Cu2+）部分配位，利用金属离子的残余键位与目标分子（如氨基酸）上的咪唑基、巯基、吲哚基等发生配位，增加与生物分子的亲合性，应用于对多肽和蛋白质的纯化[21]；此外，EGDMA [22]（图2b）、戊二醛（GA）[23]亦可作交联剂。

2.2 模板分子

制备分子印迹冰胶的模板物质可以是Fe3+ [23]， BrO3[24]， AsO3

4[25]等简单的无机离子，也可以是雌二醇（E2）[23]、L-谷氨酰胺[26]、L-谷氨酰胺[27]、L-组氨酸[28]等小分子，同时，还可以是多种小分子共同充当模板成分，即混合模板或多模板法[29]，如Denizli等[8]以E2、4-壬基酚（4-NP）及莠去津（ATR）的混和物为模板，用以去除水体中的E2和ATR。

溶菌酶（Lys）[30]、胆红素（BIL）[31]、人血清蛋白（HSA）[19]、α-2b干扰素[32]、碳酸酐酶（CAH）[33]等生物大分子均可充当模板物质；当获得某些生物大分子有困难时，可利用这些大分子的某个片段为模板制备冰胶，以选择性识别大分子，从而降低成本。如免疫球蛋白G（IgG）的Fab片段[34]和Fc片段[35]都曾作为模板制备分子印迹冰胶以吸附人血浆中的IgG。