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user: 2. 分子印迹膜 2.1. 分子印迹膜的分离机理 模板分子在分子印迹膜(molecularly imprinted membrane， MIM)间的传递通常主要是依靠聚合物链间的自由空间、固相聚合物中的孔隙以及聚合物凝胶溶胀部分。当目标物与MIM接触时，MIM上的印迹位点会对目标物产生特异吸附，而对其他干扰物质没有特异吸附作用，从而使目标物与干扰物发生分离。由于模板分子与MIM上的印迹位点相匹配，而干扰物与MIM间没有特异性吸附发生，因此模板分子会优先被MIM吸附，而干扰物在MIM上的传递过程十分缓慢。因此，MIM表面的印迹位点的分布及其自身的结构特性在很大程度上决定了在MIM上的传质速率。在MIM与模板分子的分离过程中，由于模板分子与MIM之间的特异吸附性，使得模板分子在MIM上发生滞留，传质速率逐渐减小，而干扰物可以快速渗透入MIM。因此，MIM表面印迹位点对目标物的键合能力很大程度上决定了MIM对目标物的特异吸附性。 2.2. 分子印迹膜的制备方法 制备分子印迹膜的关键在于功能单体的选择，当模板分子与所选的功能单体在合适的聚合溶剂中溶解均匀后，模板分子与功能单体会以非共价作用相结合，形成模板分子–功能单体复合物，此时加入交联剂，以一定的方式引发交联聚合，使之在基底材料上发生聚合反应，固定模板分子–功能单体复合物，形成具有一定刚性的MIM。再采用一定的物理/化学方法去除MIM中的模板分子，使得MIM上留下与模板分子大小相同、结构相同且功能基团完全匹配的印迹位点。当模板分子与MIM接触时，MIM表面的印迹位点会特异性吸附模板分子及其结构类似物，而对其他物质无特异吸附作用，实现模板分子与干扰物的分离和富集。目前，MIM的制备方法主要有分步法、同步法和复合法 [ 16 ] 三种。 分步法 分步法是指用两张通透性好的多孔膜夹住预先制备好的MIPs，使之形成“夹心”结构的一种方法。将所选的通透性好的多孔膜夹住MIPs，一方面可以支撑MIPs，避免易脆易断的现象，另一方面，多孔膜的通透性好，不会对MIPs在溶液中的传质过程形成阻碍。被多孔膜夹住的MIPs层则主要起到特异识别目标物的作用。采用分步法制备MIM，制备过程较为简单，便于操作 [ 17 ]。但制备的MIPs需要复杂繁琐的研磨、过筛步骤，使得MIPs的印迹位点被破坏，影响MIPs对模板分子及其结构类似物的特异吸附能力，为了避免研磨过程中印迹位点的破坏，通常在制备时会加入过量的交联剂，增大MIPs的交联度，但又会导致MIPs的通透性差，传质效果不好 [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]。 同步法 同步法主要包括原位交联聚合法和相转化法。原位交联聚合法是指将混合均匀后的聚合体系加入到两块固定的基板材料之间，然后采用一定的引发方式，引发交联聚合反应的发生，整个制备过程是采用整体聚合法。这种制备MIM的聚合方法易于操作，但制备的MIM较厚，且厚度不均匀，使得MIM与目标物之间的传质效果差，影响对目标物的特异吸附性能 [ 21 ]。相转化法是指通过相转化成膜的过程中形成MIM的方法，然后采用一定的物理/化学方法去除MIM中的模板分子，从而得到对模板分子及其结构类似物具有特异吸附功能的MIM [ 19 ]。在采用相转化法制备MIM时，为了得到吸附性能好的MIM，需要对交联剂的用量进行严格控制 [ 9 ]。Bai等采用原位交联聚合法，以玻碳电极的石墨烯层为基底材料，以青蒿素为模板分子，在其表面引发交联聚合反应，合成出青蒿素分子印迹膜，该分子印迹膜对目标物青蒿素具有良好的特异吸附能力，且性能稳定，成功应用于样品中青蒿素的提取和分离 [ 22 ]。Fan等采用相转化法，以昔萘福林为模板分子，合成出昔萘福林分子印迹膜材料，该分子印迹膜对目标物昔萘福林的选择性好，实现了样品中昔萘福林的分离 [ 23 ]。 复合法 采用复合法制备MIM的过程一般分为两步，第一步是制备通透性好的基底材料，这种基底材料的作用主要是为MIM提供孔结构，使得分子印迹膜的传质效果好，第二步是在制备好的基底材料上接枝或在基底材料内交联分子印迹聚合物，形成非对称或对称的MIM [ 24 ]。 Yin等选用聚对苯二甲酸乙酯膜为基底材料，以牛血清为模板分子，将引发剂接枝在基底材料的表面上，在一定的光照条件下，引发聚合反应的发生，制备了对目标物牛血清具有特异吸附性能的MIM，并对牛血清分子印迹膜的识别性能进行研究，研究结果表明，牛血清分子印迹膜对目标物牛血清的特异吸附能力较强，印迹因子达到4，且饱和吸附量约为8 mg·mL −1 [ 25 ]。Wu等选用再生纤维素膜为基底材料，制备了对目标物青蒿素具有特异吸附性能的MIM，并对青蒿素分子印迹膜的识别性能进行研究，研究结果表明，该青蒿素分子印迹膜对青蒿素有较强的特异吸附能力，印迹因子达到5 [ 26 ]。 2.3. 分子印迹膜的应用 相比于传统的分子印迹聚合物形态，分子印迹膜不仅具备了分子印迹技术对目标物的精准识别性能，而且具备了膜分离技术的传质速率快，使印迹位点位于聚合物表面的优点，在许多分离领域得到了广泛的应用，成为一种新型的分离技术 [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]。 手性拆分 相比于现有的一些分离技术(如酶拆分和手性合成等)，将分子印迹技术制备MIM用于手性拆分领域，不仅具有酶拆分技术的选择性和专一性，还具备其不具有的耐酸、耐碱、耐有机溶剂等恶劣环境的性质。因此，将合成的MIPs研磨、过筛后，做为固定相填入色谱柱中用于手性拆分。由于MIPs的结构稳定，且对模板分子及其结构类似物具有特异吸附能力，是一种极具优势的分离技术。 Hatanaka以D-谷氨酸为模板制备手性聚脲膜，用该手性聚脲膜在包含有D-谷氨酸和L-谷氨酸两种混合物的溶液中进行吸附实验，实验结果表明该手性聚脲膜会优先对D-谷氨酸进行吸附，随后，对该手性聚脲膜进行选择渗透性实验，实验结果表明：该手性聚脲膜对模板分子D-谷氨酸的特异吸附效果较好 [ 31 ]。Alizadeh等采用悬浮聚合法，以目标物本身为模板分子，将制备的手性分子印迹聚合物为媒介，进而合成出S-阿替洛尔印迹液膜。对S-阿替洛尔印迹液膜的特异选择性进行研究，研究结果表明：S-阿替洛尔印迹液膜对模板分子S-阿替洛尔的吸附能力明显比对(R)-阿替洛尔好，而非印迹液膜对这两种物质的吸附能力相当 [ 32 ]。 固相萃取 固相萃取(solid pHase extraction， SPE)技术兴起于在20世纪70年代，相比于传统的液相萃取技术和液固萃取技术，SPE适用于大批量萃取，具有灵敏度高、稳定性好等优点，在各分离检测领域受到广泛关注。 传统的SPE技术所使用的固相萃取填料没有选择性，无法从复杂基质中选择性吸附待测物质，只能通过非特异吸附作用实现目标物的分离，因此在萃取过程中，其吸附条件和洗脱条件的选择要求十分严格。同时，由于需要反复洗脱杂质，进行目标物的纯化，因此萃取操作复杂、有机溶剂消耗大且容易对环境造成二次污染。另一方面，为了避免交叉污染，制备的固相萃取填料不能进行二次利用，大大提高了生产成本。而分子印迹聚合物本身具备对目标物的特异吸附能力，将其作为固相填料代替传统的固相萃取填料，改善了固相萃取技术的不足，增加了固相萃取技术的选择性，且分子印迹聚合物可以被重复利用，能有效的降低生产成本。 Wang以胸腺五肽为模板，采用表面分子印迹法制备了胸腺五肽分子印迹膜材料，并对其选择吸附性能进行研究，研究结果表明胸腺五肽分子印迹膜对模板分子胸腺五肽具有优异的选择吸附能力 [ 33 ]。Wu等将双酚A分子印迹纳米粒子(MIP-NPS)和戊唑醇MIP-NPS与聚乙烯醇纤维相融合，制备纳米纤维分子印迹膜，对该纳米纤维分子印迹膜的选择吸附能力进行研究，结果表明纳米纤维分子印迹膜对双酚A和戊唑醇均具有较好的特异识别性能，同时，对实际样品中这两种目标物进行固相萃取实验研究，目标物在不同样品中的回收率均大于70.33%，其回收率和目标物的分离效果均比普通的固相萃取填料(如C18)更优 [ 34 ]。 仿生传感 生物传感器是一种利用生物技术对目标物进行检测的方法，其主要是由分子识别和转换两大部分组成 [ 35 ]。生物传感器具有灵敏度高、特异性好等优点，能实现分子水平的生物分子的分离，引起了广大研究者的兴趣和关注，但生物传感器容易受到温度和有机试剂的影响，因此对目标物的感应能力不稳定 [ 36 ]。将分子印迹技术与生物传感器相结合，用分子印迹聚合物作为分子识别部分，由于分子印迹聚合物具有特异吸附能力，且性质稳定，不易受温度及有机试剂等因素的影响，克服了传统生物传感器的不足。 张丽君等以氯霉素为模板分子，采用电化学法制备氯霉素分子印迹聚合膜电极，实现了对模板分子氯霉素的特异吸附性能，该氯霉素分子印迹聚合膜对氯霉素的检出限达到2.5 × 10 −8 mol·L −1 [ 37 ]。Piletsky等以阿特拉津为模板分子，采用自由基聚合法制备了阿特拉津分子印迹聚合膜，实现了对阿特拉津的特异吸附性能，该阿特拉津分子印迹聚合膜对阿特拉津及其结构类似物的检出限为0.01~0.50 mol·L −1 [ 38 ]。采用分子印迹技术制备生物传感器，由于分子印迹聚合物的性质稳定，生物传感器的灵敏度在使用2~4个月时基本不发生变化 [ 38 ] [ 39 ]。