分子印跡屬于超分子研究范疇。它是指制備對某一特定分子(模板分子或印跡分子)具有選擇性的聚合物的過程。通常可描述為制造識別“分子鑰匙”的人工“鎖”技術。如在非共價型印跡中以感興趣的目標分子充當模板,該分子通過氫鍵、靜電作用、疏水作用等非共價鍵作用,對可聚合的功能單體進行組裝,加入交聯劑聚合,然后除去印跡分子,形成分子印跡聚合物。由于除去印跡分子以后在聚合物中留下了功能基團精確排布的孔穴,該孔穴與印跡分子的形狀、大小、電荷分布具有互補性,使得分子印跡聚合物具有良好的選擇性。分子印跡聚合物具有預定性、識別性和實用性三大特點,人們可以根據目的的不同、模板分子的不同制備不同的分子印跡聚合物,來滿足各種不同的需要;它與天然的生物分子識別系統如酶與底物、抗原與抗體、受體以及激素相比,具有耐高溫、高壓,耐酸堿、耐有機溶劑,有較好的重復性,生產成本較低,易于實現大規模生產等優點。因此,近年來分子印跡技術發展非常迅速。
分子印跡聚合物的制備一般包括如下三個過程:
①模板分子與功能單體之間通過共價鍵或非共價鍵作用結合,形成主客體配合物;
②加入交聯單體,在引發劑、熱或光引發下,在模板分子——功能單體配合物周圍發生聚合反應,聚合物鏈通過自由基聚合將模板分子和單體的配合物“捕獲”到聚合物的立體結構中;
③將聚合物中的模板分子洗脫或解離出來,在聚合物中便留下許多與印跡分子形狀相似的孔穴,且孔穴內功能基團在空間位置和結合位點上與印跡分子互補,可與印跡分子發生結合作用,從而實現分子識別。
分子印跡聚合物與模板分子之間的結合作用主要是孔穴內固定排列的結合基團與模板分子間的相互作用。在制備分子印跡聚合物的過程中,對結合基團有以下幾個要求:
第一,模板分子與結合基團間要有足夠強的鍵合作用,以便在聚合過程中把模板分子牢固地固定住在交聯時把結合基團按確定的空間位置固定排列;
第二,生成聚合物后,模板分子要盡可能地完全去除,因為殘留的模板分子會降低分子印跡聚合物的使用效率;
第三,結合基團與模板分子的相互作用要盡可能地快,以便用于快速色譜分離和催化,同時,還要具有很好的可逆性,這樣才能多次反復使用。
結合基團和模板分子之間的結合作用主要有:
①共價鍵合作作用;
②π-π鍵作用;
③氫鍵作用;
④疏水/范德華力作用;
⑤(過渡)金屬配基結合作用;
⑥冠醚與離子作用;
⑦離子鍵作用。
一種理想的分子印跡聚合物應具一下性質:
①聚合物的結構應具有一定的剛性以確保印跡孔穴的空間型和互補官能團的位置;
②其空間結構具有一定的柔韌性以確保親和動力學能盡快達到平衡;
③親和位點的可接近性;
④機械穩定性,以便分子印跡聚合物(MIP)可以在高壓下應用;
⑤熱穩定性。