分子印跡技術在藥學中的應用

分子印跡技術在藥學中的應用分子印跡技術（MolecularlyImprimingTechnique,MIT）是近些年發(fā)展起來的一種新型技術，其核心在于制備對目標分子具有特異識別性且高度穩(wěn)定的分子印跡聚合物（Molecularlyimprintedpolymers，MIPs）。MIT技術的原理類似與“鎖和鑰匙”的理論，自1972由德國HeinrichHeine大學的Wulff[1-2]首次成功的合成了以糖類化合物為目標分子的共價型分子印跡聚合物起，這種能生動地模仿自然界自主識別過程的新技術，近年來已成為科學家們的熱門研究方向。1分子印跡聚合物制備的過程及方法1.1分子印跡聚合物的制備過程分為以下幾步⑶：（1）在特定的溶劑中，模板分子和功能單體在官能團之間的共價或非共價作用力下，結合形成配合物。（2）在溶劑中加入合適的交聯(lián)劑，并引進光和熱聚合，使其共聚形成高度交聯(lián)的剛性聚合物。（3）將聚合物中的印跡分子用合適的溶劑去除去，這樣就在聚合物中形成空間和化學功能與印跡分子相匹配，并且有預定選擇性的立體孔穴。根據(jù)功能單體與印跡分子的作用機理的不同，分子印跡技術可分為共價鍵法，非共價鍵法，半共價鍵法。1.2常用的制備方法1.2.1本體聚合法所謂本體聚合就是將印跡分子、功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑按比例溶解在惰性溶劑中，脫氣、通氮除氧，然后在真空下移入密封的玻璃安培瓶中，經(jīng)熱引發(fā)或紫外光照射引發(fā)聚合得到塊狀聚合物。后經(jīng)粉碎、磨細、過篩等過程，使塊狀聚合物成合適大小的粒子，洗脫除去模板分子。這種合成操作條件易于控制，實驗裝置簡單，便于普及，此方法由Sellergren囹等人于1988年提出，迄今為止仍然為MIP的主要制備方法。1.2.2原位聚合法原位聚合是一種將模板分子、功能單體、交聯(lián)劑、致孔劑和溶劑置于某些容器中或固體表面上直接聚合的方法。聚合物不需要經(jīng)研磨、過篩和沉降等繁瑣過程而直接用于分析。雖然原位聚合方法簡便且步驟捷簡，但原位聚合法的聚合條件往往很難控制和掌握。GuJ[5]等應用原位聚合法合成印跡聚合物制備分子印跡整體柱，以大黃素為模板分子，結果表明其分離純化大黃素的能力優(yōu)良。1.2.3懸浮聚合法懸浮聚合法是以水或強極性有機溶劑（全氟烴）作為分散劑，選用疏水性的功能單體，使印跡混合物形成乳液，聚合得到粒徑大小規(guī)整的印跡聚合物顆粒。因為整個制備過程都是在非極性體系中進行的，產(chǎn)物較適合應用于非極性環(huán)境中。Madrakian等［6］以萘普生為模板，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，過硫酸銨為引發(fā)劑，通過懸浮聚合法制備分子印跡磁性多壁碳納米管（MIPMCNTs），用于測定萘普生在人尿樣品中的含量，并獲得了滿意的結果。1.2.4表面印跡法表面分子印跡法是先將模板分子與聚合單體在溶液中反應形成加合物，再以表面活化后的聚合物顆粒（如硅膠、殼聚糖）作為載體，制備MIPs的一種方法稱為表面印跡法。這種附著在模板分子表面的印跡聚合物相對于其他聚合物有較高的空度和較大比表面積，能與底物更好的混合。1.2.5二次溶脹法二次溶脹法是在懸浮聚合法優(yōu)化后發(fā)展起來的制備方法7］，總結來說兩個步驟：（1）采用無皂乳液聚合法合成粒徑較小的微球；（2）以此微球為種球，再用特定的乳液將其進行多次溶脹，然后引發(fā)聚合，得到粒徑較大的微球。2分子印跡技術在藥學相關領域中應用基于MIPs對氨基酸、蛋白質(zhì)［8-1。］，以及藥物［U］，食品［⑵，污染物U3］中多種化學和生物分子的高效識別能力，如今它的應用領域包括：分離、純化目標物質(zhì)14］，化學仿生傳感器［15］，人工抗體模擬［16-17］，生物催化［18］，給藥系統(tǒng)［19］等。本文將對MIT在藥學中的應用進行了較為詳細的介紹與論述。2.1MIPs應用于分離純化目標物質(zhì)因MIPs分離技術具有構效預定性、特異識別性、長期穩(wěn)定性，且實施簡便、溶劑消耗量小、可回收再利用等優(yōu)點，分子印跡色譜法在中藥有效成分的提取分離中有很好的應用前景，并且成為MIPs近些年被研究最廣泛的應用領域之一。木犀草素［20］是花生殼中主要的黃酮活性成分，潘浪勝等用木犀草素分子印跡聚合物柱層析，對花生殼中黃酮類活性成分進行分離純化和結構確定，成功地從花生殼的乙醇（70%）提取物中分離得到1個黃酮類化合物，經(jīng)驗證確為木犀草素。藥物分子結構中引入手性中心后就叫手性藥物，臨床常用的2000余種化學藥物中，約40%是手性化合物，其中單一對映體不足100種，外消旋體是主要的藥用形式［21］，雖然對映異構體藥物的理化性質(zhì)基本相同，但由于藥物分子所作用的受體或靶位是由氨基酸、核苷、膜等組成的手性蛋白質(zhì)和核酸大分子等，后者對與之結合的藥物分子的空間立體構型有一定的選擇。因此，往往兩種對映異構體中僅有一種是有效的，另一種無效甚至有害，所以這就提出手性藥物的拆分要求，但傳統(tǒng)的分離手段很難達到分離要求。分子印跡技術的出現(xiàn)為藥物手性分離提供了一種簡單有效的分離方法。尹俊發(fā)22］等以手性藥物那格列奈為模板分子，采用原位聚合法制備了具有特定識別性能和手性拆分能力的分子印跡聚合物，并用作高效液相色譜固定相實現(xiàn)了那格列奈與其對映體的手性拆分。證明了原位聚合法制備的棒狀聚合物固定相對模板分子及其對映體有很好的手性拆分性能;麻黃堿和偽麻黃堿是麻黃的兩種主要成分，分子量相同，化學結構互為差向異構體，兩藥藥理作用相當廣泛且有差異。先前（一）-麻黃堿分子印跡聚合物（MIP）已成功應用于超臨界流體色譜固定相的分離（±）-麻黃堿對映體中，AnsellRJ［23］等通過優(yōu)化流動相組成，取得了更好的分離。因MIPs分離技術的特異識別性，它非常適合用作固相萃取劑來分離、富集復雜樣品中的痕量被分析物，MIPs的出現(xiàn)明顯提高了固相萃取技術分析的精密度和準確性，也為固相萃取技術提供了新的吸附劑選擇。分子印跡聚合物作為固相萃取劑的應用主要包括固相萃取、基質(zhì)固相分散萃取、固相微萃取、攪拌棒吸附萃取和磁性材料萃取。李禮［24］等分別以中藥黃櫨的主要成分非瑟酮為印跡分子、丙烯酰胺為功能單體及乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，聚合法合成了分子印跡聚合物。將其裝于自制的固相萃取柱中，研究了以不同體積比的乙醇-水溶液為溶劑時非瑟酮在柱上的保留行為。通過優(yōu)化清洗及洗脫條件，使非瑟酮與它的結構相似物槲皮素在柱上得到了很好的分離。司麗麗［25］以甲基丙烯酸為功能單體，磺胺二甲基嘧啶為模板分子，二甲基丙烯酸乙二醇酯為交聯(lián)劑，乙腈為致孔劑，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，研究制備了磺胺二甲嘧啶分子印跡整體固相微萃取棒，并將制備的磺胺二甲嘧啶分子印跡整體棒應用于固相微萃取中，本研究適用于檢測痕量的磺胺二甲嘧啶及其類似物。KolePL［26］等應用攪拌棒吸附萃?。⊿BSE）HPLC-UV技術測定了小兒尿液樣本中的雙氯芬酸的含量，并將此方法成功地應用于分析兒科臨床藥品試驗的樣品中雙氯芬酸含量?；|(zhì)固相分散萃取和磁性材料萃取則多用于農(nóng)藥殘留檢測和環(huán)境污染監(jiān)測，在這里不予以舉例說明。2.2給藥系統(tǒng)由于MIPs對模板分子具有選擇吸附性，且空穴結構具有高承載能力，所以MIPs可作為一種特殊材料應用于給藥系統(tǒng)。Norell,M.。27］等在1998年第一次提出了印跡聚合物應用于緩釋給藥系統(tǒng)的想法，試驗者以茶堿的分子印跡聚合物為研究對象，研究證明聚合物能在pH值7.0的磷酸鹽緩沖液中維持幾個小時的緩慢釋藥。近幾年MIPs在緩控釋給藥系統(tǒng)的應用日趨成熟，余旭輝［28］以舒必利為模板分子，甲基丙烯酸和衣康酸分別作為單體，采用本體聚合法制備了對舒必利及其結構類似物具有選擇吸附性能的MIPs,并將載藥后的MIPs粉末加入輔料制成的MIPs-舒必利片劑。結果表明，在pH6.8的模擬腸液中，舒必利在100min釋放達到平衡，而含有輔料的MIPs-舒必利片劑在250min釋放達到平衡，顯示該材料作為載體后具有一定的緩釋性能。作為載體材料具有進一步開發(fā)為藥物控釋制劑的價值。智能調(diào)節(jié)型給藥系統(tǒng)是［29］指由智能高分子載體構成的具有自我反饋功能的給藥系統(tǒng)，這種智能性主要表現(xiàn)在智能高分子載體上，而所謂的智能高分子載俸材料是指通過系統(tǒng)協(xié)調(diào)材料內(nèi)部的各種功能，對環(huán)境可感知且可響應，若且具有功能發(fā)現(xiàn)能力的一種新材料。Sreenivasan,K.［30］以氫化可的松作為模板分子制備MIPs，在移除模板分子后，讓MIPs裝載與其結構相似的睪酮分子。將裝載了睪酮分子的MIPs置于有氫化可的松存在的溶液中，因MIPs對模板分子（氫化可的松）的認知識別能力優(yōu)于睪酮分子，MIPs將會卸去睪酮分子，從而達到智能釋藥的目的。3結語與展望如今分子印跡技術已廣泛應用于藥物研究的各個方面，但其中存在的問題不容忽視32］。其一，一個新的MIP系統(tǒng)與特定模板分子的匹配需要消耗大量的人力和物力。要求試驗者必須經(jīng)過多次嘗試，合理的調(diào)節(jié)各個實驗參數(shù)才能摸出最佳條件。組合化學和高通量篩選［31］與分子印跡技術的結合則會提高MIPs的優(yōu)化效率，這無疑將成為未來的一個熱門研究領域。其二，MIPS的設計大多存在于非極性環(huán)境中，而在臨床或環(huán)境監(jiān)測領域，很多生物分子是不溶于有機溶劑的，更甚置于其中將失去活性，所以MIPS與水的兼容性至關重要。但研究證明水分子的存在會削弱或破壞模板與功能單體之間的非共價相互作用（靜電吸引，氫鍵和范德華力），這是一個亟待解決的問題。盡管分子印跡技術存在上述不足，但隨著研究的深入分子印跡技術將會在醫(yī)學領域發(fā)揮更大的作用。參考文獻［1］WulffG,SarhanA.Useofpolymerswithenzyme-analogousstructuresfortheresolutionofracemates.AngewChemIntEd.1972;11:341-342［2］WulffGSahanA，ZabrockiK.Enzyme-analonguebuiltpolymersandtheirusefortheresolutionofracemates.TetrahedronLett，1973，14(44)：4329-4332MosbachK,HauptK.Somenewdevelopmentsandchallengesinnon-covalentmolecularimprintingtechnology.}MolRecognit.1998Winter;11(1-6):62-8.SellergrenB,LepistoM,MosbachK.J.AmChem.Soc,1988,110(17)：5853—5860GuJ,ZhangH,YuanG,ChenL,XuX.Surface-initiatedmolecularlyimprintedpolymericcolumn:Insitusynthesisandapplicationforsemi-preparativeseparationbyhighperformanceliquidchromatography.JChromatogrA.2011Nov11;1218(45):8150-5.MadrakianT,AhmadiM,AfkhamiA,SoleimaniM.Selectivesolid-ph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