分子印跡傳感器在藥物檢測方面的應(yīng)用進展

唐風(fēng)娣,李延斌,胡譯之,何紅芳,門吉英

(中北大學(xué) 化學(xué)系,山西 太原 030051)

近年來，部分不法商家為獲取更多的利益，濫用動植物促生長素及超標(biāo)使用農(nóng)藥、化肥等，其經(jīng)過一定途徑進入人體后將對人造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害，為了公共衛(wèi)生利益，歐盟已明確規(guī)定了一些藥物的最大殘留限量。且根據(jù)一些藥物使用規(guī)范，一些藥劑在人體過多的殘留會對人體造成一定的副作用，其在臨床治療方面也具有一定的意義。因此，將分子印跡傳感器應(yīng)用于藥物檢測對食品安全、環(huán)境安全及生命安全等方面成為近年來的熱點。

分子印跡傳感器是以分子印跡聚合物作為傳感器識別元件的一種識別檢測裝置，由信號轉(zhuǎn)換器和識別元件兩部分組成。在檢測中，有較高的靈敏度和特異選擇性，且穩(wěn)定性好，因此其在傳感器領(lǐng)域頗受關(guān)注[1-2]。此外，一些傳統(tǒng)的檢測方法，如高效液相色譜(HPLC)、氣相色譜(GC)、高效液相色譜-質(zhì)譜(HPLC-MS)等技術(shù)都有一定的局限性，如檢測時間長、對樣品制備技術(shù)依賴性高、儀器昂貴等，限制了其應(yīng)用。而分子印跡傳感器具有更優(yōu)良的性能，如操作簡單靈活，選擇性良好及反應(yīng)時間短等優(yōu)點，成為更佳選擇的檢測裝置[3]。本文將從分子印跡傳感器在藥物檢測方面的應(yīng)用現(xiàn)狀進行綜述。

1 分子印跡傳感器的制備方法

分子印跡傳感器的制備方法主要有以下5種。

表面涂覆法：是用來制備分子印跡傳感器的最簡單的方法。Afzali等[4]采用離子液體基MIPs和納米金顆粒/氧化石墨烯(Au/GO)復(fù)合材料對玻碳電極(GCE)進行了修飾。通過表面涂覆法合成了MIP/Au/GO納米復(fù)合材料，成功地應(yīng)用于實際樣品的咪喹莫特(IMQ)檢測。

原位引發(fā)聚合法：是在加熱或者光照的條件下直接在傳感器上形成目標(biāo)分子印跡聚合物膜的方法。Kartal等[5]采用原位聚合法在石英晶體微天平(QCM)芯片上使用紫外光進行引發(fā)聚合成功制備了分子印跡傳感器。

電化學(xué)聚合法：也是一種直接成膜的方法。Azizollah等[6]在支撐電解質(zhì)(NaClO4·H2O)存在下，通過鉛筆石墨電極(PGE)、循環(huán)伏安法在PGE表面電沉積得到MIP。結(jié)果表明，該傳感器對MMZ具有良好的選擇性和準(zhǔn)確性。

自組裝法：陳琛等[7]在構(gòu)建L-色氨酸/OTS混合自組裝膜和L-色氨酸分子印跡OTS自組裝膜的基礎(chǔ)上，完成了L-色氨酸印跡膜電化學(xué)傳感器的制備與性能研究。該傳感器的檢出限為1.323 μmol/L，有較好的重現(xiàn)性和較長的使用壽命。

分子印跡溶膠-凝膠體系是一類具有特異性識別能力的無機聚合物。由于其穩(wěn)定的物理剛性結(jié)構(gòu)，分子印跡溶膠-凝膠體系在強酸、強堿等極端的環(huán)境中不易被破壞。蘇立強等[8]采用溶膠-凝膠法在熒光碳點(CDs)表面包覆分子印跡層，制備分子印跡熒光傳感器，檢測下限為1.8 μg/kg，有較高靈敏度和良好的選擇性。

2 分子印跡傳感器在藥物檢測中的應(yīng)用 現(xiàn)狀

2.1 分子印跡電化學(xué)傳感器在藥物檢測中的應(yīng)用

分子印跡電化學(xué)傳感器設(shè)備簡單、靈敏度高和穩(wěn)定性良好，且分析速度快，具有同時測定多組分等優(yōu)點[9]，具有廣泛的實用性。一般分為分子印跡電流型傳感器、分子印跡電容型傳感器、分子印跡電位型傳感器和分子印跡電導(dǎo)型傳感器4種。

2.1.1 分子印跡電流型傳感器在藥物檢測中的應(yīng)用 分子印跡電流型傳感器是指傳感器識別元件與目標(biāo)分子接觸時，是將濃度變化產(chǎn)生的分析信號轉(zhuǎn)換成電流信號變化來進行測定。Afazli等[10]采用金顆粒/氧化石墨烯(Au/GO)復(fù)合材料合成印跡聚合物，后將印跡聚合物懸浮液滴于GCE表面獲得MIP/Au/GO/GCE傳感器，結(jié)果表明，該傳感器有良好的重復(fù)性和再現(xiàn)性，成功地運用到實際樣品中咪喹莫特(IMQ)的檢測。另外，Wang等[11]提出了一種基于CuCo2O4/N-CNTs負(fù)載分子印跡聚合物(MIP)修飾玻碳電極(GCE)的新型電化學(xué)傳感器，將GCE電極浸入以甲硝唑為模板分子，以苯胺為功能單體的混合電解質(zhì)溶液中，采用循環(huán)伏安法(CV)進行電化學(xué)聚合形成分子印跡傳感器。實際樣品的回收率(95.9%～100.9%)和合理的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)(3.2%～4.8%)表明了該傳感系統(tǒng)的實用性。在實際應(yīng)用中，該類型傳感器制作簡易，性能穩(wěn)定，是電化學(xué)傳感器中應(yīng)用最廣泛的傳感器。

2.1.2 分子印跡電容型傳感器在藥物檢測中的應(yīng)用 分子印跡電容型傳感器的原理是監(jiān)測傳感器識別元件與目標(biāo)分析物結(jié)合前后的電容的變化，實現(xiàn)對被測物質(zhì)的檢測。Canfarotta等[12]采用固相法合成了模板小分子四氫大麻酚(THC)。在傳感器表面沉積了納米MIPs，靶分子與生物傳感層上的受體結(jié)合，使金表面周圍的反離子(擴散層)發(fā)生位移，總電容減小。電容測試表明，納米MIPs可成功地用作選擇性捕獲劑，用于檢測具有不同性質(zhì)(電荷、分子量、極性)的分析物。還有，Dhanjai等[13]制造了一種非酶仿生腎上腺素電容傳感器，LbL組件由聚二甲基硅氧烷(PDMS)襯底、碳納米管-纖維素納米晶(CNC/CNT)納米薄膜(第1層)和腎上腺素印跡聚(苯胺/苯基硼酸)(pANI/PBA)部分(第2層)組成。該傳感器的線性響應(yīng)范圍為0.001～100 μmol/L，檢測限為0.001 μmol/L，有較高的選擇性。該方法對傳感器今后的制備提供一些參考。

2.1.3 分子印跡電位型傳感器在藥物檢測中的應(yīng)用 分子印跡電位型傳感器是通過測定分子印跡膜在選擇性吸附目標(biāo)分析物前后電極電位的信號變化來對待測物進行檢測。Zarezadeh等[14]采用自制的納米結(jié)構(gòu)分子印跡聚合物修飾的玻碳電極(GCE)和碳糊電極(CPE)對卡托普利(CAP)藥物進行了電化學(xué)研究和電位測定。將制備的CAP-MIP作為CPE的修飾劑，設(shè)計了選擇性CAP傳感器。為CAP的檢測提供了一種方法指導(dǎo)。近年，Hassan等[15]制備并設(shè)計了用于氨基吖啶(ACR)檢測的仿生電位離子選擇電極，該傳感器檢測限低、選擇性好等優(yōu)點，成功用于實樣中氨基吖啶(ACR+)的測定。該類型傳感器具有設(shè)計簡單、測量時間短、分析量大等優(yōu)點，在實際運用中節(jié)省時間提高檢測效率，應(yīng)用前景良好。

2.1.4 分子印跡電導(dǎo)型傳感器在藥物檢測中的應(yīng)用 分子印跡電導(dǎo)型傳感器是通過傳感器導(dǎo)電性能變化來對待測物濃度進行檢測。劉曉芳等[16]采用原位引發(fā)聚合法在絲網(wǎng)印刷電極上制備了地西泮分子印跡聚合物，建立以此為傳感元件的電導(dǎo)型傳感器。該方法檢測地西泮在0.039～0.62 mg/L范圍具有良好的線性關(guān)系。但此類型傳感器因其穩(wěn)定性較差，且制備條件要求嚴(yán)格，因此其應(yīng)用范圍較窄，近幾年相關(guān)報道極少。

2.2 分子印跡光學(xué)傳感器在藥物檢測中的應(yīng)用

常用的分子印跡光學(xué)傳感器有三種，分別是分子印跡熒光傳感器、分子印跡化學(xué)發(fā)光傳感器和分子印跡等離子體共振傳感器。

2.2.1 分子印跡熒光傳感器在藥物檢測中的應(yīng)用 分子印跡熒光傳感器(MI-FL)通過傳感器選擇識別目標(biāo)分析物后，在特定激發(fā)波長下輸出不同的熒光信號來對目標(biāo)分子進行監(jiān)測。Le等[17]開發(fā)了一種可靠的磺胺甲惡唑(SMZ)熒光傳感器，該方法取決于包裹在硅膠分子印跡聚合物(GQDs@SMIP)中的石墨烯量子點(GQDs)，以GQDs、SMZ為熒光材料、模板劑，通過聚合反應(yīng)制備了該化合物。該傳感器增加了石墨烯量子點，提高了傳感器的選擇性，是一種有效且前景廣闊的制備思路。Wei等[18]采用丙烯酸(AA)修飾CQDs表面的乙烯基，以四環(huán)素(TC)為模板分子，采用沉淀聚合法制備了基于CQDs的分子印跡熒光傳感器。結(jié)果表明，該傳感器的檢出限為0.17 μmol/L，成功地用于TC樣品的檢測。這種熒光傳感器制備相對簡單，檢測方便，但要求被分析物具有熒光發(fā)射能力。

2.2.2 分子印跡化學(xué)發(fā)光傳感器在藥物檢測中的應(yīng)用 分子印跡化學(xué)發(fā)光傳感器是將分子印跡傳感器連入流動注射化學(xué)發(fā)光流路中，目標(biāo)分析物作為發(fā)光源，發(fā)生氧化還原(或發(fā)光)反應(yīng)后，由發(fā)射出固定波長的光信號的強弱變化來實現(xiàn)對分析物的檢測。Jin等[19]以還原氧化石墨烯(rGO)和上轉(zhuǎn)換納米粒(UCNPs)為基礎(chǔ)，建立了一種分子印跡電化學(xué)發(fā)光傳感器(MIECLS)。在最佳實驗條件下，ECL信號在10～100 μmol/L范圍內(nèi)與克倫特羅(CLB)濃度的對數(shù)成正比，檢測下限為6.3 nmol/L。具有良好的靈敏度。Hu等[20]以阿奇霉素(AZM)為模板分子，以分子印跡聚合物修飾碳糊電極作為識別元件，制備了一種快速、選擇性的電化學(xué)發(fā)光(ECL)傳感器。在最佳條件下，線性范圍從1.0×10-10～4.0×10-7mol/L，檢出限低至2.3×10-11mol/L(S/N=3)，成功運用到實際樣品的檢測中。但此種傳感器由于發(fā)光系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，因此在實際應(yīng)用中有一定限制。

2.2.3 分子印跡等離子體共振傳感器在藥物檢測中的應(yīng)用 表面等離子共振(SPR)是一種物理光學(xué)現(xiàn)象，通過金屬薄膜折射率的變化來探測分子結(jié)合的方法。Zhang等[21]以4-乙烯基苯硼酸為功能單體，聚乙二醇丙烯酸酯為交聯(lián)劑，2,2’-偶氮脒鹽酸鹽為引發(fā)劑，采用原位聚合法在SPR芯片表面制備了卡那霉素分子印跡膜。后有學(xué)者將核殼式結(jié)構(gòu)與SPR納米傳感器相結(jié)合。如?zkan等[22]將六角氮化硼(HBN)納米片與分子印跡聚合物(MIP)相結(jié)合制備出一種基于核殼納米粒子的有效SPR納米傳感器(Ag@AuNPs )，用于依托泊苷(ETO)的檢測。該傳感器的線性范圍為1.0×10-7～1.0×10-5mol/L (R2=0.994 1)，成功地應(yīng)用于實際樣品中卡那霉素的測定。此類傳感器在實際樣品的檢測中，樣品無需純化，應(yīng)用范圍較廣。

2.3 分子印跡質(zhì)量敏感型在藥物檢測中的應(yīng)用

分子印跡質(zhì)量敏感型傳感器主要有三種，分別是聲波表面?zhèn)鞲衅?、石英晶體微天平傳感器和懸臂梁化學(xué)傳感器。目前分子印跡技術(shù)常與石英晶體微天平傳感器(QCM)連用。QCM是一種高分辨率的質(zhì)量敏感傳感器，利用了石英中發(fā)現(xiàn)的壓電效應(yīng)。Shaheen等[23]制備了一種石英晶體微天平(QCM)的傳感器，傳感器響應(yīng)是由于氯霉素在模板空腔中重新結(jié)合而導(dǎo)致的微天平頻率降低，檢測限低至0.74 μmol/L，具有選擇性結(jié)合和良好的靈敏度。Zhao等[24]提出了一種基于空心分子印跡石英晶體微天平(QCM)傳感器的檢測甲咪唑方法，該方法首先利用表面印跡技術(shù)制備了空心印跡聚合物(H-MIPs)，以空心二氧化硅微球為基質(zhì)支撐材料，該傳感器靈敏度高，LOD為3 μg/L，取得了較好的應(yīng)用效果。該類型傳感器通過檢測質(zhì)量微變化或者由其變化所導(dǎo)致的振幅、頻率、波速等聲波參數(shù)的變化，從而對被測物進行分析，在實際應(yīng)用中具有很好的靈敏度和準(zhǔn)確性，廣泛應(yīng)用于定量分析中。

3 結(jié)語

隨著分子印跡傳感器廣泛地應(yīng)用在藥物檢測領(lǐng)域中，高靈敏度和大檢測容量是傳感器行業(yè)的其它共同要求。經(jīng)分析，還存在以下幾方面的不足：(1)由于在傳感器表面上制造MIP受體的復(fù)雜性和有限的可重復(fù)使用性，阻礙了傳感器的商業(yè)化；(2)一些分子印跡聚合物的導(dǎo)電性能比較差，使制得的分子印跡傳感器的靈敏度較弱；(3)傳感器僅在合理范圍內(nèi)完成分析物的準(zhǔn)確定量時才有用。

針對以上問題，個人認(rèn)為可從以下幾個方面解決：(1)發(fā)現(xiàn)新型的功能單體消除結(jié)合動力學(xué)中的一些限制及提高印跡聚合物的耐受性，改善傳感器的使用性能；(2)與各種修飾劑(如量子點等)結(jié)合以提高被修飾電極的比表面積和電導(dǎo)率，從而提高傳感器的穩(wěn)定性和靈敏度；(3)結(jié)合一些輔助技術(shù)(如SPR等)，實時監(jiān)測傳感信號，以提高分子印跡傳感器的準(zhǔn)確性?？傊肿佑≯E傳感器已廣泛使用在藥物監(jiān)測領(lǐng)域中，隨著其不斷發(fā)展，未來定會在更廣泛的領(lǐng)域中發(fā)揮作用。