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1.分子印迹聚合物（MIPs）简介

大家好，今天一起来了解刺激响应分子印迹材料。分子识别在自然界普遍存在，像抗原-抗体、DNA-蛋白质的相互作用。受此启发，化学家开发出分子印迹聚合物（MIPs）。它是一类仿生聚合物，制造简单、成本低、应用广泛且设计灵活。

制作MIPs时，会在聚合物基质中留下对特定模板分子有亲和力的空腔。通常先让功能单体围绕模板分子通过非共价相互作用自组装，再进行自由基聚合，最后去除模板，就得到了MIPs。MIPs传统上用于生物传感器和分离领域，现在人们还在开发具有更多功能的MIPs，刺激响应性MIPs就是其中一类很有前景的材料。

2.分子印迹聚合物的类型

大孔聚合物：第一代MIPs是通过本体印迹法制备的，把模板完全印迹并包埋在高度交联的块状聚合物中。不过这种方法要用有机溶剂，只能印迹低分子量模板，而且得到的聚合物需要研磨筛分，颗粒形状和大小不均一。后来为了印迹蛋白质靶标，出现了基于水凝胶的聚合物，用水溶性单体和水作聚合溶剂，能避免蛋白质变性，但后处理和模板去除比较困难。

接枝技术和薄膜MIPs：从3D到2D，薄膜MIPs成为一种新选择。它可以用多种接枝技术、滴涂、旋涂或电涂等方法制备，薄膜厚度能从纳米到微米。薄膜MIPs的优势在于其空腔暴露在表面，传质速率快，还能附着在固体表面，提升生物传感器性能。

MIP纳米颗粒（nanoMIPs）：MIP纳米颗粒是MIPs的最新发展，减小颗粒尺寸能增大比表面积，提升性能。它的制备方法有核壳法、沉淀聚合法、微乳液聚合法等。不过这些方法在收集颗粒和去除模板上有困难，因此固相法应用较多。固相法是将模板共价固定在固体支持物表面，再进行聚合，这样得到的纳米颗粒能用于亲和富集。

3.刺激响应MIPs的原理与应用

热响应MIPs：自然界有很多生物聚合物对温度变化有响应，受此启发人们开发了热响应MIPs。其中研究最多的是基于聚（N-异丙基丙烯酰胺）（pNIPAm）的水凝胶，它有一个较低临界溶液温度（LCST），接近人体体温。温度低于LCST时，水凝胶溶胀；高于LCST时，水凝胶收缩。热响应MIPs在药物释放、催化和分离科学等领域有应用。

pH响应MIPs：含有可电离基团的聚合物，会根据外部pH改变电离状态，进而发生构象变化。pH响应MIPs可用于药物递送，像Qin等人制备的纳米颗粒，其MIP壳在肿瘤微环境的低pH和谷胱甘肽作用下会降解，实现药物在肿瘤部位的pH触发释放。此外，利用pH响应MIPs在不同pH下对模板结合能力的变化，还能用于生物传感器的再生。

光响应MIPs：光响应MIPs（PRMIPs）在特定波长光刺激下，结构会发生化学和/或物理变化。常见的光敏感单体（发色团）有偶氮苯、螺恶嗪和螺吡喃。

通过将发色团作为功能单体加入单体混合物，能制备PRMIPs，其制备方法多样。比如Gong等人制备的用于检测水中双酚A的PRMIP，能通过不同波长光实现目标化合物的选择性结合和释放。Liu等人制备的光响应MIP海绵能检测铅离子，还有基于近红外光响应的PRMIP用于药物控释，不过目前偶氮衍生单体的应用受限于需要紫外光，未来还需进一步研究。

生物分子响应MIPs：MIPs常被看作天然受体或抗体的合成替代品，但生物受体还有一些其他功能，生物分子敏感的MIPs就是为了模拟这些功能而开发的。

Watanabe等人最早报道了这类MIPs，他们制备的基于PolyNIPAm的印迹聚合物，会随客体分子浓度变化发生体积变化，影响亲和力。此外，在聚合过程中加入信号标记，能让MIPs用于生物传感器检测。还有aptamer-MIP杂化材料，结合了两者的优势，性能更优越。

离子响应MIPs：离子响应印迹聚合物是分子印迹领域的新兴热点，因为阴离子识别对活细胞很重要。早期有基于NIPAm的微胶囊用于离子响应控释，比如Chu等人制备的微胶囊，能在捕获特定阳离子时发生体积变化，实现溶质释放。近期，Shinde等人报道了对含氧阴离子有选择性的MIPs，通过氢键设计，能识别等电子体含氧阴离子，还能通过调节溶液酸碱度实现离子选择性的切换。

此外，还有通过设计双离子受体来避免反离子竞争的影响，用于更复杂阴离子的印迹，像检测生物活性单糖唾液酸，这对早期癌症诊断有重要意义。

磁响应MIPs：前面介绍的刺激响应材料主要依赖聚合物网络的变化，磁响应MIPs则是通过在MIPs中加入磁性纳米颗粒，使其在磁场刺激下产生响应。磁响应MIPs在捕获和去除特定靶标方面应用广泛，比如制备的核壳磁性MIP纳米颗粒能从复杂基质中高效结合和去除目标分子。此外，它还能作为药物载体，通过外部磁场将药物输送到靶位点，减少对健康细胞的影响。

电响应MIPs：电化学信号检测是常用的传感策略，MIPs作为生物识别元件，具有高精度、高特异性和高灵敏度的特点。通过电沉积等方法能控制MIPs的相关性能，还能加入导电聚合物等增强信号。比如用聚苯胺等导电聚合物修饰MIPs，能实现对多种物质的检测，像检测全氟辛酸、环丙沙星等。此外，还能通过添加可聚合的二茂铁或氧化还原介质来提高检测灵敏度，并且实现多分析物的检测。

双响应和多响应MIPs：双响应或多响应MIPs能对两种或更多外部刺激做出反应，比单响应系统更具通用性。常见的组合有磁/光、磁/热、热/pH等，通常是用对特定刺激有响应的功能单体替代传统单体来制备。比如Hua等人开发的对牛血清白蛋白有特异性识别的双响应MIP，结合了热响应和盐响应特性，在多个领域有应用前景。

4.结论

刺激响应MIPs的发展让MIPs能响应外部刺激，更像天然抗体，在生物传感、诊断和药物递送等领域潜力巨大。比如温度、离子、生物分子和pH响应的MIP纳米颗粒，亲和力优异，还能再生，在生物传感和药物递送方面优势明显。不过目前刺激响应MIPs还面临一些挑战，像生物相容性、生物降解性和稳定性等问题，生产方法也需要进一步优化，以实现规模化和商业化。但MIPs能定制模仿抗体的特性，加上不断创新的研究方法，这个领域未来会持续发展。

5. 一起来做做题吧

1、关于分子印迹聚合物（MIPs）的制备过程，以下说法正确的是（ ）

A. 先聚合再进行功能单体与模板分子的自组装

B. 通常采用共价键使功能单体围绕模板分子自组装

C. 最后一步是去除模板分子

D. 聚合过程只能使用自由基聚合方法

2、第一代大孔聚合物 MIPs 在制备过程中存在的问题不包括（ ）

A. 只能印迹低分子量模板

B. 聚合物需研磨筛分，颗粒不均一

C. 制备过程需使用有机溶剂

D. 无法实现对生物分子的印迹

3、热响应 MIPs 中，聚（N - 异丙基丙烯酰胺）（pNIPAm）水凝胶的较低临界溶液温度（LCST）接近（ ）

A. 25℃

B. 37℃

C. 45℃

D. 50℃

4、pH 响应 MIPs 用于药物递送时，是利用了其在不同 pH 环境下的（ ）

A. 颜色变化

B. 导电性变化

C. 聚合物构象变化

D. 荧光变化

5、光响应 MIPs（PRMIPs）中，偶氮苯作为发色团的主要原因是（ ）

A. 能在光照下发生光致异构化

B. 颜色鲜艳，易于观察

C. 合成简单

D. 价格便宜

参考文献：

M. V. Sullivan, et al. Stimuli-responsive molecularly imprinted materials: Fundamentals and applications. Responsive Mater. 2025, e20240032.