分子印迹膜分离技术进展

邓燕芳，刘桉如，罗明辉，范杰平

（南昌大学资源环境与化工学院，鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室，江西南昌330031）

自20 世纪50 年代以来，膜分离技术取得了一系列的突破，从微滤和离子交换，到电渗析、反渗透和超滤，以及渗透汽化技术，在工业上取得了巨大的经济效益和社会效益。膜分离技术由于其分离效率高、操作条件温和、易于控制等优点，已经成为重要的分离手段之一。分子印迹膜分离技术作为一种新兴的膜分离形式，具有广泛的应用前景，得到了研究人员的密切关注。本文就分子印迹膜分离技术及最新研究进展进行介绍。

1 概述

1.1 分子印迹基本原理

分子印迹技术是指合成对模板分子或目标分子具有特异性识别能力的分子印迹聚合物（molecularly imprinted polymers，MIPs）的新型分离技术。早在20世纪40年代，诺贝尔奖获得者Pauling提出了以抗原为模板，制备出抗体的空间结合点位的“抗体形成理论”。1949 年，Dicky 提出了“专一吸附”的概念。1972 年德国Wulff[1-2]采用共价键结合作用，合成了对手性糖类分子和氨基酸衍生物具有识别能力的MIPs。1993 年瑞典Mosbach 等[3]发表了茶碱MIPs 的研究报道，人们开始对印迹分子技术有了更进一步的了解。1997 年成立了国际分子印迹学会，分子印迹技术发展迅速，在制备方法、分子识别机理和应用等方面有了很大进步。

分子印迹技术一般过程如下[2,4]（图1）。

（1）模板分子与功能单体中的功能基团结合，形成功能单体-模板分子的主客体配合物（hostguest complex）。

（2）选择合适的交联剂，在惰性溶剂（致孔剂）中，对功能单体-模板分子配合物进行交联，形成共聚物。在交联过程中，将功能单体上与模板分子结合的功能基团的空间取向与排列位置固定下来。

（3）通过一定的方式（物理或化学方法），断开模板分子与功能单体的结合键，再去除模板分子。

当模板分子去除后，在共聚物中就留下了可以与模板分子相匹配的三维空腔结构；同时，在该空腔结构中，具有结合功能的基团也按一定空间取向排列方式被保留下来。当待测底物通过该空腔结构时，与空腔结构形态相似，且能与功能基团稳定结合的目标分子将被选择识别出来。大量的实验证明，在分子识别过程中，功能基团所具有的一定空间排列位点和空腔结构形态是高选择性的决定因素；而当大孔径时，空腔结构形态的作用会相对弱些。也就是说，对于模板分子及具有类似结构及空间形态的分子，该聚合物具有选择性结合作用和高度的特异性识别能力。

也有学者指出[5]，有些模板分子可以直接与功能单体之间进行聚合，无须加入交联剂，同样可以完成上述过程。该方法的优势在于，当该MIP不再用于识别模板分子时，可将MIP回收再利用，形成可再生的分子印迹技术。当然，该方式也由于功能单体的过量，存在一定的非特异性识别。

1.2 分子印迹的结合方式

根据模板分子在MIPs 中结合方式和作用力的不同，分子印迹技术可分为三种方式，分别为共价键法（covalent molecular imprinting）、非共价键法[3]（non-covalent molecular imprinting）、半共价键法[6]（semi-covalent molecular imprinting）。

1.2.1 共价键法

共价键法也称为预组装法（preorganized approach）。当模板分子以共价键与功能基团结合时，由于共价键键能较强，作用稳定，通过共价键对底物进行识别时，单个共价键的选择性就非常高；但共价键键能较高，模板分子不易除去，同时对底物识别的过程中，速度慢，在实际应用中有不足。若能通过一定条件（如催化剂作用），使共价键能够迅速地结合与断裂，那么以共价键相互作用作为分子的特异性识别的效率是非常高的。

1.2.2 非共价键

图1 MIPs制备及识别过程示意图［2，4］

非共价键作用力是氢键、配位键、静电作用、π-π 共轭作用、离子作用及疏水作用等分子间作用力的总称[7-9]。其键能较弱，优势在于分子的结合与洗脱过程方便迅速。但由于键能弱，则需要较多的有效结合点位，维持其有效的空间排列结构，因而在结合过程中需加入过量的功能单体，使模板分子中的结合点位被功能基团充分饱和，形成稳定的复合物。但过量功能单体中的功能基团会造成一定的非特异性结合，从而降低MIPs 的特异性识别能力。目前，非共价印迹已被认为是最受欢迎的制备策略，因为它操作简单，模板分子的结合与洗脱速度快。

1.2.3 半共价键法[6]

半共价键法也称牺牲空间法。模板分子与功能基团初始以共价键相结合，在破坏共价键洗脱模板分子后的分子识别过程中，结合点位与被识别的分子间利用非共价键作用相结合进行识别。半共价键法结合了共价键法与非共价键法的优势，其通过共价键的结合，使腔体结构稳定；同时通过非共价键，可快速进行分子识别。其缺点是聚合物的制备过程相对复杂，印迹过程和分子识别过程的结合基团可能不同，使识别能力有所下降。

1.3 分子印迹聚合物的制备

MIPs 的制备方法是分子印迹技术的关键。通常由模板分子、功能单体、交联剂、致孔剂和引发剂等通过适当的方法制备而成。MIPs 的结构、形态和功能取决于合成试剂的种类和制备方法。

作为对混合物起具有良好分离作用MIPs，一般应具有如下性质[2,10-12]：

（1）有一定的刚性结构，以确保具有识别功能的空腔结构及功能基团结合点位其定位的稳定性；

（2）有一定柔韧性，在溶液中有一定的溶胀性，便于被识别的分子尽快进入空腔与功能基团结合，达到动力学平衡；

（3）有效结合点位尽可能多，以提高识别过程的效率；

（4）有良好的力学性能和热稳定性，不溶于所处理的混合物。

一般来说，任何分子都可以作为模板，为了防止“模板泄漏”可以采用结构相似的分子作为替代模板，也可采用多种模板分子制备多模板形式的MIPs，可同时对多种分子进行识别。

2 分子印迹膜

2.1 形态

按结构形态不同，分子印迹膜（molecularly imprinted membrane，MIM）可分成如下三类[10]。

2.1.1 分子印迹填充膜

分子印迹填充膜是将预先制备好的分子印迹颗粒（MIPs颗粒）填充在两层作为支撑的膜层之间。MIPs 颗粒形态有多种，块状、棒状、凝胶、颗粒状、纳米颗粒表面覆膜等，由于MIPs 颗粒比表面积较大的结构特性，该方式对模板分子的吸附性能较好，但由于MIPs 颗粒作为“滤饼”层的填充，致密的颗粒层易导致了传质过程阻力大通量低[13]。

2.1.2 自支撑MIM

自支撑膜是指这个膜层采用同种材料构成。自支撑膜分为对称膜与非对称膜。对称膜，也称匀质膜，即膜的整个截面的形态结构均一。非对称膜，是指膜的截面形态呈不同的层次结构。若作为膜分离材料，自支撑膜的厚度至少要为10μm[14]，才能保证足够的机械强度和稳定性。MIPs 的膜材料，尤其是对称膜，必须有孔隙，使模板分子进入膜内部与结合点位接触。设计多层次孔结构的MIM，也即MIM 具有超大孔、大孔、中孔和微孔的分层次多孔结构，将有利于模板分子的传递过程。

2.1.3 复合MIM

复合膜是指由两种材料构成，一般是在一层较厚的多孔支撑膜上复合一层很薄的MIM。分子印迹复合膜的制备方法很多，包括界面缩聚、涂覆、表面接枝、动态成膜和表面印迹等等。一般来说，复合膜的MIM 层厚度小于10nm，具有高度的亲和力和选择性。

近年来，以纳米材料为载体，如SO2[15]、TiO2[16-17]、石墨烯[18]、纳米金属颗粒[19-20]、磁性Fe3O4纳米粒子[21-22]等制备分子印迹纳米聚合物，在纳米材料表面改性，采用合适的手段，如接枝、螯合等在纳米材料表面得到MIM 层，通过控制反应时间可很好地控制膜层厚度；利用纳米材料高比表面积，在膜层内得到高密度的有效识别位点；同时可利用纳米材料各自特性，如亲水性、导电性、电磁性有效地提高选择性及其效率。与分子印迹相结合的纳米纤维膜，由于孔隙率高，比表面积大，与模板分子的有效结合点位多，不但保持高的流通通量，同时又具极高的吸附能力。

2.2 MIM传质机理

MIM 对模板分子及类似的衍生物有较强的选择吸附性能，模板分子通过MIM 层的传质通量受到了MIM结构的影响[23]。从文献结果可以看到两种情况：一种情况为，模板分子的传质速率高于其他非模板分子，多出现于MIM 孔径较小的情况；另一种情况[12-13]为，模板分子的传质速率低于其他非模板分子，此时MIM 孔径相对较大。对于这两种情况，目前对应有两种传质过程机理，如下所示。

2.2.1 “促进”传质——“门”效应

“门”效应由Piletsky 等[24]提出，如图2 所示。当MIM 孔径很小时，膜层上的通道直径最小处与印迹空腔的尺寸相当，模板分子与空腔及对应的识别点位相互作用，在一定的浓度推动力作用下，可顺利通过膜层。因此，该处就类似于一扇只有模板分子可以方便通过的“门”，而对形态与模板分子不同的物质进行拦截，对于模板分子而言这个过程为“促进”传质。例如：Hong 等[25]分别以茶碱（THO）和咖啡因（CAF）作为模板分子，实验结果表明，THO 的MIM 对CAF 基本不识别；同样，CAF的MIM对THO同样不识别。

图2 模板分子通过MIM的“门”效应机理［24］

2.2.2 “延迟”传质

当MIM 孔径较大时，由于膜内孔径通道的壁面上存在空腔及识别点位，模板分子在通过膜层时，会被识别点位所结合，使得模板分子的传质过程受到阻滞，传质速率较小，该过程称为“延迟”传质。

Shea等[26]的研究表明，针对大孔径的MIM，模板分子或其衍生物与MIM 相互亲和力越小则传质速率会越快；而模板分子或其衍生物在空白膜中的传质速率会高过MIM 中的传质速率。这是因为在模板分子及功能基团参与的交联过程中，通常模板分子的参与会使得MIM的结构比空白膜更加致密。当然，是否是由于孔道的变化，还是由于模板分子在通过时被识别而使最终的传质速率下降，这仍有待进一步的研究。

3 MIM的研究进展及应用

分子印迹技术由于其独特性，近年来受到广泛的关注，涉及各个行业混合物的分离、提纯及检测，包括化工、食品、医药、环境等。但目前仅在分析检测方向上有一定程度的商业化，有代表性的是西格玛奥德里奇公司的作为样品前处理的分子印迹固相萃取（SPE）设备，大多数仍处于实验研究阶段。如何设计和构建适合工业化的MIM 材料，获得可期的经济效益，也日渐受到关注。

3.1 MIM制备组成的优化方法

MIM 的分离效率与其组成以及制备策略密切相关。研究人员常需要对功能单体、交联剂及致孔剂的种类和比例进行优化，主要有理论计算法和仪器测量法。

3.1.1 理论计算法

已经建立了对小分子模板分子与功能单体之间相互作用的模拟优化计算方法[12,27-33]，如密度泛函理论（DFT）[29-30]和分子动力学方法[28,32]等，模拟数据基本与实验数据吻合。Li等[31]通过对模板分子的结构进行分析，利用DFT 根据模板分子的结合点位，设计能与之对应的新型功能单体。实验结果表明，采用新型功能单体合成的MIPs 能够很好地选择性识别模板分子。Viveiros等[32]采用SYBYLTM软件建立了功能单体的数据库，利用分子动力学方法模拟了在超临界CO2作为溶剂条件下，模板分子与功能单体的相互作用，对功能单体进行筛选，实验结果与模拟数据一致。所以理论计算法是选择合适的功能单体的一种新范式。

3.1.2 仪器测量法

通过相应的仪器对制备MIM 时，各组分的相互作用进行检测[34]，如紫外-可见吸收光谱（UV）对液相定性检测含有多重键、共轭双键以及孤对电子与π键共存的体系，这项技术的主要优点是使用简单，并且可以在水介质中控制模板-功能单体复合物的形成；傅里叶变换红外光谱（FTIR）可以提供官能团、分子结构和分子空间结构等方面的信息，例如FTIR 可以很容易识别氢键及其产生的位移，而通过核磁共振波谱（NMR）可以获得有关化合物分子骨架的信息等。通过检测，了解模板-功能单体之间相互作用的机制和程度，从而合理地设计具有高选择性和亲和力的模板-功能单体体系。例如，Lu等[35]成功利用UV和NMR技术考察了不同功能单体和模板分子的相互作用，并选择合适的功能单体种类和用量。

3.2 MIM制备方法的优化

聚合方法对MIM 的性能有较大的影响。为了充分利用全部印迹位点，最好将结合点位尽可能多地分布在MIM 表层及有效孔隙内表面，因此研究人员需不断改进和开发新的MIM制备策略。

3.2.1 表面接枝技术

图3 点击化学——Cu(Ⅰ)催化炔烃和叠氮化合物的环加成反应机理［37］

可控/“活性”自由基聚合反应（living/control radical polymerization，LCRP）反应条件比较温和，可通过控制自由基的低浓度，来控制分子量及链结构，在保持端基的官能化同时，可以构建多嵌段共聚物以及多接枝空间网络结构。在LCRP技术中，原子转移自由基聚合（atom transfer radical polymerization，ATRP）和可逆加成-断裂链转移自由基聚合（reversible additon and fragmentation chain transfer radical polymerization，RAFT）两种发展较快，各有优势，其中RAFT 适用单体广泛，相对简单易控[36]。点击化学[34,37]（click chemical）是指环加成反应、亲核开环反应、碳碳多重键加成反应和碳酰基反应等具有选择性的快速高效化学反应，可将分子片段快速拼接，以获得分子多样性，机理如图3 所示。将LCRP 技术与点击化学相结合，对于构建嵌段共聚物及实现MIM 的自组装是一种很有成效的方式。利用小分子的表面活性剂，即双亲分子，在本体或溶液中通过两嵌段共聚物的自组装形成球形胶束、棒形胶束或双分子层结构（片层或囊泡），可制备核-壳形MIM层；点击化学反应可通过链接小的模块单元，例如引入功能基团对聚合物进行改性；引入多种性能的纳米材料，将多种方式结合起来，可以改善膜层结构提高印迹效率。以上这些方法将成为MIM 制备策略的发展新趋势。例如，Awino 等[34]利用点击化学，通过铜催化叠氮化物-炔烃环加成反应，以4-乙烯基苯硼酸为功能单体，制备了亲水性的印迹胶束。该胶束能精确定位结合基团，甚至能区分糖类物质的细微结构变化。Chang 等[36]采用RAFT技术和点击化学相结合的策略，以2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）为模板，在二氧化硅颗粒表面，采用点击反应，制备了结构清晰的silicaclick-MIPs，膜层厚度约为2.27nm；与常规聚合制备的silica-MIPs相比，相同时间内2,4-DCP的饱和吸附量分别为4.25mg/g 和3.07mg/g，SEM 显示silica-click-MIPs 表面更为粗糙，存在大量的网状介孔。该过程在铜催化条件下的环加成反应活性高，且接枝的链段空间位阻小，使得接枝密度高，进而在silica-click-MIPs 表面存在高密度的结合位点。

3.2.2 固定相印迹技术[38-41]

另一种新型的制备技术，其将模板分子与表面经过活化的固相进行接枝，把模板固定在固相表面，再将功能单体、交联剂等与被固定的模板分子在固相表面聚合，通过洗涤，除去未印迹的组分以及印迹效果差（亲和力弱）的颗粒，升高温度再次洗涤，可将与模板分子发生印迹的纳米颗粒洗脱，得到相应的MIPs，机理如图4所示。该方法可以很好地将模板与MIPs 进行分离，防止模板“泄漏”的问题，同时有效的识别点位均处于MIPs 表层且均一固定，减少了非特异性识别，可以快速地对底物进行分离与洗脱。被固定的模板分子也可以进行重复印迹制备新的MIPs。当然，采用固定相印迹的模板分子必须要有一定的功能基团，使其分别与固定相和功能单体相结合。例如：Ashley 等[38]将磁性Fe3O4纳米颗粒作为分散的固定相，提出了分散固定相印迹策略。由于纳米颗粒具有高比表面积，因而所制得的MIPs的产率是玻璃珠颗粒的83～167倍。Altintas 等[41]以表面硅烷化的玻璃珠为固定相，对腺病毒进行印迹，得到腺病毒MIP，并在严格控制温度的情况下，对固定相腺病毒模板进行多次印迹，得到腺病毒MIP 粒径大小为265nm±10nm，实验测定腺病毒与其特异性MIP的解离常数KD=3.10×10-11mol/L，表明腺病毒MIP与其靶病毒具有较高的亲和力，并对多组腺病毒MIP的总体结果进行了分析R2=0.99。这些制备MIP 颗粒的固定相印迹技术完全可成为MIM的制备新策略。

3.3 MIM制备材料的开发

随着分子印迹技术的深入研究，在MIM 的制备中，开发了许多新的功能复合材料，这既可以获得功能材料的特性，同时功能材料也参与构建孔道，增大比表面积，以获得更好的识别和分离效果。如利用的纳米颗粒（如纳米铁、碳纳米管、石墨烯等），由于其高比表面积、快速的结合动力学、良好的分散能力，在制备先进功能性的纳米印迹材料上，取得了重大的进展。在这里介绍目前较为新颖的功能性MIM材料。

图4 固定相印迹策略过程［38］

纳米纤维膜（NFMs）比表面积大，孔隙率在80%左右，将模板分子尽可能印迹在纳米纤维表面，使制备得到的纳米分子印迹纤维膜（MINFMs）具有较高的有效结合点位[42-44]。例如：研究人员[44]将N-α-苄氧羰基-D-谷氨酸（Z-D-Glu）和N-α-苄氧羰基-L-谷氨酸（Z-L-Glu）两种手性分子为模板，通过电喷沉淀法，以乙酰基含量40%的乙酸纤维素（CA）为材料制备了两种MINFMs；同时以未印迹的（CA）NFMs 作为参比，将3 种膜进行分离两种手性分子的对照实验。从实验数据发现（表1），由于分子印迹层的引入，在使模板分子的渗透量和选择性方面，MINFMs 的性能都优于NFMs。这种在MINFMs 的印迹膜层上存在的级联传质的过程，有利于底物渗透通过膜层。从目前分子印迹技术在工业上应用来看，MINFMs 是极有希望进入工业化的一种印迹分离技术，NFMs 在工业上已经有了一定的应用，在设计生产、安装使用上都有了一定的基础。但对于MINFMs的传质机理仍有待进一步地研究，而且这种级联传质的过程，通过实验发现，并不是所有的MINFMs都能够实现。

表1 CA纳米分子印迹膜手性分离结果数据[44]

多巴胺能在弱碱性水溶液条件下发生氧化自聚，形成聚多巴胺是一个几乎可以对一切化学材料进行表面功能化的黏合性聚合物。例如：Wu 等[45]利用多巴胺的自聚性，设计了一种新颖的分子印迹纳米复合膜的制备策略，该过程分为三步：将SiO2浸泡在多巴胺缓冲溶液中，合成聚多巴胺（PDA）并沉积在SiO2表面形成PDA@SiO2纳米球；通过邻苯二酚诱导Ag+还原反应，对PDA@SiO2纳米球进行Ag 修饰，得到Ag-PDA@SiO2纳米球；将引发剂固定在Ag-PDA@SiO2纳米球上，共同集成到多孔载体聚偏氟乙烯膜（PVDF）结构中，在多孔载体内部形成了一个可进行二次反应的活性区域，形成一层高性能的纳米复合膜；以普萘洛尔为模板分子，甲基丙烯酸（MAA）作为功能单体。经催化剂光引发在纳米复合膜表层再发生原子转移自由基聚合反应，制得分子印迹纳米复合膜，其对普萘洛尔的吸附量达到48.53mg/g，渗透因子达到9.6。

金属-有机骨架材料（MOFs）和共价有机骨架材料（COFs）由于具有多样的结构，高的比表面积，可调的孔结构，引起了研究者们的关注。例如：万丽斌[46]采用原位模板自组装策略，以咖啡因为模板分子，Fe(Ⅲ)为金属离子，选择2-氨基对苯二甲酸（2-aminoterephthalic acid，NH2-BDC） 为 有 机 配体，构筑为NH2-MIL-101 为基底的分子印迹型MOFs 分子印迹材料（MMOF-CMIPs）。实验结果发现MMOF-CMIP 的最大吸附量为671.1mg/g，而非印迹的MOFs 的最大吸附量仅为33.7mg/g。共价有机骨架（COFs）比金属有机骨架（MOFs）有更高的机械和化学稳定性，Yang等[47]用吡啶环和羧基修饰骨架（PAFs），在保持其层次孔隙率的同时，合成了具有协同基团的多孔芳香骨架（PAFs）。吡啶基与金属阳离子（Pb2+）配位，羧基作为质子工体，经脱质子后与Pb2+离子配位，采用分子印迹技术制备了吡啶环和羧基的印迹复合物。实验数据显示Pb2+对Cu2+的选择系数是1.5×102（Pb2+/Cu2+），Pb2+对Mg2+的选择系数是1.0×106（Pb2+/Mg2+），而非印迹材料几乎对Pb2+没有任何选择，PAF超高的选择性归因于PAF的刚性结构。

Janus 材料其特性是两侧的结构或化学组成具有不对称性，因而赋予了优于均相结构的独特性能。例如：Liu等[48]以2,6-二氯苯酚（DCP）为模板在Janus二氧化硅纳米片一侧印迹，另一侧用L-半胱氨酸（L-cysteine）在进行改性，制得J-MIPs/cys，研究了在DCP 与Pb2+共存的二元环境体系中J-MIPs/cys 的吸附性能，研究结果表明Pb2+的存在会显著影响DCP的去除，这可以用Pb2+与DCP存在部分络合作用来解释；DCP 对有效巯基的竞争较弱，导致对Pb2+的去除率下降。

3.4 MIM的应用

MIM 在分离领域的应用很广泛，比如在环境污染物的去除[46-48]、药物和蛋白质的分离等，本文重点介绍MIM在药物和蛋白质的分离中的应用。

3.4.1 在药物分离中的应用

不论天然药物和合成药物，分离纯化是必不可少的工序。由于杂质成分复杂和结构相近的原因，使得该工序工艺复杂、成本高、周期长和效率低。由于MIM 具有特异性的分子识别能力，高效的富集与分离能力，故在药物的分离提纯应用中具有极大的发展空间，特别是分离结构相似的分子，甚至手性异构体。

本文作者课题组[49]采用混合半共价和非共价键的策略（图5），以染料木素为模板，同时以二甲基亚砜为溶剂，进行冷冻聚合，制备了一种新型的具有多级孔结构的MIM，可有效提高MIM 的选择性和渗透通量。MIM 对染料木素有较好的吸附选择性，在提取液中对染料木素的吸附率分别是葛根素和大豆苷元的16倍和2.8倍。

为提高MIM的分离选择性，本文作者课题组[48]以离子液体作为溶剂和致孔剂，制备了自支撑和柔性的MIM，用于分离枳实中的辛弗林。由于离子液体的协同作用，MIM 的印迹因子可达6.8，膜渗透选择性为2.9。

Ke 等[50]以乙酸纤维素为基膜，以功能化的环糊精为功能单体，制备了复合MIM。由于环糊精与药物分子包合作用的差异，可用于手性药物分离，例如：D/L-tryptophan（e.e%=27.2%），(±)-warfarin（e.e%=9.29%±3.21%） 和(±)-ibuprofen （e.e%=3.77%±0.23%）。

Yan 等[51]以PVDF 膜为基膜，以多巴胺为功能单体制备复合MIM，提高了膜的亲水性能和分离ibuprofen 的选择性，同时在MIM 上接合Ag 纳米粒子，使膜具有抗菌性能，实现MIM的多功能化。

3.4.2 在蛋白质分离中的应用

与普通小分子相比，蛋白质分子量更大且结构更易改变，所以高选择性分离蛋白质是一个挑战。

本文作者课题组[52]引入功能化的离子液体为功能单体，可与蛋白质发生多种作用力（如氢键、疏水作用、离子对作用等），可提高MIM分离蛋白质的选择性；另外通过冷冻聚合形成大孔结构，以利于蛋白质的传递过程，如图6所示。

刘东等[53]以硅酸钙/海藻酸钙复合水凝胶膜为基膜，硅烷耦联剂为功能单体，制备了牛血红蛋白的复合MIM，对牛血红蛋白具有较好的识别性能。

Asliyuce等[54]以甲基丙烯酸羟乙酯为功能单体，进行冷冻聚合，制备了乙型肝炎表面抗体（anti-HBs）的复合水凝胶MIM，并以膜色谱的模式，进行了分离纯化研究，并取得了良好的分离效果。

图5 混合半共价和非共价键的策略制备染料木素的MIM［49］

图6 以功能化离子液体制备多孔蛋白质MIM［52］

4 目前存在的问题及可能的解决方案

分子印迹技术从出现以来有了迅速的发展，作为一项新兴分离技术，仍然存在着一定的问题。

（1）MIM 高度特异性识别，在分离单一目标时，MIM 是最佳的选择，尤其在低浓度时，更具优势，例如中草药中单一有效成分的分离；但在众多复杂情况下，从成本和效率来看，单一的特异性识别成为一种局限，为解决这种局限，研究者们开发了多模板印迹策略。同时，MIM 的特异性识别也决定了制备过程也不能为统一模式，如何简化制备过程或使制备过程程式化也是研究人员需要关注的问题。

（2）在分子印迹过程常会出现模板“泄漏”的问题，会影响到分离后的检测。通常采用表面印迹或固定相印迹策略可以很好地控制“泄漏”问题，同时可以采用合适的虚拟模板，或者印迹过程的模板分子用同位素标记。

（3）减少制备与分离过程中有机溶剂的使用，可再生的分子印迹技术是一种绿色印迹技术，可通过模拟对功能单体进行设计；使用饱和蒸气压极小的离子液体作为制备溶剂，减少对环境的影响；在超临界条件下进行分离操作，也可以提高渗透速度。

（4）进行嵌入或逐层组装，识别点位分布在外表面时，底物的识别和洗脱效果好，但会使得吸附容量会下降。可借助多孔材料（如MOFs 和COFs）以及多巴胺的材料，建立多层次结构。

（5）目前开发的MIM 多以吸附分离为主，吸附与渗透之间似乎存在“trade-off”的关系，深入研究印迹过程的机理，提高渗透通量，强化“门”效应。

5 展望

分子印迹技术作为一种新型的分离手段，由于具有分离效率高的特点，受到研究者们的广泛关注。MIP 在色谱分离检测方向已进入商业化，但MIM 大多数处于实验室的研究阶段，对于应用于分离工程上的设计、安装、维护、操作特性上仍是空白；MIM 高度特异性识别的专一性，在一定程度上会增加其向工业化迈进的成本；但MIM 高度特异性识别能力在快速识别检测，分析和样品处理方向上的实际应用极有竞争力。MINFMs 是一极有潜力形成工业化的印迹分离技术，工业上装置性能的稳定尤为重要，由于NFMs在膜分离上的工业化应用技术已经相对成熟，因而MIMFMs更容易进入生产实验的阶段。

大多数MIM在分离过程中都以吸附作用为主，以“延迟”效应为主，如何利用MIM 的“门”效应，值得进一步研究，能否与超分子化学进一步结合（模板分子与功能单体的非共价键的结合也属于超分子化学范畴），利用非共价键相互作用，容易受外界条件影响的特性，将共价键和非共价键的自组装相结合，设计复合MIM；通过LCRP技术和点击化学等完成共价键的自组装，增强MIM 的稳定性和适应性；对于膜内通道利用超分子自组装技术，强化MIM的“门”效应，膜的一侧识别吸附，通过调控，在另一侧进行释放，利用Janus 双面性材料的构建将有可能实现。MIM 也可以与多种新型材料相结合，对微观结构进行改性。

总之，MIM 在以下几个方面值得更加深入研究。

（1）MIM 在膜分离的传质机理方面有待进一步的研究，深入对其热力学和动力学的研究，同时对MIM 进行放大实验，利用膜分离过程放大效应小的特性，建立可行的数学模型，为MIM 的工业化设计提供依据，使MIM 在膜分离方面迈入工业化的行列。

（2）在功能单体及交联剂的开发上，可借助计算机模拟技术，从分子水平进行设计，尤其是针对大分子的印迹过程。

（3）通过改进制备策略，采用多种制备方式的联合，调整聚合物孔径结构，使结合位点均匀分布，提高有效的特异性结合能力。

（4）MIM 对蛋白质甚至细胞等生命体的印迹识别和分离，该研究有待持续加强。

总之，随着研究的不断深入，由于MIM 所具有分离效率高和特异性的识别能力等独特的优势，在分离领域将会有非常好的应用前景。