交联改性方法的基本原理精选(九篇)

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第1篇：交联改性方法的基本原理范文

【关键词】环氧树脂 涂料 研制 应用

引言

环氧树脂是1930年由瑞士Pierre Castan和美国SOGreenlee合成的。1947年先是美国Devoeand Reynolds，后是壳牌公司取得瑞士汽巴公司专利生产权，先后实现了工业化生产。环氧树脂以其优异的粘结性、附着性、稳定性、耐化学品性、绝缘性及机械强度等特性，被广泛地用于涂料、黏合剂及复合材料等各个领域。中国于1956年开始研制环氧树脂，并于1958年试产成功。环氧树脂涂料是人们广泛采用的防护涂料品种之一，环氧树脂涂料形成的涂膜不仅对腐蚀介质有屏蔽作用，而且能钝化被保护金属，起到电化学的作用，环氧树脂涂料形成的涂膜以优异“湿态”黏结力，使其他涂料望尘莫及。因此，环氧树脂涂料一直是涂料领域研究的热点。

1 环氧树脂涂料的概述

以环氧树脂为主要成膜物质的涂料称为环氧树脂涂料，含有两个或两个以上环氧基团的化合物属于环氧树脂。环氧基团是由一个氧原子和两个碳原子组成的环，具有高度的活泼性，使环氧树脂能与多种类型固化剂发生交联反应形成三维网状结构的高聚物。

1.1 环氧树脂涂料的分类

环氧树脂涂料是合成树脂涂料的主要产品之一，大体上有五种分类方法（表1）。

在涂料工业中，以环氧树脂涂料用途及状态分类居多。

1.2 环氧树脂涂料的组成

环氧树脂涂料是由基料（包括环氧树脂、环氧酯和改性用的合成树脂）、固化剂、着色颜料及体质颜料（或称颜填料）、溶剂（包括水）、各种功能性助剂等材料组成。

1.3 环氧树脂涂料的特性

1.3.1 附着力好

环氧树脂涂料具有优良附着力主要是由环氧树脂的分子结构及其固化反应特点决定的。环氧树脂分子结构中具有环氧端基、羟基及醚键等极性基团，这些基团的存在使环氧树脂分子与相邻界面产生电磁吸附或化学键，因此环氧树脂涂料涂膜与金属、木材、混凝土等基材的表面能产生很强的黏结力。环氧涂料在交联固化成膜中产生的内应力较低，涂料在成膜过程中，很多因素都会导致涂膜内应力的产生而造成涂膜的最终缺陷，尤其是涂膜对底材附着力的降低。

1.3.2 耐蚀性好

在环氧涂料固化成膜后，由于分子中含有稳定的苯环和醚键，因此对化学介质的稳定性较好，如能适应中等浓度的酸、碱和盐等介质。又因环氧树脂涂料固化后成三维网状结构，又能耐油类的浸渍，也可以大量用于油轮、飞机等整体油箱内壁衬里等的防腐。

1.3.3 韧性好

与热固性酚醛树脂涂料相比较，环氧涂料因含芳环结构而坚硬，因含有醚键从而便于分子链的旋转，具有一定的韧性，而不像酚醛树脂很脆（因其交联间距比环氧树脂短）。环氧树脂交联间距长，便于内旋转，又因环氧树脂分子量大，所以交联间距长。

2 环氧树脂涂料的研制

环氧树脂涂料以状态可分为四类：溶剂型环氧树脂涂料、无（少）溶剂型环氧树脂涂料，粉末型环氧树脂涂料及水性环氧树脂涂料。在这四种环氧树脂涂料中，其中水性环氧树脂涂料和粉末型环氧树脂涂料的发展前景最为广阔，所以本文主要介绍水性环氧树脂涂料和粉末型环氧树脂涂料的研制。

2.1 水性环氧树脂涂料的研制

水性环氧树脂是指通过物理或化学的方法，使环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配制的稳定的分散体系。通常只有在固化剂中或者基料中引入羟基、羧基、氨基、醚键和酰氨基等亲水基团，才能制得水性环氧树脂涂料。它既具有溶剂型环氧涂料良好的耐化学品性、附着性、物理机械性、附着性、电气绝缘性，又有低污染、价格便宜、施工简便等特点，所以水性环氧树脂涂料迅速发展到各行各业。根据制备方法的不同，环氧树脂水性化可主要分为机械法、化学改性法和相反转化法三种。

2.1.1 机械法

机械法即直接乳化法，是用球磨机、胶体磨、均氏器等设备将固体环氧树脂预先磨成微米级的环氧树脂粉末，在加热的条件下加入乳化剂，机械搅拌即可得到水性环氧树脂乳液。所采用的乳化剂较多是聚氧乙烯烷基酯（HLB值为9.0-1 6.5）、聚氧乙烯烷基醚（HLB值为10.8-16.5）及聚氧乙烯烷芳基醚（HLB值为10.9-19.5）等。用此方法制得的环氧树脂乳液的优点是制作工艺简单，所需乳化剂的用量少，但乳液中环氧树脂分散相微粒的粒径较大（可达50 μm），粒子形状不规则，粒度分布较宽，所制得的乳液稳定性差，同时粒子间因容易发生相互碰撞而产生团聚，并且该乳液的成膜性也不好。

2.1.2 化学改性法

化学改性法又称自乳化法，即将亲水基团嵌段或接枝引入到环氧树脂分子链上，使环氧树脂获得自乳化的性质，当对这种改性聚合物加水进行乳化时，疏水性高聚物分子链就会聚集成微粒，极性基团或者离子基团分布在这些微粒的表面，由于这些基团带有同种电荷而相互排斥，只要满足一定的动力学条件，就可以形成稳定的水性环氧树脂乳液，这是化学改性法制备水性环氧树脂的基本原理。根据引入的具有表面活性作用的亲水基团性质的不同，化学改性法制备的水性环氧树脂乳液可分为醚化型、酯化型、接枝型3种。

2.1.3 相反转化法

相反转化法是一种制备高分子量环氧树脂乳液比较有效的方法，Ⅱ型水性环氧树脂涂料体系所选用的乳液通常采用相反转化法来制备。较常用的制备方法是在高剪切力的条件下，将乳化剂与环氧树脂均匀混合，然后在一定的剪切条件下地向体系中缓慢地加入水，随着加水量的逐渐增加，整个体系逐步由油包水型转变为水包油型，形成均匀稳定的体系。乳化过程通常是在常温下进行，对于固态环氧树脂，往往需要借助于少量溶剂和加热使环氧树脂粘度降低后再进行乳化。

2.2 粉末型环氧树脂涂料的研制

环氧树脂粉末涂料以双酚A型环氧树脂、脂肪族环氧树脂和线形酚醛树脂等为主体，配以固化剂、着色剂等助剂，在一定温度下经混炼，冷却粉碎，分级过筛而制得。环氧树脂粉末涂料无污染，涂膜坚固，熔融黏度低，流平性好，不需要底漆涂膜，所以其得到了广泛的应用。

目前对环氧树脂涂料的生产主要采用的是一步法和二步法的生产工艺。一步合成法又可以分为水洗法和溶剂萃取法两种；二步合成法又可以分为本体聚合法和催化聚合法两种。在一步合成法中，水洗法和溶剂萃取法基本上是相同，只是在树脂合成以后的处理方法不同。水洗法的处理方法是将树脂直接用水洗至中性和无氯离子为止，这样导致用水量非常大，往往要洗十几遍才能达到目的。

2.2.1 溶剂法工艺流程

先将一定比例的双酚A、环氧氯丙烷和有机溶剂投入反应釜中进行搅拌，加热溶解以后，在50℃-75℃之间滴加NaOH水溶液使其反应。NaOH水溶液滴加完毕后，将反应温度升至85℃-95℃，继续保温8h-9h，然后加入大量溶剂进行萃取，再经水洗、过滤、脱去溶剂即得成品。此方法反应温度易控制，成品树脂透明度好，机械杂质和凝胶粒子少，产品收率高。

2.2.2 溶剂的选择

不同溶剂对环氧树脂合成的影响，当用二甲苯、甲苯及氯苯作为溶剂时得到的产品是不合格的。这可能是因为双酚A在这些溶剂中溶解温度太高，导致反应温度过高，使双酚A与环氧氯丙烷反应速度过快，生成的环氧树脂分子量分布过宽。而使用混和溶剂使得双酚A的溶解温度大大降低，因此聚合温度可控制在较低温度范围之内（85℃-90℃）。这样，双酚A与环氧氯丙烷的聚合速度可以得到很好的控制，从而可得到合格的产品。

2.2.3 碱浓度的影响

NaOH溶液的浓度对环氧树脂合成的影响，当NaOH溶液浓度过高时得到的环氧树脂不能成为粉末状固体。这可能是由于碱浓度过高，反应速度快，树脂的分子量分布过宽所致。

2.2.4 碱用量的影响

碱用量的对环氧树脂合成的影响，当双酚A：环氧氯丙烷：NaOH的摩尔比例为1：1.218：1.350时，有机氯含量约0.0001当量/100g大大低于HG2-74 1-72标准（

2.2.5 反应时间的影响

反应时间对环氧树脂合成的影响，从不同的反应时间得到不同的环氧值可以看出，当反应时间小于8h时，其环氧值大于0.13，说明环氧树脂的分子量偏低，聚合度小于4。当反应时间大于11h时，其环氧值小于0.12，说明环氧树脂的分子量过高，聚合度大于4。因此反应时间为8h-9h最好。

3 环氧树脂涂料的应用现状

3.1 防腐蚀涂料

人们以防腐蚀涂料的特定要求为依据，设计出溶剂型、无溶剂型（包括粉末）和高固体分等环氧防腐蚀性涂料，应用于钢材表面、饮水系统、电机设备、油轮、压载舱、铝及铝合金表面和特种介质的防腐蚀，获得了优异的效果。

3.2 舰船涂料

海上的潮气、盐雾、强烈的紫外线和微碱性海水浸湿等苛刻环境，对涂料是一种严峻考验。环氧涂料附着力强，防锈性和耐水性优异，机械强度和耐化学药品性良好，在舰船防护中起重要作用。将环氧涂料用于船壳、水线和甲板等部位，发挥了耐磨、耐水、耐油和黏结性强等特点。环氧饮水舱涂料已经得到广泛的应用。

3.3 电气绝缘涂料

环氧涂料形成的涂层具有电阻系数大、介电强度高、介质损失小和三防（耐湿热、耐霉菌、耐盐雾）性能好等优点，广泛应用于浸渍电机和电器等设备的线圈，绕阻和各种绝缘纤维材料，以及各种组合配件表面的涂覆，还可用于黏结各种绝缘材料和导线涂料的涂装及制作各种浇注料等。

3.4 食品罐头内壁涂料

可利用环氧涂料的耐腐蚀性和优异的黏结性，制成抗酸、硫等介质的食品罐头的涂料；还可将环氧树脂与甲基丙烯酸（丙烯酸）进行接枝反应，制得饮料内壁涂料，它是一种水溶性环氧涂料，用于啤酒和饮料瓶内壁，已工业化生产，使用效果良好。

3.5 水性涂料

用环氧脂配制的水性电泳涂料具有独特的性能。涂层不但具有良好的防腐蚀性，而且具有一定的装饰性和保色性。电泳涂料除在汽车工业上应用外，还用于医疗器械、电器和轻工产品等领域。双组分环氧树脂涂料对核反应堆装备进行防护，容易除去放射性污染。

4 环氧树脂涂料的发展趋势

随着四大支柱产业的不断兴起，环氧树脂涂料的需求量也在不断的增加。今后，罐用涂料、防腐蚀涂料、功能性涂料和环保型涂料将成为环氧树脂涂料的支柱产品和开发应用的主战场。

4.1 罐用涂料

开发食品级环氧树脂涂料方兴未艾，前途无量。食品罐用涂料的一般要求：一是以符合卫生标准、高品质及高安全性作为保证条件；二是保持包装食品有长久原味，同时应减少因燃烧或加热而产生二氧化碳的量；三是所用环氧树脂等组分都应具有高纯度、高稳定性和特殊改性，保证涂膜优异的防腐性和防霉性；四是尽可能的减少有机溶剂的用量。

4.2 防腐涂料

第2篇：交联改性方法的基本原理范文

关键词 分子印迹传感器； 生物大分子； 综述

1 引 言

1.1 分子印迹技术

1.1.1 分子印迹的发展 分子印迹起源于20世纪30年代，Polyakov[1]和Dicky[2]首次提出了特异性吸附的硅胶，研究其对甲基橙和乙基橙的特异性吸附能力。此后，研究者一直局限于“抗原-抗体”相互作用的思维。直到1972年，Wulff等[3]提出了“分子印迹（Molecular imprinting）”的概念，成功制备了具有对D-甘油酸对映选择性的分子印迹聚合物，使分子印迹技术取得了突破性的进展。1993年Vlatakis 等[4]在《Nature》上发表了关于茶碱分子印迹聚合物的研究，对分子印迹具有的特异性识别能力进行了第一次系统性的描述，形象地将分子印迹聚合物称为“塑料抗体”[5]。该文章的发表直接促进了分子印迹技术在近20年内的飞速发展。目前，分子印迹技术已在材料学[6]、分析化学[7]、生物化学[8，9]、生物医药[10]学科领域广泛应用。然而，分子印迹在蛋白质乃至生物大分子方面的应用仍然是最具有挑战性的课题之一。1985年，Glad等[11]利用有机硅烷单体制备了蛋白质分子印迹聚合物，在高效液相色谱中表现出对糖蛋白的亲和性。由于生物大分子尺寸巨大、构象复杂，分子印迹技术在生物大分子的应用进展缓慢。直到表面分子印迹技术[12]及抗原决定簇[13]印迹方法的兴起，生物大分子印迹渐渐成为了分子印迹研究的热点。本文主要就分子印迹技术在生物大分子传感器中的应用进展进行综述。

1.1.2 分子印迹技术基本原理 分子印迹技术主要原理[14]是将功能单体、模板分子以交联剂或者电聚合的方式通过特殊的作用力相结合制备出分子印迹聚合物，而后通过一定的溶剂或者其它方式洗脱除去模板分子留下与模板分子大小、形状、空间构型都互补的孔穴，从而具有对模板分子进行特异性识别的能力。构成分子印迹技术的基本要素有： （1）功能单体 与模板分子形成识别位点；（2）交联剂 将功 能单体与模板分子固定下来形成具有一定空间构象的高聚物；（3）引发剂 通常分子印迹有化学聚合和电聚合两种方式，在化学聚合中需要特定的引发方式如光、电、热、化学物质等将已连接单体的模板分子通过交联剂形成分子印迹聚合物；（4）洗脱剂 对已聚合的物质进行洗脱处理，从而形成对目标物质具有特异性识别能力的孔穴。

基于功能单体与模板分子之间的相互作用力的不同，研究者提出了3种聚合物结合方式： （1）由Wulff等[3]提出的预组装法，功能单体与模板分子间以可逆的共价键相结合，通过打断共价键的方式去除模板分子，由于共价键较为稳定，其所形成的分子印迹聚合物也较稳定，印迹孔穴的结合位点较为均一，但同时也导致了洗脱过程和响应时间较长。（2）Vlatakis 等 [4]提出了以“非共价作用”自组装模板分子，主要以氢键、范德华力、π键等弱作用力将单体与模板分子相结合，降低了模板分子洗脱的难度，加快了响应时间。（3）1995年，Whitcombe等[15]结合了共价作用和非共价作用，提出了“半共价法”，在聚合过程中用共价键的形式结合，而通过非共价作用进行特异性识别，提高了分子印迹聚合物的稳定性的同时，加快了印迹识别的响应时间，成功制备了胆固醇分子印迹聚合物。

1.1.3 分子印迹技术特点与应用 分子印迹技术具有显著的特点： （1）构象预定性 分子印迹聚合物中的模板分子是预先设定的，根据模板分子的不同，可以选择不同的单体进行分子印迹聚合物的制备。（2）识别特异性 模板分子在经过单体、交联剂的共同作用下形成刚性空间结构，在洗脱模板分子后，聚合物空腔中依然存在与模板分子特异性结合的位点，从而达到类似于抗原-抗体的相互作用机制。（3）环境耐受性 聚合物具有的刚性结构决定了它具有优良的环境耐受性，耐酸碱、耐高温、抗恶劣环境等。（4）使用寿命长 可重复使用、造价低廉和稳定性高。这些特点为分子印迹材料在仿生传感器[16，17]、靶细胞给药[18]、模拟酶[19，20]、固相萃取[21，22]等领域的应用奠定了坚实的基础。但分子印迹技术应用的模板多数为有机物[23～27]、金属离子配合物[28，29]等小分子化合物，而对生物大分子如蛋白质、DNA、病毒等的应用总体处于研究的初期阶段。因此，有必要对分子印迹在生物大分子中的应用进行总结，从而寻求更大的突破。

1.2 生物大分子及印迹技术

生物大分子指的是作为生物体内主要活性成分的各种分子量达到上万或更多的有机分子。生物大分子大多数是由简单的生物单分子聚合而成的，蛋白质的组成单位是氨基酸，核酸的组成单位是核苷酸等，它们是构成大分子的基本物质[30]。蛋白质、核酸和多糖是3类主要的生物大分子，它们在分子结构和生理功能上差别很大，然而，在以下几个方面又显示出共性： （1）在活细胞内，生物大分子和相应的生物小分子之间的互变，通常通过脱水缩合，或加水分解。蛋白质链（或称肽链）、核酸链和糖链都有方向性，尽管方向性的体现各不相同。（2）蛋白质、核酸和多糖分子都有各具特征的高级结构，正确的高级结构是生物大分子执行其生物功能的必要前提。（3）在活细胞中，三类生物大分子密切配合，共同参与生命过程，很多情况下形成生命活动必不可少的复合大分子，如白、糖蛋白。随着生物医学，蛋白质组学的快速发展，对蛋白质等生物大分子的检测也受到了极大的关注，建立快速、简单、特异性强、高通量的生物大分子检测方法已经成为分析科学的研究重点之一。从1991年Dhal等[31]利用Cu2+的配位作用，制备了对咪唑化合物进行分子识别的表面分子印迹聚合物至今，将分子印迹技术应用于蛋白质[16，32，33]、DNA[34～37]、细胞[38，39]、病毒[40，41]等生物大分子检测识别的研究一直是分子印迹应用的主要方向之一。据Web of Science统计，相关的年发表文献量由1996年的10余篇增加到2014年的100余篇。

与小分子印迹技术相比，大分子印迹技术存在更大的困难和挑战。首先，模板分子的洗脱及识别困难是大分子印迹技术面临的最主要问题。目前报道中，强酸、强碱、乙醇、PBS缓冲是常规印迹技术中洗脱的常用手段，而在蛋白质等大分子印迹中，因尺寸较大，洗脱效果一直存在效率过低的问题[8]。此外，高度交联的网络结构还导致了目标分子扩散受到限制，从而结合能力低，平衡时间较长。表面分子印迹技术是目前解决模板分子传质阻力较大的主要方法，例如印迹纳米丝或印迹纳米微球等[33，42，43]。在此基础上，利用蛋白酶的降解作用来洗脱模板蛋白受到蛋白分子印迹研究者的重视[44]，Moreira等[32]在酰胺化的金电极表面先固定肌红蛋白，采用丙烯酰胺类功能单体，N，N-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂在电极表面自组装分子印迹层，然后用蛋白酶K消解除去模板肌红蛋白。以铁氰化钾为离子探针，采用方波伏安法（SWV）测量，检出限达0.28 μg/mL，其原理如图1。

Wang等[45]在玻璃基质表面利用硼酸亲和作用先共价结合模板糖蛋白，通过自聚合多巴胺和间氨基苯硼酸形成亲和力导向可控的表面分子印迹聚合物，在高pH环境中显示高效的硼酸亲和作用，在酸性环境中呈现较低的亲和作用。以辣根过氧化氢酶（HRP）为例，当pH=9.0时解离常数Kd=6.6×10 9，pH=3.0时， Kd=2.7×10 7，且在pH调整中并不影响分子印迹的特异性识别能力，表现出良好的选择性。其原理如图2。

此外，用于制备MIP的介质种类有限。在有机相中制备MIP已经日渐成熟，而以水溶液为介质的制备研究却较少，而生物分子酶、蛋白质等生物活性物质通常在水环境中较稳定。研究水相中生物大分子印迹膜的合成方法是一个重要方向。最后，生物大分子印迹识别的机理还没有得到较为完整且系统的理论，大分子结构的复杂性和印迹聚合物作用力的多样性都成为其机理研究主要困难，只有解决了这个问题才会使大分子印迹传感器得到进一步的发展。

2 生物大分子的分子印迹方法

将分子印迹技术应用到蛋白质等大分子至今，其印迹方法可以分为： （1）整体印迹[46～48]（Bulk imprinting），整体印迹又称为包埋法，主要特征是模板分子大都聚合在印迹物内部，在印迹过程中由于传质阻力的增大存在再识别的效率不高，聚合物有效尺寸过低等问题。常用的聚合方法有本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合和沉淀聚合等。（2）表面印迹法 （Surface imprinting）， 区别于整体印迹技术的三维印迹，表面分子印迹是指在载体或者基质表面制备分子印迹聚合物，由于其识别位点位于载体或者基质的表面，在一定程度上降低了印迹孔穴洗脱和再识别的传质阻力，特别适合于蛋白质等生物大分子的分离检测。表面印迹的方式主要有电聚合[49]、印迹微球[50]、印迹纳米粒子[33，51，52]等。（3）抗原决定基法[13，53，54]（Epitope approach）又名“子结构”印迹方法[55]，受抗原-抗体相互通过一小段活性位点进行识别的启发，近年来，研究者在蛋白质分子印迹中，将一小段暴露的蛋白多肽序列作为模板分子进行印迹，得到的聚合物不仅能识别这一段多肽序列，更能进一步的识别整个蛋白质大分子，从而避免了由于蛋白尺寸过大导致的识别效率过低、传质阻力过大等困难，同时，小段多肽聚合物材料具有更优良的特异性识别作用，近年受到越来越多的研究者的关注。

3 大分子印迹传感器

受益于分子印迹聚合物类似于生物识别系统（抗原-抗体、酶-底物、激素-受体等）的高选择特异性，且具有比生物识别材料更好的环境耐受性、更低的制作成本、更好的稳定性。生物传感器的敏感元件使用的酶、激素等生物敏感材料对适用条件和环境的苛刻要求，极大地限制了其发展。分子印迹技术不仅拥有生物传感器的高识别能力，同时具有生物敏感材料所缺少的高稳定性的特点，因而分子印迹传感器是生物传感器的理想发展方向之一。随着分子印迹聚合物的模板分子不只是局限于小分子印迹，将分子印迹应用于传感器方向将有更为广阔的应用前景，例如制作一些具有免疫抑制性的人工抗体。

分子印迹聚合物的合成是分子印迹研究的关键步骤，当洗脱完成后MIPs与模板分子结合，产生物理或者化学信号，转换器（压电晶体、电极、电阻等）将信号转换为可定量输出的检测信号，通过检测信号实现对待测物质的检测，这就是一个传感的过程，根据转换信号的不同，可以大致的分为光学传感器、电化学传感器、质量型传感器。

3.1 光学型印迹传感器

光学传感与分子印迹联用通常有荧光[56]、发光[57]和表面等离子共振[58]（SPR）型。光学传感具有的高灵敏度，分子印迹光学传感的检出限在小分子检测中通常能达到ng级，因此，人们正在积极探索将其应用于痕量大分子检测的可能性。Sunayama等[59]合成了一种由甲基丙烯酰基、仲胺基、苯甲酸基三种功能团构成的单体，在改性的玻璃基质上制备了溶菌酶分子印迹膜，在移除溶菌酶分子后，在MIP仲胺基上引入荧光染料，只有当靶蛋白与分子印迹膜重新结合后，才能产生荧光信号，通过荧光信号的差异检测目标蛋白，测定结果可与SPR相媲美。采用类似的策略，Sunayama等[60]合成了一种新的功能单体MDTA，将蛋白识别信号转换为荧光信号，其检测原理如图3。Liu等[61]用磁性纳米粒子来进行MIP表面印迹物的分离，用荧光探针检测信号，建立了对目标酶蛋白的选择性检测的新方法。其在Fe3O4磁性纳米粒子表面印迹了对DNase I具有特异选择性的聚合纳米材料，通过外加磁场分离出目标酶蛋白聚合物，进而洗脱出DNase I，用荧光探针进行酶含量的检测。

3.2 分子印迹电化学传感器

分子印迹电化学传感器（MIECSs）是目前最为成熟、应用最为广泛的传感器体系，根据响应信号的不同可以分为电流（安培和伏安）、电位、电导、电容（阻抗）、场效应等类型。其中报道最多的传感器主要是电流型和电容型，它们的主要区别是MIPs与模板分子进行重吸附后产生的检测信号的不同。分子印迹电化学传感器的印迹敏感膜制备方法大致有电聚合法、滴涂法、原位引发聚合以及自组装法。电聚合法是使用最为广泛且较为成熟的聚合膜制备方法，通常可以分为恒电位法、恒电流法以及循环伏安法。循环伏安法可通过对电化学参数及扫描圈数来控制成膜的厚度，重现性良好且操作较为简便而应用广泛。电聚合采用的功能单体有导电型和非导电型。在大分子印迹领域，还对单体的生物相容性提出了要求。导电型印迹膜单体通常有吡咯、苯胺等，非导电型单体主要采用邻苯二胺、对氨基苯硫酚、苯酚等。

3.2.1 电容（阻抗）型传感器

电容型分子印迹传感器依据的是以印迹膜选择性识别目标分子前后电容或阻抗的变化作为检测信号，其优点是不需要外加试剂或者探针，可以提供实时信号，特别适用于一些非电活性物质的检测。

Cai等[16]在玻璃基板上生长碳纳米管阵列，嵌入SU8-2002聚合材料，以苯酚为单体，构建了人体铁蛋白的阻抗型电化学传感器，检测的线性范围达到1×10 12 ～ 1×10 7 g/L，其原理见图4。Zhang等[62]用溶胶-凝胶及自组装技术在Au电极表面聚合了人血清白蛋白，运用压电石英晶体阻抗技术及电化学阻抗技术，以铁氰化钾为探针分子，对人血清白蛋白进行了定量检测，检出限为10 6 mg/mL。

3.2.2 电流型传感器 电流型分子印迹传感器是目前电化学传感器应用最多的类型，以识别前后电流变化作为响应信号，既可以直接检测电活性印迹分子的氧化-还原电流，也能通过底物探针如铁氰化钾[63]对非电活性物质进行间接测定。常规的电流型分子印迹传感器灵敏度不高，特别是在大分子如蛋白质检测方面。如何提高传感器的灵敏度是目前重要的研究方向。纳米材料为该问题的解决提供了一个有力的工具[64]。Wang等[49]在石墨烯改性玻碳电极上修饰离子液体，用电聚合吡咯的方法制备了牛血红蛋白分子印迹电极（图5），用铁氰化钾为离子探针，采用DPV法测定目标蛋白在电极上印迹前后的电流变化值实现对BHb的测定，检出限达30 pg/L。实践证明，纳米材料在印迹传感器信号放大中有广阔的应用前景[65～70]。

3.2.3 电位型传感器 分子印迹电位型传感器采用的响应信号是分子识别前后电极电位的变化，识别过程中探针或模板分子不需要扩散穿过印迹膜，降低了信号响应时间。Wang等[71]通过在Au涂层表面自组装多羟基硫醇单分子膜建立对肌红蛋白和血红蛋白的电位型分子印迹传感器，传感器表现出了对目标蛋白的优异选择性。Moreira等[72]采用了类似的方法在硅珠表面自组装有机硅烷的单分子膜构建了肌红蛋白的电位型传感器。

3.3 质量型传感器

分子印迹质量型传感器主要包括压电石英晶体微天平型[73，74]（QCM）及表面声波传感器型（SAW）。其中较为常用的是QCM型，它是在石英晶体电极表面固定识别元件，通过印迹识别前后振幅、频率等的变化得到目标分子质量及浓度信息来达到检测目标分子的目的。而SAW与QCM的区别是共振频率更高，具有更高的灵敏度。Rick等[75]用溶菌酶和细胞色素C混合蛋白作为模板分子，采用间氨基苯硼酸（APBA）作为功能单体，在过硫酸铵的引发下，将聚合的印迹物涂覆在QCM金电极表面，通过比较识别前后的频率变化来对物质浓度进行检测。结论显示出此聚合物电极具有特异性识别混合蛋白的能力，对模板蛋白的检出限低至1.39 × 10 9 mol/L（图6）。Reddy等[76]合成了以牛血红蛋白和胰岛素为模板，采用丙烯酰胺类功能单体，制备了亲水型分子印迹水凝胶，利用QCM对目标蛋白进行检测。文章同时考察了四种丙烯酰胺类功能单体的特异性结合能力，通过计算印迹膜与非印迹膜的识别位点数比值α确定在最佳条件下丙烯酰胺功能单体具有最佳的特异性吸附能力。

3.4 在分子成像中的应用

分子成像是近年来将分子生物学与成像技术相结合的新领域，它具有可视化、动态采集、全面反映等特点。随着原子力显微镜、分子成像技术等的逐渐普及和分子造影技术的长足发展，分子印迹技术也逐步用于分子成像可视化分析[77]。此外，分子印迹-分子成像技术近年来也不再局限于界面表征，Alessandro等[78]用纳米二氧化硅作为载体材料，有机硅烷作为功能单体，利用表面印迹的方法和分子成像技术对番茄丛矮病毒和芜菁黄花叶病毒的印迹行为进行识别和分析。随着高分辨率及高通量电子显微镜的普及，印迹技术在分子成像中的应用将会更加广泛，病毒、细菌等生物活体的在线监测也将具有良好的研究前景。

4 生物大分子分子印迹传感器的展望

分子印迹技术利用仿生原理进行分子识别，它具有的高度特异性和对生物活性物的高亲和性及良好的稳定性都为其在生物大分子的分析应用奠定了基础。随着生命分析科学的发展，大分子印迹技术将不再局限于蛋白质、DNA等的识别检测，细胞、细菌乃至病毒等带有生命体征的“模板”将会是分析工作的下一个重点。其次，新材料的应用，例如石墨烯、MOF材料、C60等的应用对提高大分子分析检测的灵敏度和稳定性有巨大的潜力。最后，印迹传感器的微型和便携化，例如芯片实验室等，同样是分析工作的重要领域。传感器的微型化优势不仅仅表现在野外现场检测，在大规模的传染性疾病的临床检测中，同样具有广阔的应用前景。

Refferences

1 Polyakov M. Zhur. Fiz. Khim， 1931， 2： 799-805

2 Dickey F H. P. Natl. Acad. Sci. USA， 1949， 35（5）： 227

3 Wulff G， Sarhan A. Angew. Chem. Int. Edit.， 1972， 11（4）： 341

4 Vlatakis G， Andersson L I， Müller R， Mosbach K. Nature， 1993， 361： 645-647

5 Hoshino Y， Kodama T， Okahata Y， Shea K J. J. Am. Chem. Soc.， 2008， 130（46）： 15242-15243

6 Lofgreen J E， Ozin G A. Chem. Soc. Rev.， 2014， 43（3）： 911-933

7 Tokonami S， Shiigi H， Nagaoka T. Anal. Chim. Acta， 2009， 641（1-2）： 7-13

8 Kryscio D R， Peppas N A. Acta Biomater.， 2012， 8（2）： 461-473

9 Ren K， Zare R N. Acs. Nano， 2012， 6（5）： 4314-4318

10 Puoci F， Cirillo G， Curcio M， Parisi O I， Iemma F， Picci N. Expert Opin. Drug Deliv.， 2011， 8（10）： 1379-1393

11 Glad M， Norrlw O， Sellergren B， Siegbahn N， Mosbach K. J. Chromatogr. A， 1985， 347： 11-23

12 Kempe M， Glad M， Mosbach K. J. Mol. Recognit.， 1995， 8（1-2）： 35-39

13 Rachkov A， Minoura N. Biochim. Biophys. Acta Protein Struct. Mol. Enzymol.， 2001， 1544（1）： 255-266

14 JU Huan-Xian， QIU Zong-Meng， DING Shi-Jia. Bio-Analytical Chemistry. Beijing： Science Press， 2007： 272-290

鞠合龋 邱宗萌， 丁世家. 生物分析化学. 北京： 科学出版社， 2007： 272-290

15 Whitcombe M J， Rodriguez M E， Villar P， Vulfson E N. J. Am. Chem. Soc.， 1995， 117（27）： 7105-7111

16 Cai D， Ren L， Zhao H Z， Xu C J， Zhang L， Yu Y， Wang H Z， Lan Y C， Roberts M F， Chuang J H. Nat. Nanotechnol.， 2010， 5（8）： 597-601

17 Li X， Zhang L M， Wei X P， Li J P. Electroanal.， 2013， 25（5）： 1286-1293

18 Sellergren B， Allender C J. Adv. Drug Deliver. Rev.， 2005， 57（12）： 1733-1741

19 Shen X T， Zhu L H， Wang N， Zhang T， Tang H Q. Catal. Today， 2014， 225： 164-170

20 Ribeiro A， Veiga F， Santos D， Torres-Labandeira J J， Concheiro A， Alvarez-Lorenzo C. Biomacromolecules， 2011， 12（3）： 701-709

21 Barahona F， Turiel E， Martín-Esteban A. J. Chromatogr. A， 2011， 1218（40）： 7065-7070

22 Turiel E， Martín-Esteban A. J. Sep. Sci.， 2012， 35（21）： 2962-2969

23 Li J P， Li S H， Wei X P， Tao H L， Pan H C. Anal. Chem.， 2012， 84 （22）： 9951-9955

24 Xiao Y， Li J P， Fu C. Luminescence， 2014， 29（2）： 183-187

25 Cui M， Huang J D， Wang Y， Wu Y M， Luo X L. Biosens. Bioelectron.， 2015， 68： 563-569

26 Song W， Chen Y， Xu J， Yang X R， Tian D B. J. Solid State Electr.， 2010， 14（10）： 1909-1914

27 Roy E， Patra S， Madhuri R， Sharma P K. Talanta， 2015， 132： 406-415

28 Li J P， Ma F， Wei X P， Fu C， Pan H C. Anal. Chim. Acta， 2015， 871： 51-56

29 Luo X B， Luo S L， Zhan Y C， Shu H Y， Huang Y N， Tu X M. J. Hazard. Mater.， 2011， 192（3）： 949-955

30 Meyer E. Protein Sci.， 1992， 1（12）： 1543-1562

31 Dhal P K， Arnold F H. J. Am. Chem. Soc.， 1991， 113（19）： 7417-7418

32 Moreira F T， Sharma S， Dutra R A， Noronha J P， Cass A E， Sales M G F. Biosens. Bioelectron.， 2013， 45： 237-244

33 Ouyang R Z， Lei J P， Ju H X. Chem. Commun.， 2008， （44）： 5761-5763

34 Ogiso M， Minoura N， Shinbo T， Shimizu T. Biomaterials.， 2006， 27（22）： 4177-4182

35 Ogiso M， Minoura N， Shinbo T， Shimizu T. Biosens. Bioelectron.， 2007， 22（9）： 1974-1981

36 Ratautaite V， Topkaya S N， Mikoliunaite L， Ozsoz M， Oztekin Y， Ramanaviciene A， Ramanavicius A. Electroanal.， 2013， 25（5）： 1169-1177

37 Slinchenko O， Rachkov A， Miyachi H， Ogiso M， Minoura N. Biosens. Bioelectron.， 2004， 20（6）： 1091-1097

38 Dickert F L， Lieberzeit P， Miarecka S G， Mann K J， Hayden O， Palfinger C. Biosens. Bioelectron.， 2004， 20（6）： 1040-1044

39 Latif U， Can S， Hayden O， Grillberger P， Dickert F L. Sensor Actuat. B， 2013， 176： 825-830

40 Paulágleeson M. J. Mater. Chem. B， 2013， 1（16）： 2190-2197

41 Wang Y， Zhang Z， Jain V， Yi J， Mueller S， Sokolov J， Liu Z， Levon K， Rigas B， Rafailovich M H. Sensor Actuat. B， 2010， 146（1）： 381-387

42 Ouyang R Z， Lei J P， Ju H X. Nanotechnology， 2010， 21（18）： 1-9

43 CAO Guo-Bao， ZHU Wen， LI Jing-Ren， LI Zhen-Xuan. Materials Review. 2014， 28（7）： 153-157

曹国宝， 朱 文， 李镜人， 李振轩. 材料导报， 2014， 28（7）： 153-157

44 Komarova E， Aldissi M， Bogomolova A. Analyst， 2015， 140（4）： 1099-1106

45 Wang S S， Ye J， Bie Z J， Liu Z. Chem. Sci.， 2014， 5（3）： 1135-1140

46 Defreese J L， Katz A. Chem. Mater.， 2005， 17（26）： 6503-6506

47 Venton D L， Gudipati E. Biochim. Biophys. Acta Protein Struct. Mol. Enzymol.， 1995， 1250（2）： 126-136

48 Bossi A， Andreoli M， Bonini F， Piletsky S. Anal. Bioanal. Chem.， 2007， 389（2）： 447-454

49 Wang Z H， Li F， Xia J F， Xia L， Zhang F F， Bi S， Shi G Y， Xia Y Z， Liu J Q， Li Y H， Xia L H. Biosens. Bioelectron.， 2014， 61： 391-396

50 Li F， Li J， Zhang S S. Talanta， 2008， 74（5）： 1247-1255

51 Shi H， Tsai W-B， Garrison M D， Ferrari S， Ratner B D. Nature， 1999， 398 （6728）： 593-597

52 Li Y， Yang H H， You Q H， Zhuang Z X， Wang X R. Anal. Chem.， 2006， 78 （1）： 317-320

53 Bossi A M， Sharma P S， Montana L， Zoccatelli G， Laub O， Levi R. Anal. Chem.， 2012， 84（9）： 4036-4041

54 Rachkov A， Minoura N. J. Chromatogr. A， 2000， 889（1）： 111-118

55 Li S J， Cao S S， Whitcombe M J， Piletsky S A. Prog. Polym. Sci.， 2014， 39（1）： 145-163

56 Orozco J， Cortes A， Cheng G， Sattayasamitsathit S， Gao W， Feng X， Shen Y， Wang J. J. Am. Chem. Soc.， 2013， 135（14）： 5336-5339

57 Zhou J， Gan N， Li T H， Hu F T， Li X， Wang L H， Zheng L. Biosens. Bioelectron.， 2014， 54： 199-206

58 Yao G H， Liang R P， Huang C F， Wang Y， Qiu J D. Anal. Chem.， 2013， 85（24）： 11944-11951

59 Sunayama H， Ooya T， Takeuchi T. Biosens. Bioelectron.， 2010， 26（2）： 458-462

60 Sunayama H， Takeuchi T. ACS Appl. Mater. Inter.， 2014， 6（22）： 20003-20009

61 Liu Y B， Wang S S， Zhang C， Su X， Huang S， Zhao M P. Anal. Chem.， 2013， 85（10）： 4853-4857

62 Zhang Z H， Long Y M， Nie L H， Yao S Z. Biosens. Bioelectron.， 2006， 21（7）： 1244-1251

63 Li L， Yang L L， Xing Z L， Lu X J， Kan X W. Analyst， 2013， 138（22）： 6962-6968

64 Novoselov K S， Geim A K， Morozov S V， Jiang D， Zhang Y， Dubonos S V， Grigorieva I V， Firsov A A. Science， 2004， 306（5696）： 666-669

65 Luo J， Jiang S S， Liu X Y. Sensor Actuat. B， 2014， 203： 782-789

66 Li Y X， Li Y J， Hong M， Bin Q， Lin Z， Lin Z Y， Cai Z W， Chen G N. Biosens. Bioelectron.， 2013， 42： 612-617

67 Chen H J， Zhang Z H， Luo L J， Yao S Z. Sensor Actuat. B， 2012， 163（1）： 76-83

68 Viswanathan S， Rani C， Ribeiro S， Delerue-Matos C. Biosens. Bioelectron.， 2012， 33（1）： 179-183

69 Zhang R L， Xu S， Luo J， Liu X Y. Microchim. Acta， 2015， 182（1-2）： 175-183

70 DONG Ming-Jie， LI Yi-Ya， CHAI Zhi-Hua， YUAN Dong-Ying， FU Guo-Qi. Polymer Bulletin， 2013， （1）： 127-136

董明杰， 李义雅， 柴志华， 袁冬英， 傅国旗. 高分子通报， 2013， （1）： 127-136

71 Wang Y T， Zhou Y X， Sokolov J， Rigas B， Levon K， Rafailovich M. Biosens. Bioelectron.， 2008， 24（1）： 162-166

72 Moreira F T C， Dutra R A F， Noronha J P C， Sales M G F. Biosens. Bioelectron.， 2011， 26（12）： 4760-4766

73 Chou P C， Rick J， Chou T C. Anal. Chim. Acta， 2005， 542（1）： 20-25

74 El-Sharif H F， Aizawa H， Reddy S M. Sensor Actuat. B， 2015， 206： 239-245

75 Rick J， Chou T-C. Anal. Chim. Acta， 2005， 542（1）： 26-31

76 Reddy S M， Phan Q T， El-Sharif H， Govada L， Stevenson D， Chayen N E. Biomacromolecules， 2012， 13（12）： 3959-3965