《European Polymer Journal》：Advances in molecularly imprinted synthetic polymers: from structural principles to functional technologies
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本文综述了合成识别聚合物（SRPs）的原理、设计策略及最新应用。SRPs通过分子印迹技术模拟酶和抗体的特异性识别，采用非共价、共价及半共价策略制备。其应用涵盖色谱、传感、催化等领域，并发展出智能响应型材料以适应动态环境。未来需解决均一性、模板去除及功能扩展等挑战。
萨米尔·M·M·莫西（Samir M.M. Morsi）| 莫西·M·M·莫西（Morsi M. Morsi）| 马哈茂德·E·阿卜杜勒-阿齐兹（Mahmoud E. Abd El-Aziz）
聚合物与颜料部门，国家研究中心，33 El Bohouth街，Dokki，吉萨 P.O. 12622，埃及
摘要
合成识别聚合物（Synthetic Recognition Polymers，SRPs）是一种功能性材料，通过分子印迹技术（molecular imprinting）被设计用于选择性结合目标分子。在该过程中，模板分子指导单体排列形成互补的结合腔。其合成依赖于关键成分：模板分子、功能单体、交联剂和引发剂，这些成分共同构建了一个能够模拟抗体和酶识别行为的稳定网络。根据模板分子与单体的相互作用方式，SRPs可以通过共价、非共价或半共价印迹策略制备。聚合物化学和制造方法的进步扩展了SRPs在色谱分析、传感、分离膜、催化、药物输送和环境修复等领域的应用。目前，人们对能够响应温度、pH值、离子、光、磁场或生物分子等刺激因素而调节结合行为的智能SRPs给予了越来越多的关注。本文总结了分子印迹的原理、最新技术进展以及新兴趋势，强调了现代设计方法如何使SRPs具有更高的选择性、更快的响应速度和可调的功能性，并概述了开发下一代自适应SRP材料所面临的挑战和机遇。
引言
天然生物系统展现了卓越的分子识别能力，这为化学家设计人工选择性结合材料提供了灵感。例如，酶是高度选择性的催化剂，其活性位点具有明确的三维结构和化学微环境，仅能与特定底物结合[1]。淀粉酶是一种分解酶，它能特异性地将淀粉分解为葡萄糖单元，并释放细胞用于代谢过程的能量。相反，DNA聚合酶则是合成反应中的代表性酶，它催化核苷酸组装成DNA链，这一过程需要能量输入，从而从简单的前体构建更大、更复杂的分子（图1）[2]。通过这些互补的途径，酶在能量释放与储存之间维持微妙的平衡，确保了生物系统的代谢效率和稳态。这种精确的匹配使得酶促反应以最小的副反应高效进行[3]、[4]。
同样，抗体（也称为免疫球蛋白）具有Y形结构，其抗原结合位点具有高度特异性，能够识别并结合细菌或病毒等病原体表面的特定抗原（图2）。它们是免疫系统中的关键组成部分，能够识别并中和外来物质。每个抗体由两条相同的重链和两条轻链组成，呈Y形排列，重链末端的可变区域形成抗原结合位点。这些位点通过精确的互补相互作用识别抗原上的独特分子结构（表位）[5]、[6]。一旦结合，抗体可以直接中和病原体，标记它们以供免疫细胞摧毁，或激活免疫反应的其他成分，如补体系统。这种精妙的分子识别机制确保了对各种入侵微生物和毒素的针对性防御[7]。
与以往主要关注静态识别的文献不同，本文对自适应SRPs进行了当代分析，整合了最新的刺激响应印迹技术突破。
SRPs的基本概念
SRPs的设计旨在模仿这些天然识别机制。实现这一目标的最有效策略之一是分子印迹技术，该技术将目标分子（称为模板分子）在聚合过程中整合到聚合物网络中。模板分子指导聚合物内部形成形状、大小和化学功能互补的结合腔。去除模板分子后，这些结合腔可以实现对目标分子的选择性结合。
核心定义和结构成分
分子印迹是一种高度通用的制造策略，能够制备出能够选择性识别多种目标分子的SRPs[17]、[18]。在此过程中，模板分子作为蓝图，在三维交联聚合物网络中生成特定的结合腔。去除模板分子后，这些结合腔仍保留其空间排列和化学功能，从而使聚合物具备选择性结合的能力。
印迹过程的设计与工程
分子印迹技术用于创建三维聚合物网络，其中的结合腔能够选择性识别模板分子[30]、[31]。首先，将模板分子和功能单体溶解在致孔溶剂中，单体通过氢键、静电相互作用或疏水效应围绕模板分子排列，形成稳定的预聚合复合物。这一步骤决定了结合腔的性质。
SRPs的方法与设计策略
SRPs可以根据模板分子与功能单体在印迹过程及后续重新结合过程中的相互作用性质进行分类。三种主要的印迹策略是非共价、共价和半共价印迹，每种策略都有其独特的机制、优势和局限性[38]、[39]。
非共价方法因其简单性和多功能性而被广泛使用。它依赖于可逆的弱相互作用，如...
SRPs的实际应用
SRPs因其独特的选择性识别能力和高特异性而受到广泛关注。这种分子识别能力，加上其坚固性和多功能性，使得SRPs能够在众多科学、工业和生物医学应用中得到应用。作为天然受体（如酶和抗体）的合成类似物，SRPs提供了人工且高度稳定的替代品，能够在恶劣条件下发挥作用。
SRPs的先进和新应用
SRPs的发展已经超越了传统的静态系统，朝着能够响应周围环境的高度适应性和动态材料方向发展。传统的SRPs以其出色的分子选择性和化学稳定性而闻名；然而，其严格定义的结合位点可能会限制其在变化环境条件下的性能。为克服这些限制，新一代智能或刺激响应型SRPs已被开发出来。
未来展望
尽管SRPs在技术上取得了显著进展，但仍存在一些科学和实际挑战。传统的分子印迹方法往往会产生结合位点不均匀、模板去除不完全以及材料内部识别腔可访问性受限的问题，这些问题都会降低结合效率。为了解决这些问题，最近的研究转向了多孔框架，如印迹冷冻凝胶[54]、[55]、[56]。
结论
合成识别聚合物（SRPs）是一类有前景的智能材料，能够模仿生物系统中的高度选择性识别机制。通过分子印迹过程，SRPs具有明确的结合位点，对目标分子表现出高特异性，这种特异性由形状和功能互补性决定。过去几十年中，单体设计、交联化学和制造技术的不断进步...
CRediT作者贡献声明
萨米尔·M·M·莫西（Samir M.M. Morsi）：撰写初稿、数据整理、概念构思。
莫西·M·M·莫西（Morsi M. Morsi）：撰写修订稿、数据整理、概念构思。
马哈茂德·E·阿卜杜勒-阿齐兹（Mahmoud E. Abd El-Aziz）：撰写初稿、数据整理、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
