1、引言
分子印迹技术即人们通常所说的分子印迹，是一种利用分子印迹聚合物模拟酶-底物或抗体-抗原之间的相互作用，对分子印迹（也称模板分子）进行专一识别的技术，其概念早在1931年经由Polyakov提出[1]，诺贝尔获奖者Pauling提出了以抗原为模板合成抗体的理论，但直到20世纪90年代由瑞典Lund大学的Mosbach研究组在《Nuture》上发表了茶碱和安定分子印迹聚合物的报道[2]，才引起人们对分子印迹技术的极大关注，数年后，分子印迹技术得到迅速的发展，并被广泛的应用于诸多领域。分子印迹聚合物不仅具有类似天然抗体识别的特异性、高选择性和高结合能力等优点，还弥补了天然抗体的缺陷，具有化学稳定性好、制备过程简单以及可以重复多次使用等优点[3]，因而在许多领域得到广泛应用，如色谱分离、固相萃取、传感器、模拟酶催化、临床药物分析等。
图1.1 分子印迹聚合物制备过程示意图
其中，传感器是分子印迹技术的一个重要应用，是由信号转换器和识别元件构成，识别元件以某种方式位于转换器的表面，当所检测的目标分子与识别元件结合时，就会产生物理或化学信号，转换器将此信号转换为定量输出的信号，就可以对目标分子进行实时测定[4]，根据转换器的测量原理不同，分子印迹传感器可以分为光学传感器、电化学传感器、质量式传感器、热学传感器等。本文以分子印迹技术其中的一个技术分支-分子印迹传感器技术为起点进行研究，综述分子印迹传感器技术的世界专利申请、技术发展情况。
2、专利申请现状分析
2.1专利申请情况
2.1.1总体申请趋势
专利申请量随时间的变化一定程度上表明了该技术的社会关注度和技术在社会的渗透程度。以2023年1月1日为检索截止时间，图2.1.1中显示了1996-2022年间世界范围内分子印迹传感器相关专利申请趋势，从中分析可以发现，分子印迹传感器专利的申请量从2000年前为技术发展的萌芽阶段，仅有少量专利申请出现，说明分子印迹传感器研究相对于其他分子印迹的技术起步较晚，而在2001-2009年处于稳定增长期，2009年-2013年的专利申请量突破稳定增长平台，进入快速增长阶段，2013-2017年处于申请量高位的稳定阶段，考虑到2021-2022年的申请还未完全公布，在2018-2019年的申请量呈现出一定的下降趋势。
图2.1.1分子印迹传感器全球专利申请的年度申请量趋势
2.1.2全球申请趋势
结合图2.1.2中各国全球申请量排名靠前的各国申请趋势，在2007年之前，申请量排名靠前的国家主要集中在欧美国家和日本，主要源于上述国家科学技术水平较高、起步较早，在相关领域研究较深。而2008年之后，国内申请人异军突起，技术处于突破期后，一直保持在较高水平，结合全球申请趋势以及各国申请趋势可以看出，2011年至今，国内申请量占据着遥遥领先的地位，国内申请的趋势决定了世界专利申请趋势。
图2.1.2分子印迹传感器全球各国/组织专利申请的年度申请量趋势
2.2申请人分布
通过对关于分子印迹传感器专利申请量进行排序，确定申请量排名前十的申请人为主要专利申请人，如图2.2.1示出了分子印迹传感器专利申请的主要申请人分布，国内主要申请人主要为江苏大学、同济大学、江南大学等高校，而国外的主要申请人为Transgenomicinc。
从申请人排名也可以直观看出创新主体的类型主要是大专院校。
图2.2.1分子印迹传感器申请人排名
2.3关键申请人的研究进展
为了对分子印迹传感器的发展应用进行分析，以申请量最多的发明主体江苏大学为切入点，对分子印迹传感器技术发展进行分析，总结如下：
图2.3.1江苏大学分子印迹传感器技术脉络
从图2.3.1可以看出，江苏大学通过两种技术手段制备分子印迹传感器：一、利用电化学制备电化学传感器，如玻碳电极、稀土掺杂、量子点等；二、利用荧光、磁性分子印迹聚合物等的光、磁性分子印迹传感器。江苏大学在研究过程中主要针对药残、血糖等应用领域，着重于提高分子印迹传感器的特定识别、环境稳定性以及灵敏度等。对相关专利的法律状态进行统计后发现，除在审专利外，江苏大学相关专利并无转让或抵押，且部分专利处于因未交年费失效状态，表明国内申请人在分子印迹传感器技术应用、许可等方面还需要进一步扩展。
3、关键技术
虽然分子印迹传感器技术相对于分子印迹技术相对于的其他分支发展较晚，发展还不太完善，但相对于色谱分离、固相萃取、模拟酶催化等，其通过仪器、载体等直观显示目标分子达到定量、定性分析是其发展优势，因此商业应用也更为广泛，涵盖了化学、电化学、光学、材料、生物医药、水处理等诸多领域。通过对分子印迹传感器技术进行梳理，可以将分子印迹传感器技术分为以下几个研究方向。
（1）对分子印迹传感器本体改性
分子印迹传感器的制备离不开分子印迹本体，如何提高本体对目标分子的特异性、响应性、灵敏性、稳定性等和有效的降低生产成本是人们研究的热点。如采用金属、无机物或稀土等组分进行掺杂，如专利申请CN101581673B公开了一种将分子印迹膜复合在铱配合物修饰的电极表面形成电致发光-分子印迹传感器。该传感器对氨态氮包括无机铵盐，有机胺类，氨基酸，多肽以及蛋白质均具有很好的选择性响应。能够快速检测含氮化合物的电致化学发光-分子印迹识别传感器。专利申请CN104062275A公开了一种以MWCNTs-QDs纳米复合材料为载体，BSA为模板分子，制备特异性识别BSA的纳米仿生传感器。通过采用表面印迹的方式合成的纳米荧光传感器有效识别位点多，且比表面积大，易于选择性识别模板分子。专利申请CN105954334A公开了一种分子印迹电化学传感器包括工作电极，所述工作电极表面依次涂覆有一层石墨烯/钌纳米粒子和一层分子印迹聚合物，既结合了石墨烯/钌纳米粒子良好的导电性和催化性，又结合印迹材料的特异选择性。当分子印迹聚合物使用的模板分子为二苯胺时，所制备的分子印迹电化学传感器对二苯胺具有良好的吸附性能，选择性强，不易受干扰，且检测线性范围宽，检测下限可以达到0.02μM。
（2）光电化学分子印迹传感器
利用分子或离子的基态或激发态的氧化还原以及光对电极的影响而将光化学与电化学方法合并使用，由此产生了光电化学这一交叉学科，分子印迹传感器在光电化学也是人们的重点研究方向之一。如专利申请CN104914143A公开了一种原位分子印迹功能化CdS/3DOMTiO2/BDD电极对苯并芘的光电分析方法。首先采用硬模板法结合溶胶-凝胶法在BDD表面构筑3DOMTiO2，然后通过连续离子层吸附反应法组装BaP原位分子印迹功能化的CdS纳米粒子，构筑出CdS/3DOMTiO2/BDD光电化学传感器。采用该传感电极对水样中的BaP进行光电分析检测，检测限达到10-14mol·L-1数量级。专利申请CN106124462A公开了一种基于细胞色素C与焦宁B作用的青蒿素分子印迹光电化学传感器的制备方法，步骤如下：1)在玻碳电极上电化学聚合出分子印迹聚合物膜，将模版分子洗脱得到印迹空穴；2)将印迹聚合物浸入含青蒿素的溶液中掩蔽印迹膜的空穴，放入含细胞色素C标记的模版分子溶液中，以便取代印迹空穴中的模版分子发生竞争反应，放入含铁氰化钾的电解质溶液中，观察到电信号变化；3)随溶液中细胞色素C标记的模版分子减少，底物焦宁B荧光减弱，可实现对青蒿素的光电化学检测，采用光和电信号结合，可作为一种新型的分子印迹传感器用于生物样品和复杂体系中青蒿素的高效检测。
（3）对分子印迹聚合物功能化
为了满足分子印迹传感器的特定用途，南开大学通过对分子印迹化物进行功能化，使其具有亲水、亲油等特定性能实现系列目标物的检测。如专利申请CN101747473A公开一种表面功能化的分子印迹聚合物微球的制备方法。通过可控/“活性”自由基沉淀聚合新方法制备得到分子印迹聚合物微球在众多领域具有广阔的应用前景。专利申请CN102952236A通过亲水性大分子链转移剂诱导的可逆加成-裂解链转移(RAFT)沉淀聚合技术一步法合成了能够用于模拟酶催化、仿生传感器等众多领域的分子印迹传感器。
（4）对分子印迹传感器设备的改进
分子印迹传感器的最大性能发挥离不开分子印迹传感器的整体设备，因此通过对分子印迹传感器及其装置进行的改进是其中一种重要途径，专利文献US20030209058A使用分子印迹聚合（MIP）技术的微悬臂梁传感器及其使用方法。将MIP微悬臂梁传感器放置在导管中，在导管中处理水流或环境流或体液。MIP微悬臂梁传感器提供对流量的连续在线监测，从而可以监测检测有机分子、无机分子、无机离子或病毒等需要检测的任何其他生物物质。专利文献US8313633B2提供了一种分子识别传感器系统，其包括通过以下步骤形成的分子印迹纳米传感器器件：（a）使用光刻法将通过微尺度间隙分开的一对金属电极制造到形成在基板上的第一电绝缘层上；（b）在所述电极对的大部分顶表面上施加第二电绝缘层；（c）使用电化学沉积将额外的金属电极材料沉积到所述电极对上，从而将所述微间隙减小到所述电极对之间的纳米级间隙；（d）在所述纳米间隙中包含目标分析物的导电单体进行电化学聚合，从而在电极对之间的间隙中形成导电聚合物纳米结；（e）将所得的传感器装置浸入溶液中，以除去目标分析物，并在将导电聚合物浸入所述溶液中时间歇地向导电聚合物施加电压，从而使导电聚合物溶胀和收缩，从而更有效地提取靶标来自导电聚合物的分析物。
（5）分子印迹传感器的规模化
分子印迹聚合物由于其灵敏度、精细化要求，通常在大规模应用时会遇到如何进行批量生产、大规模检测等问题，将其进行批量化生产以降低其应用难度以及生产成品也是人们研究的目标之一，专利文献CN103033495A通过选择金属离子对应的功能单体；制备量子点及按照文献制备量子点分子印迹混合溶液；利用打印机将不同金属离子量子点分子印迹混合溶液打印到纸上，紫外照射，制备印刷分子印迹纸芯片荧光传感器，并将制备好的印刷分子印迹纸芯片荧光传感器浸入到水体样品中，然后浸透短波发射的饱和荧光试剂，对样品中的重金属离子进行检测，反应及结果均由仪器自动完成和记录等优点。专利文献CN105203535A通过批量打印疏水图案，熔蜡成型，制备合成铁酸锌；原位合成分子印迹聚合物；加入双氧水溶液引发反应，而制备得到一种纸基可视化分子印迹生物传感器，该传感器成功将分子印迹技术引入到微流控纸芯片上，利用铁酸锌对双氧水和3,3’,5,5’-四甲基联苯胺的催化效果引发颜色变化，实现可视化检测。
4、总结
在分子印迹技术开发70年后，分子印迹传感器技术才得到广泛研究，而从专利申请上来看，分子印迹传感器技术的研究在21世纪初才得到突破，但由于其具有巨大的应用价值，能够选择性识别并检测特定目标化合物，因其设计简单、灵敏度高、易于微型化和自动化等优点，分子印迹传感器近年来一直是人们研究的热点之一。虽然国内对于分子印迹技术的开发时间较晚，但对于分子印迹传感器的研究已经不算落后，无论是专利申请数量，还是关键技术的专利申请量都在世界前列。一方面，国内申请人应立足国内技术优势，将分子印迹传感器技术进一步深入研究。另一方面，国内企业应充分利用好国内大学、科研院所的先进技术和科研实力，尽早将分子印迹传感器技术进行商业化，占领分子印迹技术应用的市场。
5、参考文献
[1] Polyakov M V. Adsorption properties and structure of silica gel. Zhur Fiz Khim, 1931,2:799-805。
[2] Vlatakis G, Andersson L I,Muller R,Mosbach K,Drug assay using antibody mimics made by molecular imprinting.[J]. Nature,1993,361(6413。
[3] 《现代药物分离与分析技术》 第2版，傅强 等，西安交通大学出版社，第74-75页，2017年12月。
[4]He Y H,Gao Z X ,Chao F H.The progess of the study on molecular imprinting-based biomimetic sensors [J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry,2004,10:1407-1412。