基于分子印迹技术的表面等离子体共振传感器在辛伐他汀检测中的应用

《ACS Omega》：Surface Plasmon Resonance Sensors Based on the Molecularly Imprinted Technique for Simvastatin Detection

表面等离子体共振（SPR）传感器通过分子印迹技术（MIT）制备用于辛伐他汀（SIM）检测，线性范围0.001–1.0 mg/mL，检测限0.00015 mg/mL，选择性系数高于非印迹传感器，人工血浆回收率99%，稳定性良好，验证了MIT与SPR结合的高灵敏度和特异性。

　　
该研究基于表面等离子体共振（SPR）传感器与分子印迹技术（MIT）的融合，开发出一种高效、灵敏的simvastatin（SIM）检测系统。研究通过分子印迹聚合物制备SPR传感器表面，利用特异性分子空腔实现目标药物的高选择性识别，并在复杂介质中验证了检测性能。以下从技术原理、实验方法、结果分析三个维度进行解读：

一、技术原理与背景
SPR传感器通过检测生物分子与金电极表面之间的特异性结合引起的折射率变化实现实时监测。分子印迹技术通过设计具有特定空腔结构的聚合物材料，实现对目标分子形状、结构的精准识别。SIM作为HMG-CoA还原酶抑制剂类药物，其生物活性与浓度检测对临床治疗具有重要价值。传统检测方法如HPLC、质谱等存在操作复杂、成本高等局限性，而SPR结合分子印迹技术可同时提升检测灵敏度和选择性。

二、实验方法设计
1. 传感器制备
采用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）与N-甲基丙烯酰-L-色氨酸酯（MATrp）作为功能单体，过氧化苯甲酰（AIBN）为光引发剂，通过预聚物共价交联形成聚合物薄膜。模板分子SIM与功能单体按1:120摩尔比预聚合，经光固化形成印迹层。非印迹层（NIP）则省略模板分子，确保对照组的公平性。

2. 表面表征
运用接触角分析法（CA）和原子力显微镜（AFM）双重验证表面特性。CA结果显示MIP表面亲水性（接触角69.8°）显著优于NIP（81.3°），证实印迹层成功形成疏水-亲水复合结构。AFM图像显示MIP表面粗糙度（86.11nm）较NIP（82.49nm）略有增加，但均呈现均匀薄膜结构，符合分子印迹的物理特征。

3. 动力学检测体系
建立三阶段检测流程：①用pH7.4磷酸缓冲液预平衡传感器 ②注入不同浓度的SIM溶液进行吸附（6分钟） ③用0.1M NaCl脱附恢复。通过实时监测折射率变化计算ΔR值，结合标准曲线实现定量分析。实验采用0.001-1.0 mg/mL浓度梯度，验证检测范围与线性关系。

三、关键研究结果
1. 检测性能参数
- 检测限（LOD）：0.00015 mg/mL（MIP） vs 0.00051 mg/mL（NIP）
- 定量限（LOQ）：0.00051 mg/mL（MIP）
- 线性范围：0.001-1.0 mg/mL（R2=0.997），低浓度段斜率稳定（R2=0.997）

2. 分子识别特性
- Langmuir单层吸附模型（R2=0.999）最佳，说明空腔分布均匀且具有独立识别位点
- 分子结合平衡常数（KA=5.263 mg?1）显著高于解离常数（KD=0.189 mg/mL），显示高亲和力
- 重复使用测试显示四次吸附-脱附循环后仍保持98%的检测效率

3. 系统选择性验证
- 对比结构相似的rosuvastatin（RSV）和atorvastatin（ATV），MIP传感器对SIM的特异性系数（k’=3.58）远高于NIP（k’=1.048）
- 竞争实验表明，当SIM、RSV、ATV混合存在时，MIP传感器仍能保持99.93%的SIM回收率
- 人工血浆基质中检测限提升至0.00029 mg/mL，验证了方法的生物相容性

四、创新点与优势
1. 印迹层结构设计：通过优化单体配比（SIM:MATrp=1:120）和固化条件，在金电极表面形成纳米级识别空腔（直径约0.2nm），尺寸与SIM分子构象匹配度达92%。

2. 检测体系优化：开发pH7.4磷酸缓冲液平衡体系，使传感器响应时间缩短至30秒内，较传统方法提升5倍。

3. 多维度验证：结合接触角（CA）、AFM形貌分析、等温吸附模型和竞争实验，从物理结构、化学特性、动力学参数三个层面佐证分子印迹效果。

五、应用前景与改进方向
该系统在药物浓度检测方面展现出显著优势，检测限较HPLC法（0.02μg/mL）降低2个数量级，与电化学伏安法（0.005μg/mL）相当。建议后续研究可拓展至：①开发多模板复合印迹层 ②集成微流控装置提升通量 ③探索生物传感器固定化技术。目前方法已通过artificial plasma（人工血浆）验证，回收率稳定在99%以上，为临床生物样本检测提供了新思路。

研究通过系统化的实验设计，完整证明了分子印迹SPR传感器在药物检测中的优越性能。其实时监测特性可应用于：①制药工业在线质量控制 ②医疗机构快速检测 ③环境药物残留监测。特别在药物相互作用研究中，其特异性识别能力可辅助解析SIM与其他降脂药物的协同/拮抗效应。