分子印迹技术是通过模拟“锁与钥匙”识别机制的受体-配体自然相互作用，产生与底物精确互补的人工结合位点以实现分子特异性识别的一种技术。但由于其在制备到应用过程中潜在的污染、高消耗和毒性因素等，阻碍了该技术的绿色可持续发展，造成了分子印迹技术在制备生产和商业化应用等方面受到限制，也间接导致了低成本分子印迹材料（人工抗体）的使用仍未超过天然抗体。绿色分子印迹聚合物（GMIPs）是一种新型人工抗体，通过遵循绿色化学原则，来实现从制备到应用全过程的无毒无污染、低消耗可持续性发展，与同类天然抗体相比，优势更明显。
图1 绿色分子印迹的十四项原则缩写为GREENIFICATION（引自Adv. Mater. 2021, 33, 2100543）近期，中国科学院烟台海岸带研究所陈令新研究员团队在《Advanced Materials》期刊上发表了题为“Greenificated Molecularly Imprinted Materials for Advanced Applications”的观点文章（2022, DOI: 10.1002/adma.202203154）。在14条绿色分子印迹原则“GREENIFICATION”（图1）基础上，评述了GMIPs在生物医疗、类酶催化、能量储集、纳米颗粒检测、气敏吸附和环境修复等六个新兴领域（图2）中的最新应用进展。
文章涵盖了GMIPs在上述六个领域最新应用进展，包括GMIPs的设计、合成、废物处置和发展GMIPs对环境与生命健康的积极作用，讨论了GMIPs的特性及其如何推动医疗、传感、检测等各种技术的发展；通过GMIPs减少对环境的污染，提出了关于GMIPs方法的观点、待解决的问题以及未来发展方向。概述如下：随着现代生物医学的快速发展，人们对预防、诊断和治疗策略的需求日益增加。用于治疗的天然抗体需要复杂和昂贵的制造过程，且存在细胞膜通透性差、可重复性低、患者发病率高等问题。使用GMIPs替代天然抗体品可以改善上述问题，各种GMIP传感器、复合材料、抗菌试剂等被开发并投入使用，基于GMIP的生物成像等诊疗平台也具有敏感、快速、环境友好和兼容性强等特性。酶在一系列具有高催化活性和高底物特异性的反应中具有非常高效的催化性能，绿色化分子印迹酶（GMIEs）、多相催化剂等分子印迹催化剂（MICs）凭借其在效率、活性、成本和选择性上的优势受到越来越多的关注（图3）
图3 不同酶-底物复合物的优缺点及天然酶、人工酶和GMIEs的比较随着能源危机和环境恶化的加剧，能量储集亟待探索先进技术，以便从环境中高效地收集可再生、绿色和可持续的能源。此外，将未开发和浪费的能源转化为可用的能源，也是提升能源与环境可持续发展的战略。虽然系列可再生能源（如风能和潮汐能）已被研究采用，但其使用限制于地域、气候和天气条件。微生物生长速度快，结合低成本导电聚合物膜的微生物印迹技术在可持续电能生产方面具有较好的发展前景。由于纳米材料的应用日益增多，人工纳米颗粒污染对环境与生命存在潜在的危害，开发快速检测纳米颗粒的工具，以及纳米界面与环境相互作用的研究新方法受到广泛关注。大多数用于检测和表征纳米粒子的技术费时费力，需要精密仪器和熟练的操作人员。分子印迹光学传感器，因其便捷性和出色的特异性在纳米粒子传感方面极具潜力，目前的研究仍处于初级阶段（图4）。
图4 人工纳米颗粒的内在特征以及通过纳米颗粒进行印迹识别挑战开发用于生化标志物原位检测的低成本气体传感仪器设备，在疾病诊断和食品安全等多领域都具有重要意义，GMIPs的使用对提高气体传感器的性能至关重要。人口增长和过度的人类活动使地球环境资源被破坏，地球系统的自然循环方式难以在短时间内恢复，过度的工业发展破坏了生态系统的平衡，导致了环境危机。系列利用GMIPs的先进修复技术被广泛研究发展，使用GMIPs作为化学/生物污染物去除的过滤器、吸附剂或分离膜，以及在污染物催化降解过程中，GMIPs都可以起到关键作用。GMIPs作为广受欢迎的可持续选择性识别材料之一，在各种应用领域均具有很大的潜力。近十年，其研究重点聚焦于GMIPs的实用性，如何提高GMIPs的选择性、靶向性，以及环境友好性和生物降解性，以便于应对实际应用中的各种需求，对此，我们提出了要应对的挑战，并分别对合成、功能、应用和处理方面发表了观点（图5）。
图5 未来的研究方向展：GMIPs的合成、功能、应用和处理未来的研究应该聚焦分子印迹聚合物特殊结构的设计、GMIPs的批量生产、结构-性能相关性的建立、应用开发以及应用后的环保处理等领域。只有正视这些领域的问题和挑战，才能改变当今GMIPs发展缓慢的局面。开发分子印迹新体系过程中，GMIPs的合成应在绿色原则下进行，同时满足不同聚合方法的要求，实现对合成参数的精确控制。使用可回收模板，并合理设计机制，通过计算机智能控制，采用可批量制备的微波技术，以及兼容度高的合成方法，弥补GMIPs在用后降解等方面存在的研究缺口。这篇观点论文为GMIPs的长期存在的问题提供了解决和创新思路，为分子印迹的进一步发展提供指导，可有效激发GMIPs更大的应用活力。https://doi.org/10.1002/adma.202203154
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论文作者：Abbas Ostovan（烟台海岸带研究所），Maryam Arabi（烟台海岸带研究所）, 王运庆（烟台海岸带研究所），李金花（烟台海岸带研究所），李博伟（烟台海岸带研究所），王晓艳（滨州医学院药学院），陈令新（烟台海岸带研究所）。
陈令新“生态环境分析监测”课题组：以化学和地学等多学科交叉思路解决海岸带生态环境监测与保护技术问题。针对海岸带生态环境分析监测，利用纳米材料、生物材料和光电磁等探测手段，构建微、纳尺度分析传感界面，深入监测新原理、新方法和新仪器装置，为海岸带生态环境分析监测和生态修复提供系统性、创造性解决方案。主要研究方向：
1）污染物识别、分析监测与评估技术：样品前处理材料、方法与技术；纳米分析与成像、分子探针与成像；2）生态环境监测、监视技术与预警评估 ：生物监测监视技术（三维成像等）；基于流控技术的分析监测仪器；3）近海环境污染过程模拟与生态修复：海洋污染环境行为和生态效应模拟研究；生物材料、化学材料在环境修复中的应用。
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