论文标题：Fernández-Hernando, P. Colorimetric Molecularly Imprinted Polymer-Based Sensors for Rapid Detection of Organic Compounds: A Review

论文链接：https://www.mdpi.com/2227-9040/13/5/163

期刊名：Chemosensors

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/chemosensors

文章导读

分子印迹聚合物 (MIP) 比色传感器通过在聚合物基质中构建目标分子的特异性识别空腔，实现了对有机化合物的高选择性检测，近年来因低成本、快速响应、便携易用等优势而备受关注。本篇文章由National University of Distance Education的Juan Carlos Bravo-Yagüe团队撰写并在Chemosensors 期刊发表，研究系统梳理了该领域的技术现状，依据目标分析物类型分类介绍了MIP比色传感器在现场快速检测、治疗药物监测、环境分析和食品安全筛查四大场景中的应用进展，并重点讨论了纳米酶信号放大与智能手机图像识别等新兴技术如何显著提升传感器的灵敏度与智能化水平。尽管MIP比色传感器在实际样本检测中展现出巨大潜力，但仍面临复杂基质抗干扰能力不足、印迹空腔传质效率有限及规模化制备等挑战。本综述旨在通过全面呈现MIP比色传感器从基础原理到前沿应用的技术图谱，促进该技术在食品安全、环境监测与临床诊断等领域的实际转化。

研究过程和结果

分子印刷聚合物 (MIPs)

分子印迹聚合物 (MIPs) 是一类具有特异性识别空腔的合成材料，其识别位点在形状、尺寸和官能团排列上与目标分子互补。模板移除是关键步骤，残留模板可能引起干扰，可采用虚拟模板替代。MIPs的选择性源于模板与聚合物网络间的非共价相互作用(如氢键、范德华力、离子作用)，可识别从有机小分子到蛋白质、核酸等多种目标物，广泛用于环境监测、药物分析和医学诊断 (图１)。相比抗体，MIPs稳定性优异，耐受极端pH、温度和有机溶剂，且成本低廉、可定制性强。聚合方法直接影响传感器性能：本体聚合简单高产，但形状不规则、洗脱困难；悬浮聚合粒径均匀但过程复杂；沉淀聚合比表面积大、结合效率高；溶胶-凝胶法热化学稳定性好但材料脆、需控pH；电化学聚合可在电极表面直接沉积，温和条件下实现均匀印迹，适用于可穿戴传感器和生物分子识别。MIPs已从传感平台拓展至药物递送、组织工程和诊断检测等领域，兼具富集与识别功能，不同聚合方法在形态控制、重现性和规模化上的差异显著影响性能，未来应聚焦新型功能单体、印迹效率提升及多技术联用，以推动其在复杂样本分析和实时监测中的实际应用。

图1. 用于通过非共价法制备分子印迹聚合物 (MIP) 的几种典型功能性单体的化学结构

比色传感器

化学传感器由识别元件和换能器组成，将化学信号转换为可测量输出，按换能器类型分为电化学、光学、压电和量热传感器 (图2)。光学传感器中，比色法因操作简便、成本低、响应可视，广泛应用于环境监测、临床诊断和现场分析。智能手机比色法利用便携设备和内置摄像头，结合图像处理软件实现定量检测，但光照变化是主要干扰，可通过色彩校正提升精度，已用于食品、环境和临床领域。纳米酶是具有类酶活性的纳米材料，成本低、稳定性高。按催化机制分为POD、OXD、CAT和SOD类 (图3)，按材料分为金属基、金属氧化物基、碳基及MOFs/COFs等。单原子纳米酶 (SANzymes) 因原子利用率高成为研究热点。MIPs与纳米酶协同策略可显著提升选择性——MIP提供特异性识别空腔，纳米酶提供催化活性，已成功用于环境监测和医学诊断，回收率可达90%以上。未来需聚焦于体系稳定性、可重复性和规模化提升，推动实际应用。

图2. 化学传感器的主要类型

图3. 基于催化作用和材料组成的纳米酶分类。

基于MIP的比色传感器

基于分子印迹聚合物 (MIPs) 的比色传感器以MIPs为识别元件，通过模板聚合形成与目标分子形状和化学性质互补的空腔，兼具高选择性、高稳定性、低成本和可重复使用优势，广泛应用于环境监测、食品安全和医学诊断。检测机制包括三种策略：直接监测分析物结合、生色底物反应、染料置换法。按目标分析物分类：(1) 药物：抗生素、精神活性物质及镇痛抗炎药；(2) 农药：毒死蜱、阿特拉津、乐果、草甘膦、甲萘威、马来酰肼、2,4-D、辛硫磷等；(3) 毒素：海洋藻类毒素、黄曲霉毒素、石房蛤毒素；(4) 氨基酸与蛋白质：甲状腺球蛋白、卵清蛋白、脯氨酸、肌氨酸等；(5) 色料：碱性红9、赤藓红B、孔雀石绿、柠檬黄；(6) 其他：双酚A、葛根素、心肌肌钙蛋白I、四溴双酚A、芦荟大黄素、溶血磷脂酸、肠道病毒71型、三聚氰胺、胆固醇、没食子酸丙酯、葡萄糖等，展示了该传感器在环境、食品和临床领域的广泛适用性。

MIP比色传感器通过将特异性识别与可视化信号输出相结合，实现了对复杂基质中多种目标物的简便、快速检测，尤其在与纸基器件、智能手机和纳米酶等技术联用后，灵敏度和实用性显著提升 (图4)。未来发展方向包括提升在真实复杂样本中的抗干扰能力、增强对蛋白质等大分子的印迹效率，以及进一步推进便携化与商业化应用。

图4. 基于分子印迹聚合物的比色传感器 (MIP-CS) 根据其目标分析物所应用的不同领域

文章总结

基于分子印迹聚合物 (MIP) 的比色传感器在环境监测、医疗保健和食品安全等领域具有突出优势——高选择性、操作简便、低成本、快速响应，尤其适合实时和原位分析。然而，其实际应用仍面临三大核心挑战：(1) 制造工艺复杂耗时，需借助自动化制造系统、标准化协议及微纳加工技术推动规模化与微型化；(2) 多分析物同时检测能力不足，当前主要面向单一靶标或结构类似物，未来可通过人工智能辅助MIP设计、多MIP芯片集成或与微流控系统联用突破；(3) 新兴技术集成的可靠性与稳定性问题，纳米酶虽能放大信号提升灵敏度，但其特异性和长期稳定性尚需优化，智能手机检测系统则易受环境光照等外部因素干扰。MIP比色传感器有望发展成兼具高灵敏度和高可靠性的实用工具，在科研和工业应用中释放全部潜力，值得关注的是，人工智能在预测最优功能单体、简化合成工艺和识别最佳反应条件方面潜力巨大，有望加速传感器开发进程，弥合实验室创新与商业化应用之间的鸿沟。

Bravo-Yagüe, J.C.; Paniagua-González, G.; Garcinuño, R.M.; García-Mayor, A.; Fernández-Hernando, P. Colorimetric Molecularly Imprinted Polymer-Based Sensors for Rapid Detection of Organic Compounds: A Review. Chemosensors 2025, 13, 163.

Chemosensors期刊介绍

主编：Nicole Jaffrezic-Renault, CNRS/University of Franche-Comté, France; Jin-Ming Lin, Tsinghua University, China

期刊范围涵盖化学传感理论；机理和检测原理；开发、制造技术；化学分析方法在食品、环境监测、医药、制药、工业、农业等方面的应用。

2025 Impact Factor：4.4

2025 CiteScore：8.1

Time to First Decision：19.8 Days

Acceptance to Publication：3.7 Days