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分子印迹是通过模拟自然界中的分子识别过程(如抗原与抗体的特异性结合)制备对目标分子有特异性识别作用的聚合物的技术。以蛋白质分子为模板的分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymer,MIP)在生物传感器、生物分离、药物释放和疾病诊断等领域有望取代昂贵的抗体来达到选择性识别目标蛋白质的目的。但蛋白质分子的高分子量和结构的复杂性等特点使其在聚合物网状结构中传质阻力较大,而且印迹聚合物制备过程中精确的识别位点不容易形成,导致目前蛋白质MIP普遍存在吸附容量低、吸附动力学慢和吸附选择性不理想等问题。针对这些问题,研究人员提出了不同的解决办法,其中纳米粒子的表面印迹是一种比较有效的方法,受到了很多的关注。
本课题组提出了一种纳米粒子表面蛋白质印迹的新方法一稀溶液中纳米粒子表面的接枝共聚法。先在载体纳米粒子表面修饰可聚合的双键,再将其分散到含有模板蛋白质、功能单体和交联剂的预聚合水溶液中进行自组装,最后加入引发剂引发聚合反应。采用很稀的单体浓度能够避免聚合反应后体系的凝胶化,同时在纳米粒子的表面形成蛋白质印迹聚合物薄层。此法制备简单、模板易洗脱且吸附动力学快,但由于表面印迹层太薄使得印迹性能(特异吸附容量和印迹因子)不是很理想。本文通过两种途径对该方法进行了改进,希望达到提高印迹作用的目的。
第一,调控纳米粒子表面印迹壳层的厚度。通过改变交联剂的用量可以调控印迹壳层的厚度,以优化印迹作用。以表面修饰马来酸酐的纳米硅球为载体,以丙烯酰胺和两种静电单体为功能单体,采用同样稀的总单体浓度,改变交联剂的用量在纳米硅球表面制备了不同厚度的溶菌酶印迹聚合物(Lys-MIP)。热重(TG)数据和电镜(TEM)结果表明随着交联度的增加,表面印迹层的厚度也逐渐增加。不同交联度的Lys-MIP和NIP的吸附数据表明50%的交联度产生了最佳的印迹效果,与之前稀溶液的方法相比较,印迹效果有明显的提高。
第二,引入配位功能单体。增强蛋白质分子与功能单体之间的相互作用力可以使形成的印迹位点更加精确,能够进一步提高印迹效果。在水溶液中静电单体与模板蛋白质之间的作用力会受到水分子的抑制,而配位作用的强度、特异性和方向性有利于形成更加精确的识别位点。在第一部分研究的基础上,我们以表面修饰双键的纳米硅球为载体,用配位作用代替静电作用制备了纳米硅球表面Lys印迹的聚合物。元素分析结果表明随着交联度的增加,纳米硅球表面接枝聚合物的量也逐渐增加。不同交联度的Lys-MIP和NIP的吸附数据表明,40%的交联度可达最佳的印迹效果。与第一部分模板蛋白质通过静电作用与功能单体结合的方法相比,吸附试验结果表明该方法进一步提高了印迹效果。