基于β-环糊精的分子印迹材料的制备及其在蛋白质检测中的应用

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蛋白质是生物体内一切组织的基础组成部分,调节和控制几乎所有生命活动,包括新陈代谢、能量产生、运输、细胞凋亡和信号转导等。随着生命科学、蛋白质组学和疾病诊断的深入发展,蛋白质的特异性识别和定量检测具有极其重要的生物学意义。传统的蛋白质测定方法是基于抗原-抗体识别的,但抗体性质不稳定、价格昂贵,并且使用需要严苛的条件,所以,研究人工合成的抗体具有重要意义和价值。分子印迹聚合物(Molecularly imprinted polymers,MIPs)是类似抗体性质的一种聚合物,它有与目标分子的形状和大小互补的印迹腔。MIPs具有合成简便、性质稳定、成本低等优势,近年来备受关注。但蛋白质印迹聚合物由于模板的特殊性,还存在着部分模板难获得、制备复杂、选择性低等缺点,还需要发展新的印迹策略来制备高性能的印迹材料。β-环糊精(β-cyclodextrin,β-CD)是具有锥状结构的环状低聚糖,β-CD既具有疏水内腔又有亲水性外表面,其空腔尺寸适中,能够与多种客体分子如偶氮苯、二茂铁和金刚烷等,形成稳定的包合物。鉴于β-CD“内疏水,外亲水”这一特别的性质,在分离富集、生物检测等领域中有着广阔的应用前景。基于β-CD的分子印迹材料常用于有机小分子的识别,仅有少量的印迹材料用于蛋白质的富集,如以磁性β-CD为载体制备了能特异性识别牛血清蛋白的MIPs、利用丙烯酰基修饰的β-CD的亲水表面和疏水空腔与溶菌酶自组装制备的印迹材料用于血清中溶菌酶的富集。但目前已报道的基于β-CD的印迹材料存在制备复杂、特异性弱、吸附性能差等缺点,仍需要进一步发展基于β-CD的新型蛋白质印迹聚合物用于实际样品中特定蛋白质的灵敏检测。在蛋白质印迹方法中,定向表位印迹由于识别位点均一、结合效率高被广泛应用。定向表位印迹中表位模板的固定是关键因素。近年来出现了一些定向表位印迹方法,例如开发的硼酸功能化的底物可以定向固定糖基化的表位和His-tag锚定表位印迹方法都可以用于制备定向表位印迹聚合物,尽管定向表位印迹取得了一些进展,但仍然处于起步阶段,迫切需要探索简便、通用的定向表位固定化方法。基于以上分析,本论文分别制备了基于β-CD的两种分子印迹材料,获得了良好的分子识别性能,实现了人血清中转铁蛋白(Transferrin,TRF)和神经元特异性烯醇化酶(Neuron-specific enolase,NSE)的定量测定,具体研究如下:1.使用β-CD制备了用于选择性富集TRF的磁性MIP(MMIP)。β-CD用-SH功能化后通过S-Au键固定在磁性颗粒的表面上。然后,利用多巴胺和间氨基苯基硼酸通过表面印迹法制备了印迹聚合物,洗去模板后得到亲水性印迹层。获得的MMIP结合表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering,SERS),将富集到TRF转换为拉曼信号。该传感器的灵敏度高、线性范围宽、特异性强,能够用于测定肝病患者血清样本中的TRF。2.我们开发了一种定向表位印迹法(主客体锚定表位印迹法),首先将蛋白质的C端和N端修饰上偶氮苯,然后基于主客体作用将表位固定在β-CD修饰的基底上,最后通过多种功能单体的聚合制备了C端表位印迹玻璃板和N端表位印迹的拉曼响应的Ag纳米粒子。制备的双MIPs与目标蛋白形成夹心复合物,构建了基于MIPs-SERS的检测方法。与传统的免疫分析相比,这种MIPs-SERS方法具有所需样本量小、线性范围宽、可重复使用以及成本低等显著优点,能够用于测定小细胞肺癌患者血清中的NSE。该方法还可以扩展到其他蛋白质,在蛋白质检测和疾病精确诊断领域具有宽广的发展前景。
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