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分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymer,MIP)是一种具有分子识别能力的新型高分子材料,它可以看作是一种人工模拟抗体,具有预定性(predetermination)、识别性(recognition)和实用性(practicability)三大特点。与生物分子识别体系中常用的抗体或受体相比,分子印迹聚合物具有价格低廉、制备周期短及稳定性更好的优点,因此被广泛应用于色谱分离、固相萃取、生物传感器、模拟酶催化、临床药物分析等领域。在过去的十几年里,对于小分子的印迹已经获得了巨大的成功。进入21世纪之后,人们的目光渐渐转向了生物大分子的印迹体系。但是,传统的分子印迹技术从小分子推广到生物大分子特别是蛋白质存在很大的难度,这主要由于蛋白质体积巨大、结构复杂,而且只能在水相中稳定存在。本论文的主要研究内容就是探索蛋白质印迹的新方法。
论文内容主要包括以下几个部分:
第一章为绪论部分,对分子印迹聚合物的起源、发展概况、制备技术及应用研究等方面作了详细的综述。特别是总结了目前已报道的蛋白质印迹的方法,对它们的优点和缺点进行了归纳与分析。在此基础上提出了本文的研究目标和研究思路。
第二章首先尝试了将温敏水凝胶单体N-异丙基丙烯酰胺引入蛋白印迹体系。以甲基丙烯酸为功能单体,N-异丙基丙烯酰胺为辅助单体,在水相中制备了溶菌酶及细胞色素C的印迹水凝胶。研究结果表明,印迹水凝胶具有对外界刺激产生快速响应的能力,当温度和离子强度发生变化时其溶胀率也随之改变。在含高浓度NaCl的缓冲液中,印迹水凝胶发生明显收缩,同时90%以上模板蛋白可被洗脱出来。在含低浓度NaCl的缓冲液中,印迹水凝胶表现出对模板蛋白的特异性识别,且亲和力可以通过NaCl的浓度进行调节。最后将印迹水凝胶用于蛋清中溶菌酶的提取,得到的溶菌酶纯度较高且具有天然酶的活性,证明此类印迹水凝胶生物相容性较好。
第三章进一步研究了利用N-异丙基丙烯酰胺制备酸性蛋白印迹聚合物的体系。通过以N-[(3-二甲胺基)丙基]-2-甲基-2-丙烯酰胺为功能单体,N-异丙基丙烯酰胺为辅助单体,在水相中制备了牛血清白蛋白的印迹水凝胶,并对制备时各种试剂的比例及聚合的条件做了详细的优化。示差扫描量热实验显示,由于离子类功能单体的加入,相转变过程不是在单一温度下而是在较宽的温度范围内发生,同时相变温度也有所提高。在相转变过程中,印迹水凝胶存在着一个识别能力最强的状态,此状态下识别位点的构象与印迹时最为相似。Scatchard模型分析发现印迹水凝胶中存在两类结合位点。一类与模板蛋白的亲和常数为9.6×104L/mol,是印迹留下的特异性吸附位点;另一类与模板蛋白的亲和常数为2.1×104L/mol,是过量功能单体造成的非特异性吸附位点。最后多种不同分子量及等电点的参考蛋白的交叉吸附的实验结果证明了印迹水凝胶对于模板蛋白的识别是特异性的,同时从中也能推测此类印迹水凝胶的识别过程主要是依靠静电力与形状匹配的协同作用。
第四章尝试了将此类敏感型印迹水凝胶制备到硅胶微球的表面。以N-[(3-二甲胺基)丙基]-2-甲基-2-丙烯酰胺为功能单体,N-异丙基丙烯酰胺为辅助单体,通过硅胶表面偶联引发剂后紫外引发聚合的方法得到了牛血清白蛋白的表面印迹水凝胶。环境扫描电子显微镜观察可见,水凝胶层的厚度较薄,同时聚合过程并没有导致微球的聚集,分散性较好。吸附实验证明,当印迹水凝胶制备到硅胶表面后,仍很好地保持了对于模板蛋白的特异性识别能力,其亲和常数与最大吸附量与本体印迹水凝胶处于同一水平。但是此类表面印迹水凝胶比表面积更大,识别位点到溶液的传质距离更短,因而与本体印迹水凝胶相比,吸附及解吸附的动力学速度大大加快。同时表面印迹水凝胶拥有硅胶内核,机械强度大为提高,可用作高效液相色谱填料,其保留能力可通过调节流动相离子强度控制。
本论文的研究开发了一种新的蛋白印迹的方法。此方法获得的印迹水凝胶模板蛋白洗脱容易,特异性识别能力可通过外界条件进行调节,且识别过程动力学速度较快,具有广阔的使用前景。