表面接枝聚電解質(zhì)的納米硅球用于制備核殼型表面蛋白質(zhì)印跡納米粒子.pdf

1、分子印跡技術(shù)是通過(guò)模擬自然界的分子識(shí)別過(guò)程而制備具有特異選擇性聚合物的人工方法。針對(duì)小分子的印跡方法已日臻完善,但是以大分子為模板的印跡技術(shù)卻發(fā)展相對(duì)緩慢。蛋白質(zhì)是自然界中最為重要的生物大分子,因而蛋白質(zhì)印跡公認(rèn)為大分子印跡領(lǐng)域里最有研究?jī)r(jià)值和最有挑戰(zhàn)性的工作。由于蛋白質(zhì)體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,蛋白質(zhì)印跡一直面臨著難以形成有效識(shí)別位點(diǎn)和傳質(zhì)效率低等諸多問(wèn)題。表面蛋白印跡法被寄希望于解決上述問(wèn)題,因?yàn)檫@種方法所形成相對(duì)有序的識(shí)別位點(diǎn)暴露或者接

2、近于聚合物表面,與模板蛋白作用更明確,傳質(zhì)效率較高。最近,表面蛋白質(zhì)印跡納米粒子成為研究的熱點(diǎn),它結(jié)合了表面印跡法和納米材料兩者的優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步提高了識(shí)別性能,展示了良好的應(yīng)用前景。
　　 本文研究了一種稀單體濃度下自由基聚合制備核/殼型表面蛋白質(zhì)印跡納米粒子(MIPs)的方法。按照經(jīng)典的St(o)ber法制備了納米硅球(SiO2-NP),并在表面接枝上聚甲基丙烯酸(PMAA)。PMAA含有大量羧酸基團(tuán),是一種典型的陰離子型聚電解

3、質(zhì)。因此,PMAA可以提高模板蛋白在SiO2-NP載體表面的富集量,從而增加作用位點(diǎn)的密度,提高印跡吸附量。另一方面,PMAA也利于形成精確的識(shí)別位點(diǎn)和印跡孔穴。進(jìn)一步通過(guò)PMAA與丙烯醇的縮合反應(yīng)引入可聚合雙鍵。以這種粒子為載體材料,選擇溶菌酶(lysozyme,Lys)為模板蛋白,丙烯酰胺(AAm)、甲基丙烯酸(MAA)和甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)作為功能單體,N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)作為交聯(lián)劑,合成了備核/殼

4、型表面蛋白質(zhì)印跡納米粒子(MIPs)。不同于已有的報(bào)道,采用單體濃度為0.4 wt％時(shí),聚合后反應(yīng)體系無(wú)明顯凝膠化,且TEM研究顯示所得到的印跡粒子保持載體粒子原有的單分散形貌,無(wú)粘連和聚并。結(jié)合TEM和TG的表征結(jié)果,可推斷在載體粒子表面所形成聚合物殼層厚度為5 nm左右。這樣的殼層厚度比模板蛋白的尺寸稍大,既可以形成有效的印跡位點(diǎn),又可以減小傳質(zhì)阻力。MIPs吸附模板Lys時(shí),最大印跡容量達(dá)到23.85 mg/g。選擇不同性質(zhì)的多種

5、蛋白質(zhì)為參照,與非印跡聚合物(NIPs)相比,MIPs對(duì)模板蛋白質(zhì)有明顯的選擇性。以性質(zhì)相近的細(xì)胞色素c(Cyt c)為參考蛋白質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)吸附實(shí)驗(yàn)時(shí),MIPs表出更為顯著地選擇性吸附模板蛋白的行為。MIPs也展示了良好的動(dòng)力學(xué)性能,10 min以內(nèi)就達(dá)到了吸附平衡。印跡吸附量雖然隨著溶液中NaCl濃度的增加而減少,但是印跡性能始終保持穩(wěn)定。以上結(jié)論表明該方法所制備的MIPs不僅可以形成精確的印跡位點(diǎn),強(qiáng)化選擇特異性,而且具有較高的傳質(zhì)效率

6、。這種核/殼型表面蛋白印跡納米粒子同時(shí)還具有良好的機(jī)械性能和穩(wěn)定性,可以多次回收和再利用,有望在生物器件和傳感器、生物醫(yī)用檢測(cè)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
　　 PMAA含有的羧酸基團(tuán)與蛋白質(zhì)作用較強(qiáng),因此產(chǎn)生了一定的非特異吸附。聚乙烯亞胺(PEI)是常見(jiàn)的陽(yáng)離子型聚電解質(zhì),其分子鏈上的氨基與蛋白質(zhì)的作用相對(duì)較弱。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中,PEI接枝到SiO2-NP表面,然后引入可聚合雙鍵。以這種納米粒子作為載體,對(duì)稀溶液中制備核/殼型表面蛋白質(zhì)印跡

7、納米粒子(MIPs)進(jìn)行了初步研究。TG分析證明了MIPs具有核/殼結(jié)構(gòu),殼層厚度為4 nm左右。MIPs也展示了較高的傳質(zhì)效率,15 min以內(nèi)就達(dá)到了吸附平衡。但吸附試驗(yàn)表明印跡容量和選擇特異性都有明顯的下降。一方面PEI分子鏈上的氨基與模板蛋白質(zhì)作用較弱,形成的識(shí)別位點(diǎn)不僅數(shù)目減少,而且不夠精確。另一方面,PEI接枝到SiO2-NP表面后,可能會(huì)形成纏繞或者塌陷結(jié)構(gòu),導(dǎo)致聚合后模板蛋白質(zhì)無(wú)法被洗脫出來(lái)。因此,適宜的聚電解質(zhì)的選擇是