磁性离子液体印迹聚合物用于生物大分子识别性能的研究

发布时间：2020-08-06 22:27

【摘要】：分子印迹技术(Molecular imprinted technology,MIT)是一种高效且有发展前景的技术,可以为目标分子“量身定做”结合位点。在模板分子存在下,通过合适的功能单体和交联剂共聚或缩聚形成分子印迹聚合物(Molecularly imprinted polymers,MIPs)。在去除模板分子后,所形成三维识别位点能够有选择性的重新结合目标分子。由于结合位点的存在,MIPs对模板分子具有很强的选择性识别能力,这与钥匙和锁的关系类似。相比于天然受体(例如:酶,核酸,抗体,活性蛋白等),MIPs拥有优良的性质。到目前为止,分子印迹技术在小分子研究方面已经得到了良好发展。但对于印迹生物大分子(如蛋白质、微生物、病毒和DNA)仍然是一个巨大的挑战。这是因为生物大分子模板不易洗脱,印迹位点难于接触,并且大分子物质的构象灵活,分子量大。因此,需要探索新的方法来解决上述问题。离子液体(Ionic liquids,ILs)是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的低温熔融有机盐。离子液体以其独特性质,如化学稳定性高,不可燃性,蒸汽压小,离子电导率高,在化学的各个领域引起了越来越多的关注。特别是在制备分子印迹聚合物中,咪唑离子液体不仅被用作溶剂和稳定剂,而且还被用作有机表面改性剂和功能单体。本研究将分子印迹技术和离子液体相结合,制备了三种新型的可对生物大分子进行选择性识别和分离的磁性表面分子印迹聚合物并对其吸附性能进行了系统性研究。主要内容如下:(1)基于离子液体功能化磁性微球上接枝印迹聚合层对DNA的吸附和特异性识别研究在二氧化硅包覆的四氧化三铁微球表面引入咪唑离子液体(Fe_3O_4@SiO_2@IL),以鲑鱼精DNA为模板分子,N-3-(3-三乙氧基硅丙基)-3-甲基咪唑氯化盐([TESPMIM]Cl)和N-3-(3-三乙氧基硅丙基)-3-氨基丙基咪唑氯化盐([TESPAPMIM]Cl)(IL)为功能单体,四乙氧基硅烷(TEOS)为交联剂,通过溶胶-凝胶法在离子液体修饰的微球表面接枝印迹聚合层,合成了分子印迹微球(Fe_3O_4@SiO_2@IL-MIPs)。由于咪唑离子液体和DNA都溶于水,因此必须在水介质中实现印迹过程,才能很好地保持DNA构象的完整性。采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)等对合成的表面印迹微球进行了表征。所合成的印迹微球对DNA的吸附量可达到162.4 mg·g~(-1);在pH值为5.10时,印迹微球对DNA有较好的选择性吸附,印迹因子达到6.65;并且还表现出快速分离,良好的重复使用性和快速洗脱特征。此外,印迹微球可以有效地从小牛全血中分离和吸附DNA。所拟方法为在复杂基质中特异性捕获DNA提供了新思路。(2)基于磁性离子液体-分子印迹聚合物的制备及对溶菌酶的特异性识别和分离研究以双键修饰的四氧化三铁纳米颗粒(Fe_3O_4@VTEO)作为载体材料,1-(?-乙酸烯丙酯)-3-N-(3-氨基丙基)-咪唑氯化盐([AAPIM]Cl)(IL)作为功能单体,合成了一种简便的核-壳型离子液体分子印迹聚合物(Fe_3O_4@VTEO@IL-MIPs),并用于特异性提取溶菌酶(Lyz)。在Fe_3O_4纳米粒子表面包覆印迹聚合层,可以防止Fe_3O_4纳米粒子的氧化和团聚。在制备印迹聚合物中,离子液体与模板形成强烈的相互作用,显著提高了印迹效果。通过透射电镜(TEM)、热重分析(TGA)、X-射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征了印迹聚合物的组成和结构;并用圆二色谱(CD)测定了溶菌酶的二级结构。所合成的印迹微球对溶菌酶的吸附容量可以达到213.7 mg·g~(-1),其印迹因子为2.02。此外,选择2.5 h作为合适的吸附时间。重复利用实验可以看出,离子液体-印迹微球至少可以重复使用四次。所拟定的离子液体-印迹微球可以成功地将Lyz从鸡蛋清实际样品中分离出来。(3)基于不饱和双键咪唑类离子液体为交联剂的磁性印迹聚合物的制备及对溶菌酶的选择性识别和分离研究以溶菌酶(Lyz)为模板蛋白,乙烯基改性的Fe_3O_4纳米颗粒(Fe_3O_4@VTEO)作为载体,选择丙烯酰胺(AAm)作功能单体,1-(α-乙酸烯丙酯)-3-乙烯基咪唑氯化盐([AVIM]Cl)(IL)作交联剂,通过表面印迹法制备新型核-壳印迹微球(IL-Fe_3O_4@VTEO@AAm-MIPs)以选择性吸附溶菌酶。采用热重分析(TGA)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)等仪器对合成的表面印迹微球进行了表征,证明合成了一种简便的离子液体分子-印迹聚合物。印迹聚合物对溶菌酶的吸附容量可以达到334.08 mg·g~(-1),其印迹因子为2.93。此外,选择10 h作为合适的吸附时间。研究结果还表现出快速分离,良好的重复使用性和快速洗脱特征。重复利用实验可以看出,离子液体-印迹微球至少可以重复使用四次。所研究合成的印迹微球可以成功地将溶菌酶从鸡蛋清实际样品中分离出来。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O631.3
【图文】：

原理图,分子印迹技术,原理图,目标分子

磁性离子液体印迹聚合物用于生物大分子识别性能的研究1.1.2 分子印迹技术原理共价分子印迹和非共价分子印迹两种分子印迹方法的方案如图 1.1 所示[4]。在此图中，可以观察到，通过共价方法制备特定目标分子（例如，活性药物成分、抗癌化合物或高值分子）的 MIPs，首先选择合适的功能单体或一组具有必要官能团的功能单体，与模板分子相互作用，并继续选择合适的交联剂或可交联单体，进一步稳定模板分子-聚合物结构。如果目标分子与其他必需的化学物质（单体、交联剂和引发剂）一起溶解在工作溶剂中，那么，目标分子本身可以作为印迹分子在聚合物基体中诱导其分子记忆。然而，如果目标分子不溶于工作溶剂中，则必须使用目标分子的类似物，即可混溶的衍生目标分子作为模板分子。目标分子

分子印迹,单体,过程,三甲氧基硅烷

磁性离子液体印迹聚合物用于生物大分子识别性能的研究单元，另一种是可聚合单元，例如乙烯基双键和硅羟基。几种最常见的单体有丙烯酰胺（AAm）、甲基丙烯酸（MAA）、氨基苯硼酸（APBA）、丙烯酸（AA）等,如下图 1.2 所示。Abbas[15]等人用(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷作功能单体，采用可逆交联法和有机硅氧烷共聚法研究了一种高效的金纳米棒生物大分子印迹技术，结合纳米传感器专门用于蛋白质检测。

示意图,热调节,释放机制,溶菌酶

为了实现模拟天然抗体特性的智能材料，利用刺激反应技术制备了模拟特性的分子印迹聚合物，包括温敏性 MIPs、光敏性 MIPs、pH 响应 MI多刺激响应 MIPs。由于聚合物科学的重大进展，它们作为智能材料在分化学/生物传感、药物传递、生物技术和生物化学的细胞封装等领域有着用前景[40]。）温敏性分子印迹聚合物在制备分子印迹聚合物中，常用的温敏性聚合物是聚（N-异丙基丙烯酰NIPAAm）[12]。PNIPAAm 有较低的临界溶解温度（LCST），在水溶液中，并且在高于 LCST 的温度下进行相分离。Li[12]等人提出了一种在磁性表面印迹溶菌酶的温敏性分子印迹聚合物。选用温敏单体 2-(2-甲氧基乙氧丙烯酸乙酯、酸性单体甲基丙烯酸和螯合单体 N-(4-乙烯基)-苄基亚氨基为功能单体构建了 MIP 层；通过测量了动态光散射和溶胀比，证明了新性纳米粒子的热致膨胀/收缩行为；更重要的是，通过改变缓冲温度来实酶的吸附和释放，如图 1.3 所示。

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