人体免疫多肽表面分子印迹纳米微球的制备与识别性能研究

来源 :西北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wsp1983
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分子印迹技术(Molecularly imprinted technique,MIT)是为了获得分子印迹聚合物(Molecularly imprinted polymers,MIPs)在形状、尺寸和功能位点上与模板分子相互匹配的一门技术。近年来,随着MIT的迅速发展,MIPs已成功地被应用于对氨基酸类、糖类及其衍生物和药物分子的识别与分离。然而,对于生物分子如多肽、蛋白质、酶、核酸及DNA,由于其空间结构复杂、体积较大而且性质脆弱等特点,MIPs在生物分子中的识别与分离仍然存在许多问题亟待解决,这是分子印迹领域长期面临的科学难题。此外,随着人们对MIT的研究愈加深入,众多研究者认识到通过包埋法所制备的分子印迹材料存在着洗脱不易和传质困难等缺点。这些难题极大地限制了MIT在生物分子中的应用与发展。因此,探索一条新型的MIPs制备途径,对于实现MIPs对生物分子的有效识别和分离具有十分重要的科学意义。本文正是基于这一背景提出来的,目的就是解决当前生物分子印迹中所存在的技术难题。本论文以实现对人体免疫多肽分子的识别与分离为研究目标,提出了以离子液体功能化纳米微球为载体制备人体免疫多肽表面分子印迹纳米微球的方法,并结合理论计算,开展了以下研究工作:(1)以胸腺五肽TP5为模板分子,以离子液体功能化的P(PEGMA-VI)纳米微球为载体,使用表面印迹法制备了TP5表面分子印迹纳米微球MIMs,并通过SEM、FTIR和XPS等表征手段对微球的表面结构和性质进行了充分的表征和分析。对MIMs的识别性能的研究表明,MIMs对TP5的饱和吸附量为50.8 mg·g-1。当TP5的浓度为0.2mg·mL-1时,印迹因子为1.86,表明MIMs对模板分子TP5具有显著的识别性能。这种识别性能是由于在印迹的过程中,TP5与MIMs的咪唑鎓基团和MAA的功能基团之间通过各种弱相互作用产生与TP5的功能基团相匹配的印迹位点所引起的,从而决定了MIMs对TP5的高度亲和能力和特异识别性能。(2)以增加与模板分子之间的多重作用位点为研究目标,使用沉淀聚合和表面印迹技术相结合,制备了一种新型的具有高交联核结构的亲水性表面分子印迹纳米微球HCCSMIMs。在本文中,以设计合成的一种新型离子液体1-(α-乙酸丙烯酯)-3-乙烯基咪唑氯离子液体([AVIM]Cl)作为交联剂。研究表明,离子液体交联剂与功能单体丙烯酰胺的静电作用与氢键作用的协同相互作用为提高HCCSMIMs对TP5的吸附识别能力起了非常重要的作用。通过方向型和非方向型之间的协同相互作用,使HCCSMIMs对TP5具有良好的特异识别性能、较高的吸附能力和快速的结合特性,该HCCSMIMs已成功应用于胸腺五肽动物注射剂与尿液中对TP5的识别与分离。(3)在生物材料科学领域,纳米材料的表面功能化为其自身在生物分子识别、传感、自组装与药物递送等方面提供了广阔的发展前景。为了更深入的研究分子印迹机理,本章以纳米微球的表面模板固定化为研究目标,使用分散聚合通过一步法制备了具有单分散特性和树莓型高交联结构的纳米微球P(PEGDMA-VI),研究了P(PEGDMA-VI)纳米微球的制备机理。随后对P(PEGDMA-VI)纳米微球的表面进行了不同的离子液体功能化改性,研究了P(PEGDMA-VI)纳米微球的表面化学性质对人体免疫六肽IHH固定化的影响。研究表明,P(PEGDMA-VI)纳米微球为单分散性良好且结构稳定的树莓型纳米微球,离子液体功能化的P(PEGDMA-VI)纳米微球对于IHH的吸附与纳米微球表面的化学特性密切相关,这种相关性为实现纳米微球在实际应用中对IHH的可控固载和释放提供了良好的应用前景。此外,本文结合理论计算,从分子水平上研究了离子液体功能化的高交联纳米微球对IHH的结合机理。通过纳米微球的局部性质研究其整体的性质,从分子水平上理解纳米微球与IHH之间的作用方式,为扩展设计具有特殊表面化学性质的纳米微球,以实现其广泛应用提供了理论基础,并为更为精确的制备具有特异性识别能力的分子印迹纳米微球提供了理论和实验基础,也为更深入的研究分子印迹机理奠定了基础。(4)为了更深入地研究分子印迹机理,以离子液体功能化的纳米微球对IHH的固定化为基础,在室温下以离子液体功能化的树莓型高交联结构的纳米微球为基质,在水相中通过模板分子IHH在纳米微球表面的自组装,使用沉淀聚合制备了具有单分散特性和树莓型高交联核结构的IHH表面分子印迹纳米微球MRHCMIMs。研究表明,MRHCMIMs对IHH的选择识别性能和吸附能力与离子液体功能化纳米微球的表面化学性质有直接的关系,即离子液体功能化的纳米微球对IHH的有效固载可以实现MRHCMIMs对IHH的有效识别。本文深入地研究了MRHCMIMs对IHH的识别与模板分子IHH固定化之间的关系,揭示了MRHCMIMs对IHH的识别机理。此外,把具有较好吸附能力和优异选择识别性能的MRHCMIMs用于竞争吸附和对尿液样品的分析,结果表明,MRHCMIMs有望被用于从类似于人体的环境中识别与分离IHH的潜力。
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