基于石英晶体微天平与抗原决定基印迹技术的新型蛋白质传感体系的构建与应用研究

A new type of protein sensing system based on quartz crystal microbalance and epitope imprinted technique was developed combining the high selectivity of molecular imprinting technique and high sensitivity of quartz crystal microbalances (QCM). The gold electrodes were modified by thiol-containing functional molecules, sol-gel and metal coordinate method. The template molecules (epitope of the target protein) were immobilized on the gold electrodes using the covalent or non covalent interaction. Then the imprinting materials were prepared through choosing biocompatibility/ thermo-sensitive monomer and epitope imprinted technique. Finally, the protein sensor with specific recognition ability and quality response was obtained by removal of the template. And the sensing system combining the merits of QCM and molecular imprinting technique could recognize the target proteins from the biological system through the frequency change of the as-prepared sensors. This research is a frontier and innovative topic in the field of molecular imprinting and QCM, which intercross the field of polymer chemistry, material chemistry, analytical chemistry, synthetic chemistry, proteomics, molecular recognition, etc; In addition, the results of the research have potential application value for the recognition of other bio-macromolecules from complex biological system.

将石英晶体微天平与抗原决定基印迹技术联用，结合分子印迹技术的高选择性与石英晶体微天平（QCM）检测技术的高灵敏性，构建对目标蛋白质具有特异性识别性能的新型蛋白质传感体系。首先采用含有巯基的功能分子、溶胶-凝胶、金属螯合作用等方法对QCM金电极进行表面修饰；在功能化的金电极表面通过共价或非共价方式结合上模板分子（目标蛋白质的抗原决定基）；然后，选择生物相容性、温敏性的功能单体，运用抗原决定基法进行印迹；最后，洗脱模板分子，得到具有特异性识别能力和质量响应的蛋白质传感器。该制备方法融合了QCM和分子印迹技术的优点，可通过传感器频率信号的变化实现对复杂生物体系中目标蛋白质的高选择性、高灵敏性的识别；本课题是高分子化学、材料化学、分析化学、合成化学、蛋白质组学、分子识别等领域相结合的前沿课题，具有创新性和明显的应用价值。此外，该项目的研究成果对于其它生物大分子的识别也具有良好的借鉴和推广价值。

本项目基于抗原决定基印迹技术，开展了如下研究工作：（1）以牛血清白蛋白抗原决定基为模板，以包硅CdTe量子点为核，合成了荧光型表面分子印迹材料，并用于目标蛋白牛血清白蛋白的特异性识别和荧光检测；（2）采用抗原决定基印迹法制备了一种新型碳点-温敏性分子印迹聚合物。所制备的印迹聚合物不仅可以选择性地识别目标蛋白细胞色素C，而且具有较高的灵敏性，还可以通过温度调控识别性能。将其应用于尿液的分析，所得回收率为89.3%-104.0%；（3）在磁性碳纳米管表面成功制备了细胞色素C抗原决定基印迹聚合物，其印迹因子高达11.7，已成功地用于实际样品分析；（4）建立了一种基于抗原决定基印迹法的荧光增强型印迹材料用于检测酪氨酸磷酸化多肽的新方法；（5）以N-异丙基丙烯酰胺、CdTe量子点、人血清白蛋白（HSA）C端多肽为原料，采用一锅法合成了荧光型抗原决定基分子印迹材料，并成功应用于人血清样品中HSA的荧光定量分析；（6）在磁性纳米粒子表面通过抗原决定基印迹方法制备了具有核-壳结构的磁性印迹材料，该材料可成功地从牛血中分离出牛血清白蛋白。同时，在石英晶体微天平（QCM）晶片表面修饰上自组装的4-巯基苯硼酸的膜，构建了对目标糖蛋白—转铁蛋白具有特异性响应的QCM传感器。另外，对以蛋白质为模板的印迹材料的制备方法也进行了研究，分别制备了具有中空结构的蛋白质印迹聚合物、大孔蛋白质印迹冰冻水凝胶及温敏型核-壳结构蛋白质印迹纳米球，并成功地应用于模板蛋白质的识别和分离。该项目的研究成果可用于复杂生物体系中目标蛋白质的高选择性、高灵敏性的识别分析。