刺激响应型聚合物多孔膜酶反应器的制备及其蛋白酶解研究

A new intelligent stimuli-responsive porous polymer film decorated nanowire @ metal mesh (NW@MM) hybrid material will be prepared. The microporous film formed by block copolymer on the surface of NW@MM combining with the nanoporous formed by the intelligent stimuli-responsive polymer will be utilized in proteinase reaction for promoting the enzymatic efficiency. The investigation will include: (1) The NW@MM material possessing large surface area will be designed and synthesized by a versatile sol-flame method; (2) The controlled/living radical polymerization technique, including reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) and atom transfer radical polymerization (ATRP), will be applied for the preparation of block copolymer and intelligent stimuli-responsive polymers; (3) The microporous film will be formed by breath figure method using block copolymer on the surface of NW@MM. The intelligent polymer chains will be decorated on the porous film hybrid material, then the enzyme will be immobilized onto the film for the preparation of enzymatic reactors; (4) Enzyme reaction of protein samples for proteomics under control and physiological conditions will be investigated by using the enzyme reactor prepared by the polymer decorated nano hybrid material.

本项研究拟首先制备刺激响应（智能）型聚合物多孔膜修饰的纳米线@金属网复合材料，然后拟以此材料来制备蛋白酶反应器并用于蛋白酶解研究，同时，拟采用将嵌段聚合物多孔膜的微米孔及其表面的智能聚合物链所形成的纳米孔相结合的方法来提高酶解效率。研究内容：（1）采用灼烧法制备比表面积大且纳米线覆盖率高的纳米线@金属网；（2）利用可控/活性自由基聚合法制备嵌段聚合物及智能响应型聚合物；（3）采用静态呼吸图法在纳米线@金属网上涂覆嵌段聚合物，制备多孔膜；将智能响应聚合物链键合到多孔膜上，在膜表面修饰蛋白酶，制备新型酶反应器；（4）开展蛋白酶解研究，以提高酶解效率；并力争将此酶反应器用于生理病理条件下蛋白质变化的相关分析研究中。本项目具有较强的探索性，预期研究若能取得一定进展，必将为蛋白质组学的深入研究提供基础，同时也将拓展智能聚合物及新纳米材料在生命分析化学及疾病诊疗相关领域中的应用范围。

本项目以新型酶反应器的构建及蛋白质的高效酶解为研究目标，发展了刺激响应型聚合物多孔膜酶反应器的合成制备新方法及液相色谱-质谱联用在线酶解/肽捕获的新技术，系统开展了与疾病相关的蛋白质高效酶解及肽组学分析研究。取得的创新性研究成果包括：（1）采用RAFT聚合法及液滴微流控合成技术，制备了一系列磁性、温敏及pH敏感的刺激响应型聚合物多孔膜酶反应器，实现了蛋白质的可控高效酶解；（2）通过膜孔尺寸的改变来调控酶反应器的微纳孔限域效应，显著提高了酶解效率；（3）将酶及肽识别基团修饰在刺激响应型聚合物多孔膜中，再将其与液相色谱-质谱联用，建立了全自动化在线酶解-肽捕获的nLC-ESI-MS/MS分析方法，通过调控外界刺激响应条件，实现了目标蛋白质的高效酶解及肽的选择性富集；（4）采用所构建的聚合物多孔膜酶反应器，开展了酶抑制剂筛选研究，并将所发展的方法用于活体实际样品的分析研究中。项目研究执行期间，在 Anal. Chem. 及 Anal. Chem. Acta等国际学术杂志上发表SCI研究论文12篇（其中，IF>5的6篇，5>IF>3 的6篇）；获授权专利2件；获CAIA一等奖1项。