合成蛋白质印迹纳米粒子的新方法—稀溶液中纳米粒子的表面接枝共聚法

作为合成的分子识别材料，以蛋白质为模板的印迹聚合物（PIP）可望在多个领域替代昂贵的抗体，故吸引了很多研究兴趣。研究中的根本问题是：（1）蛋白质在交联聚合物中的移动性差；（2）不易形成高效的识别位点。纳米尺度的PIP很有利于解决问题（1），故受到了特别的关注。本项目提出了一种合成蛋白质印迹纳米粒子的新方法：先在纳米载体粒子的表面引入可与模板作用的功能基及可聚合双键，再分散到低浓度的预聚合溶液中，聚合时低浓度可避免反应体系的凝胶化，但载体表面可接枝印迹聚合物。该法主要优点：印迹位点集中在外表面，更利于模板的去除和结合；表面功能基聚合前从溶液中富集模板，聚合时与溶液中的功能单体协同构筑印迹位点，可提高表面位点的数量和质量。初步研究证明了这一思路的可行性。将着重研究表面聚合反应的规律及其对印迹作用的影响、功能基的作用方式与印迹作用的内在联系、以及该方法对不同性质模板的适应性，从而构建系统的方法。

以蛋白质为模板的分子印迹聚合物可望在多个领域替代昂贵的抗体。研究中存在的根本问题在于：蛋白质在交联聚合物网路中的移动性差；水相条件下不易形成高效的识别位点。为此，本项目提出了一种合成表面蛋白质印迹纳米粒子的新方法：在纳米载体粒子的表面引入可聚合双键和可与模板产生非共价作用的功能基团，在稀单体溶液中进行表面接枝聚合。（1）首先，以表面修饰乙烯基的SiO2纳米粒子（SiO2–MPS）为载体，以溶菌酶为模型蛋白质模板，采用稀单体浓度（0.4%），证实了通过自由基聚合法可在SiO2–MPS表面接枝厚度约2 nm的蛋白质印迹壳层，并可避免聚合体系的宏观凝胶化。所得表面印迹粒子表现出明显的印迹作用，并显示显著的吸附选择性和很快的结合动力学。（2）在SiO2纳米粒子的表面同时修饰乙烯基和带副电荷的羧基，后者可通过静电作用富集聚合体系中带有相反电荷的模板蛋白质。结果表明，羧基的引入可大幅度提高所到印迹粒子的印迹性能，且模板易于去除。进一步研究还发现，通过改变交联度可调控印迹壳层的厚度，从而优化印迹性能。（3）将金属配位功能单体与纳米粒子表面印迹法相结合，由此得到的印迹粒子的印迹因子、结合选择性及特异吸附容量均有很大的提高；而且，印迹粒子对模板蛋白质表现出非常高的亲合性（解离常数达4.1×10-8 M，与天然抗体相当的）。（4）为合成可磁分离的蛋白质印迹粒子，以高磁性的单分散球形Fe3O4 胶体纳米粒子簇为磁性核，采用不同的方法合成了一系列核壳结构的磁性聚合物亚微粒子。其中，磁性壳聚糖微球经表面修饰后显示很高的蛋白质吸附容量，以此为载体合成的表面蛋白质印迹粒子表现出成倍提高的模板结合容量。共发表9篇论文，申请一项发明专利。