仿贻贝黏附聚合物整体柱的设计制备及应用研究

Along with the development of life science, efficient separation of complex bio-samples is becoming a challenge for separation science. It is of great significance for the in-depth development of life science to prepare efficient separation medium with universal separation capacity and to develop universal and efficient platform for the functionalization of separation media. Inspired by the universal adsorption property of mussel adhesive protein, the universal adhesive performance of mussel-inspired bio-mimic material is taken as research object in this project, combining with monolithic column to apply mussel-inspired bio-mimic material to separation science. Through designing and synthesizing of polymerable building block containing dopamine moiety, mussel-inspired bio-mimic monolithic column was designed and prepared. Revealing the universal adhesive property of the surface of mussel-inspired bio-mimic monolithic column towards microscopic molecule and exploring the simultaneous separation capacity towards various molecules with different physic/chemical properties, new separation media with universal separation capacity could be developed, providing powerful tool for the resolution of efficient separation of complex bio-samples. Further, through oxidative cross-linking to simulate the curing of mussel adhesive protein, the mussel-inspired bio-mimic monolithic column was constructed as a universal and efficient platform for nanomaterials immobilization on monolithic column surface, providing technical support for the extensive application of nanomaterials in separation science and promoting the development of life science.

随着生命科学的发展，复杂生物样品的高效分离成为分离科学的一个挑战。制备广谱、高效的分离介质，发展高效的分离介质表面功能化通用平台对促进生命科学深入发展具有重要意义。本研究受贻贝黏附蛋白广谱吸附性能的启发，将仿贻贝黏附性能作为研究对象，结合到整体柱中，将仿贻贝黏附材料应用于分离科学。通过设计、合成可聚合的含多巴胺结构的贻贝仿生模块，研究制备具有仿贻贝吸附性能的整体柱，揭示仿贻贝吸附整体柱表面对微观分子的的广谱吸附保留作用，探索仿贻贝黏附整体柱对不同物理/化学性质的分子同时分离的能力，发展出新的具有广谱分离性能的分离介质，为复杂的生物样品分离提供强有力的工具。进一步通过氧化交联模拟贻贝黏附蛋白的固化，将贻贝仿生整体柱搭建为纳米材料高效固载的通用平台，为纳米材料在分离科学领域的深入广泛应用提供技术支撑，推进生命科学的发展。

在生命科学研究中，复杂生物样品的高效分离是制约研究深入进行的一个瓶颈。制备广谱、高效的分离介质，发展高效的分离介质表面功能化技术对促进生命科学深入发展具有重要意义。在本研究中，在贻贝粘附仿生机理的基础上，首先设计制备一系列具有高分离选择性和柱效的硼亲和色谱固定相材料，目标是要解决困扰硼亲和色谱的四个问题：1）提高选择性和对目标分子的结合能力；2）提高结合容量，尤其是酸性环境中的结合容量；3）降低结合pH值，为酸性生物样品的分析提供技术支持；4）目标分析物的高效分离。通过合理的设计，制备的固定相具有优良的选择性、增强的吸附容量和酸性环境中作用的能力，拓展了硼亲和色谱的应用范围，实现对酸性复杂样品中的目标分子-含有顺式邻二羟基结构的分子-的高选择性富集及在线或离线二维分离。该研究为设计制备具有优良分离性能的色谱固定相提供新的思路和策略，为蛋白质组学和代谢组学的深入研究提供强有力的工具。将多孔有机笼分子引入色谱固定相的设计制备中，使色谱固定相同时具有多种相互作用力，实现多种分离模式的集成，可以在全水相色谱模式下高效分离亲水性较强的化合物。此外，结合仿生原理，制备了超支化多羟基结构的固定相，在亲水相互作用模式下，实现对复杂亲水性样品的高效快速分离。基于以上研究，有望推进生命科学向更广更深的领域发展。