蛋白质分子印迹聚合物的研究进展

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摘 要：现阶段内所使用的最新型的分离技术就是分子印迹技术。这其中对于蛋白质分子印迹聚合物的识别有着很大的价值贡献，这一项研究同时有着很强的挑战行。越来越多的学者对于这方面加大了重视。本文主要是在最近几年内该项目研究基础上进行分析，为以后发展做出简单阐述。

关键词：蛋白质印迹；分子印迹技术；分子识别

1、分子印迹聚合物相关内容

1.1分子印迹聚合物发展过程

所谓的分析印迹聚合物指的是一种通过人工合成的分子识别能力的高分子材料。这样技术所具备的最大的特点就是能够对于特定的分子实现预期性的选择。在上世纪40年代，人们在研究免疫学的时候发现了分子印迹，诺贝尔学者对于合成抗体提出这样的理论依据：生物体释放出的物质和外来物质之间所产生的结合位置；所出现的结合位置和外来物质的空间是不是能够相匹配。

1.2 分子印迹聚合物的特点

分子印迹聚合物具有其独特的优势，主要表现在以下方面：（1）结构刚性，能有效定位印迹孔穴的构型和互补官能团；（2）空间结构具有柔韧的特点，能完美保证实现动力学；（3）容易接近亲和位点，保证知识分子的识别；（4）机械稳固顽强，即便在重力高压的状态也能实现分子印迹聚合物；（5）热稳定、高温适用的特点。

在所有产品聚合物的家族中，分子印迹聚合物越来越受到青睐，总体说来是由于其显著特性：（1）构效预定性（predetermination）。在自组装结构过程中，模板分子进行聚合形成，功能单体也是如此，人们会根据自身的目的需要进行压制不同的分子印迹聚合物。（2）特异识别性（specific recognition）。印迹分子有其特定的位点，并能利用识别功能实现印迹分子的定做。（3）广泛实用性（practicability）。印迹分子聚合物和抗原、抗体、激素、受体进行对比，可以发现其通过化学合成后，能有效抵御恶劣的天气环境，保证非常稳定的状态，寿命时间也比较长。另一方面，印迹分子聚合物还能辨别一些含剧毒的化合物，而且可循环使用、花费成本低，没有蛋白质分子识别系统的高昂代价。因此，印迹分子聚合物的发展情景十分广。

2、蛋白质印迹的方法

蛋白质印迹包含两个含义：一是指基于蛋白质来保证生物印记过程的正常运行；二是蛋白质发挥模板分子的功效。比如，合成聚合物材料中，蛋白质分子具有得天独厚的优势，其模板分子的作用，能有效形成异性键合的聚合物。而制备这种印迹聚合物主要有抗原决定基法、表面印迹法、包埋法等。3D印迹的含义更广，利用结合模板蛋白质发挥印迹作用，在本体聚合状态下的一种制造方法。因此，从某个角度上来说，表面印记类似2D印迹法，包埋发类似3D印迹法。

2.1包埋法

在本体聚合过程中，凭借嵌套模板分子而形成的印迹就是包埋法。包埋法最重要的发展环节是怎样在印迹聚合物状态下快速去掉模板分子。模板蛋白在印迹形成过程中，利用可控制基质的孔隙来自由进出，而不同基质材料的聚合物，所产生的印迹蛋白质也不相同。

2.2表面印迹法

模板蛋白为了产生印迹，需要发挥在修饰载体情形下的作用。诚然，印迹材料的兼容性具有一定的局限，并不适用所有的模板分子，所以需要重视表面生成印迹聚合物的方法，尤其是通过薄膜等材料的表面形成。

3、蛋白质印迹方法存在的问题

3.1水相中印迹蛋白

众所周知，蛋白质是一种能在水相中具有识别功能的水溶性分子。当印迹和溶剂继续拧聚合作用时，印迹效果非常完美。所以，在水作溶剂形成印迹聚合物时，将通过水分子的疏水作用来充当水相状态下的分子印迹“推手”，并得到了疏水情形下，分子印迹的相互作用力能在众多小分子印迹体系中正常实现。当然，蛋白质的部分水段会浮在表面，但其具有识别定位功能，大部分蛋白质的疏水残基也有其稳定的结构中心。对此，蛋白质表面的极性残基部分，更适用在氢键、静电的碰撞状态下，并以此来保证蛋白质的结构表象与折叠特性。另一方面，水相环境下的聚合物P模板作用的选择性键合容易实现，还能产生定向的疏水功能。尽管对于相同结构的大分子，聚合物P模板会存在非极性的状况，还容易滋生溶解性和构象多变等现象。同时，作为定向的极性作用，其特异突出。不论何种体积、质量、结构的蛋白质都有其对应的键合位点，并且大多是特异性质位点，氢键和静电相互作用的总体结果。分子印迹的限制功能在水相环境下，主要是针对交联剂、聚合、功能单体等状态。一般而言，传统性质的分子印迹并不能适用于水相情形中。所以，在制备聚合物的各种要素中，须充分重视水分子的模板键合的性能，看其是否能适用于PH、温度等环境状况下。

蛋白质印迹产生的问题，主要采取两种方法解决：一、水溶液法；二、利用有机溶剂的肽链模板，发挥其识别蛋白质的功能。并且，结构复杂多变是蛋白质的主要特点之一，位点数较多，水分子并没有强烈的竞争优势，因此，在蛋白质P聚合物的性能活动中，水分子产生的效果并不突出。

3.2交联度的影响

蛋白质印迹尽管有充分的优势作用，但也面临一些障碍的干扰，最突出的是模板分子大小和位阻问题。模板分子的大分子，孔隙率高的优势，克形成高质量的聚合物，但是也变相地影响了聚合物的结构成分，导致其不够稳定和实用。以丙烯酰胺本体印迹蛋白质的识别位点中分布的低交联聚合物为。水凝胶结构通过自身的膨胀，模板分子能有效地进行质量传递。所以，环境的不同，也会直接影响孔隙的不同。Pang的工作状态下，可以鲜明地看到丙烯酰胺球大孔结构的活力，水凝胶技术也帮助改善了蛋白质的特异性质。此外，高的交联度，具有较好的稳定性和保持性，印迹模板分子的结构也更加优良。Venton等[的高交联度，不仅证明了蛋白质的识别体系，而且通过聚合物中留有的蛋白质也彰显了亟需重视孔隙率的特性。

3.3蛋白质的洗脱

在蛋白质印迹过程中，洗脱模板分子需要严格对待，尤其是通过酸、去污剂等方法进行洗脱，容易导致聚合物结构上的影响，甚至其不利于其识别能力的发挥。聚合物利用酶解来进行处理160 h并没有成功的先例。并且，聚合物的识别步骤需要得到有效保护，例如只有保证聚合物的表面和内在分子的干净，才能维护键合过程的良好环境。但是，洗脱方式如果过于柔和，聚合物中就会残留一些不必要的模板分子。所以，合适强度的洗脱剂十分重要，不仅关系到印迹分子聚合物的分子结构，还关系到其体系的实施运用。

4、蛋白质印迹的发展方向与前景

4.1 维护蛋白质活性，优化蛋白质印迹体系

提起蛋白质印迹，最大的难题是没有稳定优质的生物活性。尽管分子印迹领域得到了越来越多专家学者的重视，但是大多关注的重点多为生物活性小分子，在蛋白质印迹分子的研究和著作屈指可数。然而事实情况中，不同于小分子的特点，蛋白质印迹分子的KD更强大，亟需保持蛋白质的活性研究和开发，建立和完善蛋白质印迹体系。

4.2提高蛋白质印迹聚合物的选择性

有些体系尽管认识到蛋白质的体质，却没有成功地将模板分子从混合结构体系中成功提取。诚然，许多专家从MIPs的应异结构中实现了模板分子的分离，但众多的文献研究资料中大多研究的重点是如何成功提升模板分子的吸附量，需要转化到研究蛋白质印迹聚合物中印迹分子的竞争吸附来进行研究。另一方面，不少数据说明模板选择的提高受到众多因素的制约，包括交叉反应、协同键合、模板聚集等方面。所以，在聚集蛋白质过程中，印迹分子的位点和功能基十分重要，并密切关注温度、湿度、酸碱度等环境因素的影响。

4.3 展望

如今，鉴于优良的亲和性、可靠性性、稳定性、高选择性等优势，让很多专家开始重视研究印迹分子技术，并将其运用到与之密切相关的生物、医学、环境等领域。尽管技术手段得到进一步的优化，分子印迹聚合物还需要从以下方面进行研究和开发：发挥计算机在 MIPs 合成方面的优势，运用现代化的模拟技术，计算机的网络优势，来完善分子印迹技术的系统，保证其与时俱进地通过新技术手段提升优势。重视不同模板分子之间的相互作用功能，比如，氢键、静电、疏水等分子和功能单体的团结合作，多方面来保证印迹聚合物的形成质量，从而完善其识别系统。分子印迹聚合物有很多类似结构的其他分子聚合物，可以借鉴不同分子识别能力的优势，来进行功能单体和模板分子之间的融合研究，转而制作开发多个结合位点，扩大模板分子在聚合性能过程中的选择。

参考文献

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[3]胡树国（Hu S G），李礼（Li L），何锡文（He XW）.化学进展（Progress in Chemistry）， 2005， 17（3）： 531）543

作者简介

王芮，天津科技大学11级，材料化学专业本科生