山東科技大學氫能源創新團隊Food Chemistry：花狀三明治結構分子印跡聚合物的制備及其對OVA的吸附性能研究

【導讀】

近年來，食物過敏引起的過敏反應和哮喘的發病率急劇上升，已成為世界范圍內人類健康危機的觸發因素。卵清蛋白(OVA)作為糖蛋白家族的一員，與免疫球蛋白(IgE)介導的過敏反應密切相關，被認為是食物過敏反應中最關鍵的因素之一。因此，特異性鑒定和選擇性提取OVA分子是診斷和治療食物過敏引起的疾病的關鍵一步。區別于傳統的電泳、親和層析等高成本的分離手段，分子印跡技術通過在聚合物上構建與目標分子在大小、形狀和結構上互補的識別空腔，可以實現對OVA的高效識別和富集。然而，蛋白質的構象變異性和結構復雜性往往導致印跡聚合物制備過程中出現模板洗脫困難和傳質阻力大、吸附能力低的問題。因此，開發一種簡單、綠色、高效的表面印跡聚合物顯得尤為重要。

【成果掠影】

近日，山東科技大學化學與生物工程學院陳偉副教授采用表面印跡技術制備了花狀三明治結構NiO@PDA/MIPs并用于卵清蛋白（OVA）的快速靈敏富集與檢測。本研究開發了PDA-OVA-PDA夾層結構，該結構增強了OVA與印跡層之間的界面相互作用，結合了識別位點均勻、傳質快、合成過程簡單溫和等優點。由于花狀結構的大表面積和聚多巴胺層上的多官能團，NiO@PDA/MIPs具有大的結合容量，高效的吸附動力學和對OVA的優異選擇性，實現了從復雜生物基質中對卵清蛋白的高效提取。相關研究成果以“Facile synthesis of flower-like sandwich-structured molecularly imprinted polymers for efficient recognition of target protein from egg white”為題，發表在應用化學和食品科技TOP期刊Food Chemistry（IF：9.231，SCI一區，中科院一區）上。

【核心創新點】

利用水熱和煅燒的手段制備大比表面積的花狀基底NiO。通過將OVA預螯合在聚多巴胺修飾的NiO基底與PDA印跡層中間，構建了基于模板分子的三明治夾層結構。多種結構表征手段證實了這種高比表面積結構的成功構建。除此之外，傳統分子印跡聚合物的制備依賴于大量的溶劑和密集的工藝步驟，這不僅限制了其在工業規模上的應用，還會對環境產生損害。本項工作以多巴胺在堿性水溶液中的自發氧化聚合為制備手段，利用聚多巴胺的多官能團特性，實現了對基底的活性修飾和印跡層的構建。另外，本項工作中構建的基于雙層聚多巴胺的獨特三明治結構增強了OVA與印跡層之間的界面相互作用，進一步使印跡腔對靶分子的特異性識別能力增強。得益于大比表面積的花狀結構和聚多巴胺上存在的大量功能基團，制備得到的NiO@PDA/MIPs具有大的結合容量(143.2 mg/g)，高效的吸附動力學(60 min)和對OVA的優異選擇性（α=2.2）。該策略可以進一步擴展到制造其他蛋白質印跡聚合物，為開發對糖蛋白實現選擇性富集的MIPs提供了新思路。

【數據概覽】

圖1?NiO@PDA/MIPs的制備流程圖(a)及再結合示意圖(b)；NiO@PDA/NIPs的制備流程圖(c)。

圖2?Ni(OH)₂?(a, b)、NiO (d, e)、NiO@PDA (g, h)和NiO@PDA/MIPs (j, k)的SEM圖像，Ni(OH)₂ (c)、NiO (f)、NiO@PDA (i)和NiO@PDA/MIPs (l)的高分辨率SEM圖像，NiO@PDA/MIPs (m)的EDS圖譜

圖3?NiO@PDA/MIPs的性能表征：NiO@PDA/MIPs和NiO@PDA/NIPs對OVA的吸附等溫線(a)、Langmuir模型(b)和Freundlich模型(c)；NiO@PDA/MIPs和NiO@PDA/NIPs對OVA的吸附動力學(d)、擬一階模型(e)和擬二階模型(f); NiO@PDA/MIPs的?5次吸附-解吸再生循環(g)；?NiO@PDA/MIPs的選擇性(h)；SDS - PAGE分析(i)。

【成果啟示】

基于表面印跡和模板固定化策略，本項工作開發了一種新型的分子印跡材料(NiO@PDA/MIPs)。由于其特殊的三明治結構，制備得到的NiO@PDA/MIPs具有良好的穩定性和可重用性。此外，SDS-PAGE實驗證實了其在復雜基質中富集目標分子的能力。總體而言，NiO@PDA/MIPs出色的識別性能和對環境友好的制備工藝，使其成為從復雜基質中分離OVA的理想候選者。

【文章鏈接】

Facile?synthesis of flower-like sandwich-structured molecularly imprinted polymers for efficient recognition of target protein from egg white

DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136165

本文由作者供稿