多种蛋白质肽段同时印迹聚合物微球材料及其制备和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种可用于多种目标蛋白质选择性识别的分子印迹微球材料及其制备过程。所述的分子印迹微球材料是利用多种目标蛋白质各自所对应的特异性肽段为模板分子，以高分子聚合物为基质，采用聚合物相反转的方法制备得到。并且将该微球材料用于标准目标蛋白的选择性识别中。
【专利说明】多种蛋白质肽段同时印迹聚合物微球材料及其制备和应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于高分子材料制备技术及其在蛋白质识别中的应用，具体的说是一种基于多蛋白肽段相反转分子印迹微球材料。
【背景技术】
[0002]分子印迹技术是通过模仿生命过程中的分子识别过程，采用人工合成方法，制备对目标分子具有高选择性识别能力的材料的技术。自1993年Klaus Mosbach等在《Nature》上发表有关利用非共价键合成茶碱分子印迹聚合物的报道之后，分子印迹材料作为一种人工合成高选择性材料迅速进入全球众多科学家的视野。目前，针对有机小分子和金属离子的印迹工作已取得了巨大的进展，实验方法和评价标准渐趋成熟，并已开始应用于临床分析、催化合成等领域(Chen LX, Chemical Society Reviews, 40，2011，2922-2942)。在这些方面，分子印迹材料和天然分子识别系统相比，不仅具有高效选择性，并且对各种物理和化学影响因素具有很高的耐受力，而且还可以重复使用，弥补了天然识别体系在使用过程中的诸多不足。与此同时，当小分子印迹的研究逐渐成熟的时候，分子印迹的研究开始转向生物大分子(尤其是蛋白质)印迹。这向其最初创立时的梦想，“人工合成抗体”，又迈进了一步。目前文献报道的蛋白质印迹聚合物制备方法主要包括3D分子印迹法(包埋法)、2D分子印迹法(表面印迹法)、金属螯合印迹方法、Langmuir单层膜印迹法、表面微接触印迹方法等(Yang KG et.al., Analytical and B1analytical Chemistry, 403，2012，2173-83.)。但是，当前这些分子印迹材料都以聚合反应为基础形成印有蛋白质识别位点的聚合物材料。由于聚合反应中常常涉及热、紫外光照、强氧化还原反应等易将蛋白质分子变性的条件，从而降低印迹聚合物的特异识别性。此外，在这些印迹中常常以蛋白质为模板分子，但是由于蛋白质模板分子难以获得、价格昂贵，因此限制了蛋白质印迹材料的使用(Sellergren’B.Nature Chemisty, 2, 2010, 7)。
[0003]同时，对于多目标蛋白质体系的分析检测而言，仅可识别单一蛋白质的单模板分子印迹材料已不能满足多蛋白同时检测的需求，因此有必要制备可同时识别多种目标蛋白质的多蛋白识别材料。
[0004]因此，我们以蛋白质上的抗原决定基肽段或者蛋白质序列上具有特异性的连续氨基酸序列为参照，通过人工合成多肽的方法制备得到了多种目标蛋白质所对应的肽段，并其一定比例的混合物为模板，通过聚合物相反转技术，在温和条件下制备得到可对多种目标蛋白质进行选择性识别的分子印迹微球材料。
【发明内容】
[0005]利用多种目标蛋白质各自所对应的特异性肽段的混合物为模板分子，以高分子聚合物为基质材料，采用聚合物相反转的方法制备得到多目标蛋白肽段分子印迹微球材料，并且将该微球材料用于标准目标蛋白的选择性识别中。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]多种蛋白质肽段同时印迹聚合物微球材料，其是基于多蛋白肽段相反转分子印迹微球材料，其以二种以上含有2-40个氨基酸的肽段为模板分子，通过聚合物相反转制备得到多肽段分子印迹微球材料；聚合物与模板分子间质量比为1-50:0.5-25。
[0008]模板分子的种类为两种或者三种以上；多种目标蛋白肽段之间的摩尔比例按照实际需求可进行调节。
[0009]肽段的不同种类是指肽段的氨基酸序列不同的；
[0010]作为模板分子的肽段为天然存在的蛋白质上的一段序列或者为天然存在的蛋白质上的抗原决定基肽段序列。
[0011]基质聚合物材料为:聚醚砜、聚砜、聚醚砜酮等聚合物中的一种或二种以上。
[0012]所述微球材料的制备方法:聚合物相反转过程是将模板分子、基质聚合物材料溶解于有机溶剂中，形成均匀的三元体系，通过外径为75um-10mm的注射器针头将此均匀溶液逐滴滴入聚合物的非溶剂相中，使聚合物、模板分子发生相反转成球；
[0013]用水将分子印迹微球中的有机溶剂置换出来，随后依次或依次反复用醇类溶液或醇类的乙酸溶液(溶液中醇类体积百分数为40%-100%)和氨水溶液(体积分数5%-25%)将模板从分子印迹微球中洗脱出来，进而得到分子印迹微球材料。
[0014]所述有机溶剂为:对聚醚砜或聚砜或聚醚砜酮等聚合物的溶解度大于1%，且能够与该聚合物的非溶剂以任意比例互溶，有机溶液为:二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合物；
[0015]所述的非溶剂相为:不能溶解聚合物且能够与聚合物的有机溶剂相以任意比例互溶的单一溶液或者混合溶液；聚合物的非溶剂为:水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、1，4- 丁二醇中的一种或两种以上的混合物。
[0016]三元体系，按质量计，聚合物占三元体系的1-50% ;模板分子共占三元体系的0.5-25% ;有机溶液占三元体系的25-90%。
[0017]醇类为甲醇、乙醇中的一种或二者的混合物。
[0018]具体为:
[0019](I)将模板分子、基质聚合物材料溶解于有机溶剂中，形成均匀的三元体系，按质量计聚合物占三元体系的1-50% ;多种模板分子共占三元体系的0.5-25% ;有机溶液占三元体系的25-90%。
[0020](2)在室温条件下，通过75um-10mm的注射器针头将此均匀三元体系溶液逐滴滴入聚合物的非溶剂相中，由于聚合物在非溶剂相中不溶，而聚合物溶剂相可与非溶剂相以任意比例互溶，故聚合物、模板分子发生相反转，形成聚合物微球。
[0021](3)用水将聚合物微球中的有机溶剂置换出来。
[0022](4)随后反复用醇类/乙酸(醇类体积百分数为40%_100%)溶液和氨水溶液(体积分数5%-25%)清洗聚合物微球，使其中的模板分子洗脱出来，直至洗脱液中检测不出模板分子，进而得到分子印迹微球材料(MIP)。
[0023](5)在预组装体系中不加模板分子，通过上述相同的步骤制备得到非印迹微球(NIP)。
[0024](6)将该微球材料用于水体系中多种肽段模板及多种标准目标蛋白的识别，且用于实际样品中模板分子所对应的多种目标蛋白的选择性识别。
[0025]所述的多蛋白肽段相反转分子印迹微球材料用于标准蛋白混合体系中多种目标蛋白的选择性识别。
[0026]所述的多蛋白肽段相反转分子印迹微球材料用于模板分子肽段所对应的多种目标蛋白的选择性识别。
[0027]本发明具有如下优点:
[0028](I)本发明利用多种目标蛋白的特异性肽段混合物为模板制备了分子印迹材料，可同时识别多种目标蛋白。
[0029](2)本发明采用人工合成肽段为模板，而不是蛋白质分子，解决了蛋白质分子印迹中蛋白质难获得、价格昂贵的问题；同时，多肽模板构象稳定，增加了印迹位点识别的特异性。
[0030](3)本发明采用聚合物相反转技术制备分子印迹微球，制备过程简便、制备条件温和，有利于保持模板分子的分子构象，提高制备的重现性，同时此技术还有利于蛋白质印迹材料的大规模制备及使用。
[0031](4)以聚醚砜、聚砜、聚醚砜酮等聚合物作为自组装基质材料，不仅利于自组装微球的形成，而且此类聚合物对蛋白质等生物分子的非特异性吸附低，具有极好的生物兼容性。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0032]图1 (a)为多抗原决定基分子印迹PES微球材料(MIP)以及非印迹材料(NIP)对白蛋白抗原决定基的吸附动力学曲线。
[0033]图1 (b)为多抗原决定基分子印迹PES微球材料(MIP)以及非印迹材料(NIP)对免疫球蛋白G抗原决定基的吸附动力学曲线。
[0034]图1 (C)为多抗原决定基分子印迹PES微球材料(MIP)以及非印迹材料(NIP)对转铁蛋白抗原决定基的吸附动力学曲线。
【具体实施方式】
[0035]实施例1
[0036]( I)多抗原决定基PES相反转分子印迹微球材料的制备
[0037]在自组装法制备多抗原决定基印迹聚醚砜(PES)微球的过程中，聚醚砜(PES): 二甲基乙酰胺(DMAc):模板分子总质量比为1:4:0.19。其中模板分子为三种模板:白蛋白抗原决定基(MKWVTFISL)、免疫球蛋白G抗原决定基(ASTKGPSVF)以及转铁蛋白抗原决定基(MRLAVGALL);且为模拟实际样品中白蛋白、免疫球蛋白G以及转铁蛋白的比例，上述抗原决定基的比例为21:5:2。按上述比例制备三元预组装溶液。于室温下，用10#针头将此预组装溶液逐滴滴入水中，使PES发生自组装成球。之后，将制得的PES微球放入水中，加热除去残留的DMAc。随后，反复用醇类/乙酸(醇类体积百分数为90%)溶液和氨水溶液(体积分数8.3%)清洗聚合物微球，使其中的模板分子洗脱出来，直至用紫外-可见分光光度计(Cary60, Agilent公司)检测不出洗脱液中的模板分子，进而得到多抗原决定基分子印迹微球(MIP)。
[0038]用相同的方法，但不加模板分子，制备得到非印迹微球(NIP)。
[0039](2)多抗原决定基PES相反转分子印迹微球材料对模板抗原决定基及其所对应目标蛋白的识别性能考察
[0040]多抗原决定基PES相反转分子印迹微球对白蛋白，转铁蛋白，免疫球蛋白G抗原决定基在25° C,水中进行。实验中，7.0mg分子印迹微球与14.4mg非印迹微球分别在3ml,
0.lmg/ml的白蛋白抗原决定基中孵育，孵育不同时间，取孵育上清液，检测其中抗原决定基的浓度，绘制MIP、NIP对HAS抗原决定基的吸附动力学曲线。以相同方法，制备MIP、NIP对转铁蛋白、免疫球蛋白G抗原决定基的吸附动力学曲线。如图1 (a)，MIP对白蛋白抗原决定基的识别因子能够达到2.08，对模板分子的吸附容量可以达到9.55mg/g ;如图1 (b)，MIP对转铁蛋白抗原决定基的识别因子能够达到36.92，对模板分子的吸附容量可以达到19.20mg/g ;如图1 (c)，MIP对免疫球蛋白G抗原决定基的识别因子能够达到6.91，对模板分子的吸附容量可以达到43.91mg/g。说明了，通过自组装法制备的多抗原决定基印迹材料能够实现对多抗原决定基模板的识别。
[0041 ] 多抗原决定基PES相反转分子印迹微球对白蛋白，转铁蛋白，免疫球蛋白G选择性识别，在干扰蛋白(细胞色素c)存在情况下，于4° C水相中进行。实验中，印迹微球和非印迹微球分别加入到3ml，终浓度均为0.3125mg/ml的以上四种蛋白的蛋白混合溶液中，孵育70h。用色谱法(日立高新chromaster, 10*4.6mm, C18柱)分离上述四种蛋白，并用峰面积定量，检测上清中四种蛋白的浓度。通过孵育前后上清中蛋白浓度的变化值，及所用MIP及NIP的质量，计算得到MIP和NIP的吸附容量。二者的吸附容量有较大差异，说明此材料对目标蛋白有较好的选择性。
[0042]实施例2
[0043]加入两种模板分子(白蛋白抗原决定基与转铁蛋白抗原决定基，比例？？)，以PES为基质材料，用N N-二甲基乙酰胺为溶剂，以水为非溶剂，其他同实施例1可得MIP2。
[0044]实施例3
[0045]加入两种模板分子(白蛋白抗原决定基与转铁蛋白抗原决定基，比例？？)，以PES为基质材料，以N N 二甲基乙酰胺为溶剂，以9:1的水乙醇醇混合液为非溶剂，其他同实施例I可得MIP3。
[0046]实施例4
[0047]加入两种模板分子(白蛋白抗原决定基与转铁蛋白抗原决定基，比例？？)，以PES为基质材料，以二甲基亚砜为溶剂，以水为非溶剂，其他同实施例1可得MIP4。
[0048]实施例5
[0049]加入两种模板分子(白蛋白抗原决定基与转铁蛋白抗原决定基，比例？？)，以聚醚砜酮(PESK)为基质材料，以二甲基亚砜为为溶剂，以水为非溶剂，其他同实施例1可得MIP5。
[0050]实施例6
[0051]加入6种模板分子(白蛋白抗原决定基，免疫球蛋白G抗原决定基，转铁蛋白抗原决定基，免疫球蛋白A抗原决定基，抗胰蛋白酶抗原决定基，结合珠蛋白抗原决定基，，比例？？)，以PES为基质材料，以二甲基亚砜为为溶剂，以水为非溶剂，其他同实施例1可得MIP6。
【权利要求】
1.多种蛋白质肽段同时印迹聚合物微球材料，其是基于多蛋白肽段相反转分子印迹微球材料，其特征在于: 其以二种以上含有2-40个氨基酸的肽段为模板分子，通过聚合物相反转制备得到多肽段分子印迹微球材料；聚合物与模板分子间质量比为1-50:0.5-25。
2.如权利要求1所述的微球材料，其特征在于:模板分子的种类为两种或者三种以上；多种目标蛋白肽段之间的摩尔比例按照实际需求可进行调节。
3.如权利要求1或2所述的微球材料，其特征在于: 肽段的不同种类是指肽段的氨基酸序列不同的； 作为模板分子的肽段为天然存在的蛋白质上的一段序列或者为天然存在的蛋白质上的抗原决定基肽段序列。
4.按照权利要求1所述的微球材料，其特征在于:基质聚合物材料为:聚醚砜、聚砜、聚醚砜酮等聚合物中的一种或二种以上。
5.一种权利要求1、2、3或4所述微球材料的制备方法，其特征在于:聚合物相反转过程是将模板分子、基质聚合物材料溶解于有机溶剂中，形成均匀的三元体系，通过外径为75um-10mm的注射器针头将此均匀溶液逐滴滴入聚合物的非溶剂相中，使聚合物、模板分子发生相反转成球； 用水将分子印迹微球中的有机溶剂置换出来，随后依次或依次反复用醇类溶液或醇类的乙酸溶液(溶液中醇类体积百分数为40%-100%)和氨水溶液(体积分数5%-25%)将模板从分子印迹微球中洗脱出来，进而得到分子印迹微球材料。
6.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于:所述有机溶剂为:对聚醚砜或聚砜或聚醚砜酮等聚合物的溶解度大于1%，且能够与该聚合物的非溶剂以任意比例互溶，有机溶液为:二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合物； 所述的非溶剂相为:不能溶解聚合物且能够与聚合物的有机溶剂相以任意比例互溶的单一溶液或者混合溶液；聚合物的非溶剂为:水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、1，4-丁二醇中的一种或两种以上的混合物。
7.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于:三元体系，按质量计，聚合物占三元体系的1-50% ;模板分子共占三元体系的0.5-25% ;有机溶液占三元体系的25-90%。
8.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于:醇类为甲醇、乙醇中的一种或二者的混合物。
9.一种权利要求1、2、3或4所述的多蛋白肽段相反转分子印迹微球材料用于标准蛋白混合体系中多种目标蛋白的选择性识别。
10.一种权利要求1、2、3或4所述的多蛋白肽段相反转分子印迹微球材料用于模板分子肽段所对应的多种目标蛋白的选择性识别。
【文档编号】B01J20/28GK104226272SQ201310240284
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】张丽华, 李森武, 杨开广, 张玉奎 申请人:中国科学院大连化学物理研究所