山东科技大学氢能源创新团队Food Chemistry：花状三明治结构分子印迹聚合物的制备及其对OVA的吸附性能研究

【导读】

近年来，食物过敏引起的过敏反应和哮喘的发病率急剧上升，已成为世界范围内人类健康危机的触发因素。卵清蛋白(OVA)作为糖蛋白家族的一员，与免疫球蛋白(IgE)介导的过敏反应密切相关，被认为是食物过敏反应中最关键的因素之一。因此，特异性鉴定和选择性提取OVA分子是诊断和治疗食物过敏引起的疾病的关键一步。区别于传统的电泳、亲和层析等高成本的分离手段，分子印迹技术通过在聚合物上构建与目标分子在大小、形状和结构上互补的识别空腔，可以实现对OVA的高效识别和富集。然而，蛋白质的构象变异性和结构复杂性往往导致印迹聚合物制备过程中出现模板洗脱困难和传质阻力大、吸附能力低的问题。因此，开发一种简单、绿色、高效的表面印迹聚合物显得尤为重要。

【成果掠影】

近日，山东科技大学化学与生物工程学院陈伟副教授采用表面印迹技术制备了花状三明治结构NiO@PDA/MIPs并用于卵清蛋白（OVA）的快速灵敏富集与检测。本研究开发了PDA-OVA-PDA夹层结构，该结构增强了OVA与印迹层之间的界面相互作用，结合了识别位点均匀、传质快、合成过程简单温和等优点。由于花状结构的大表面积和聚多巴胺层上的多官能团，NiO@PDA/MIPs具有大的结合容量，高效的吸附动力学和对OVA的优异选择性，实现了从复杂生物基质中对卵清蛋白的高效提取。相关研究成果以“Facile synthesis of flower-like sandwich-structured molecularly imprinted polymers for efficient recognition of target protein from egg white”为题，发表在应用化学和食品科技TOP期刊Food Chemistry（IF：9.231，SCI一区，中科院一区）上。

【核心创新点】

利用水热和煅烧的手段制备大比表面积的花状基底NiO。通过将OVA预螯合在聚多巴胺修饰的NiO基底与PDA印迹层中间，构建了基于模板分子的三明治夹层结构。多种结构表征手段证实了这种高比表面积结构的成功构建。除此之外，传统分子印迹聚合物的制备依赖于大量的溶剂和密集的工艺步骤，这不仅限制了其在工业规模上的应用，还会对环境产生损害。本项工作以多巴胺在碱性水溶液中的自发氧化聚合为制备手段，利用聚多巴胺的多官能团特性，实现了对基底的活性修饰和印迹层的构建。另外，本项工作中构建的基于双层聚多巴胺的独特三明治结构增强了OVA与印迹层之间的界面相互作用，进一步使印迹腔对靶分子的特异性识别能力增强。得益于大比表面积的花状结构和聚多巴胺上存在的大量功能基团，制备得到的NiO@PDA/MIPs具有大的结合容量(143.2 mg/g)，高效的吸附动力学(60 min)和对OVA的优异选择性（α=2.2）。该策略可以进一步扩展到制造其他蛋白质印迹聚合物，为开发对糖蛋白实现选择性富集的MIPs提供了新思路。

【数据概览】

图1 NiO@PDA/MIPs的制备流程图(a)及再结合示意图(b)；NiO@PDA/NIPs的制备流程图(c)。

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

图3 NiO@PDA/MIPs的性能表征：NiO@PDA/MIPs和NiO@PDA/NIPs对OVA的吸附等温线(a)、Langmuir模型(b)和Freundlich模型(c)；NiO@PDA/MIPs和NiO@PDA/NIPs对OVA的吸附动力学(d)、拟一阶模型(e)和拟二阶模型(f); NiO@PDA/MIPs的 5次吸附-解吸再生循环(g)； NiO@PDA/MIPs的选择性(h)；SDS - PAGE分析(i)。

【成果启示】

基于表面印迹和模板固定化策略，本项工作开发了一种新型的分子印迹材料(NiO@PDA/MIPs)。由于其特殊的三明治结构，制备得到的NiO@PDA/MIPs具有良好的稳定性和可重用性。此外，SDS-PAGE实验证实了其在复杂基质中富集目标分子的能力。总体而言，NiO@PDA/MIPs出色的识别性能和对环境友好的制备工艺，使其成为从复杂基质中分离OVA的理想候选者。

【文章链接】

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