山东科技大学化学与生物工程学院：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

▲第一作者：张立蕊
通讯作者：陈伟*单位：山东科技大学论文DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136165

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本项工作采用表面印迹技术，以聚多巴胺修饰的花状NiO为底物固定目标蛋白，以多巴胺为功能单体合理设计了一种新型的花状三明治结构印迹材料(NiO@PDA/MIPs)，并将其应用于OVA的特异性分离。本研究开发了PDA-OVA-PDA夹层结构，该结构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。

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背景介绍

食物过敏已成为世界范围内人类健康危机的导火索，近年来由食物过敏引起的过敏反应和哮喘的发病率急剧上升。卵清蛋白（ovalbumin, OVA）是鸡蛋清中的主要蛋白质，是分子量为44.5KDa的含磷糖蛋白，含有四个自由巯基和385个氨基酸残基。OVA是过敏性哮喘的诱导剂，能够引起机体温和的免疫性。它不是机体固有的过敏原，因此需要提取高纯度的OVA作为模式抗原和免疫佐剂用于免疫实验和疫苗研究中。
分子印迹聚合物（molecularly imprinted polymers，MIPs）通过构建与模板分子在大小、形状和结构上互补的印迹空腔，可以实现对比目标分子的选择性识别和富集。其中，表面印迹和构建大比表面积的基底等策略可以用于进一步提升MIPs的吸附性能。

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本文亮点

1 花状三明治结构分子印迹聚合物的构建利用水热和煅烧的手段制备花状NiO，并在其表面包覆一层聚多巴胺。通过聚多巴胺表面的功能官能团将印迹模板固定于基底表面。花状NiO较大的比表面积赋予印迹聚合物较高的吸附容量。
2 基于绿色化学角度的合成手段优化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。
3 吸附容量和选择性的强化分子印迹聚合物对于目标分子的高效富集依赖于它优异的吸附性能和选择性。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。

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图文解析

 ▲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).

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总结与展望

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。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136165
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