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溶剂响应分子印迹纳米凝胶用于MALDI-TOF质谱的靶蛋白分析

2018.11.21

通过模板辅助合成制备的具有识别特性的仿生材料被称为分子印迹聚合物（MIPs）。MIPs可以识别多种有机化合物，包括具有高分子量和复杂结构的多肽和蛋白质。纳米级的MIPs（尺寸在20-100 nm之间），具有天然抗体的亲和性、选择性、结合动力学等特点。在nanoMIPs中，聚（丙烯酰胺）（PA）和聚（丙烯酰胺基）衍生物（PAD）nanoMIPs是一类引人关注的纳米材料。PAD-nanoMIPs具有很好的亲和性和选择性，材料的合成在水中进行，保证了材料与靶蛋白的相容性，并且由于材料的水凝胶性质，根据不同的溶剂条件，材料可以展现出缩小和扩展水凝胶网络的能力，这种性质可以用于调节材料对目标分子的结合和释放，非常适合制备分子印迹材料。

NanoMIPs在环境分析、临床诊断、传感器、药物监测和治疗等各种研究领域有着重要是贡献，一些研究者还评估了NanoMIPs与基质辅助激光解吸电离（MALDI）飞行时间（TOF）质谱（MS）分析的相容性以及潜在用途，探究有助于靶蛋白分析的新方法。维罗纳大学的Alessandra Maria Bossi团队研究了溶剂响应性的PAD-nanoMIPs在蛋白质靶向的MALDI-TOF-MS分析中的作用。PAD-nanoMIPs除了MIPs材料公认的对分析物的富集作用外，还可以通过原位溶剂控制释放作用将分析物直接释放在MALDI目标板上，达到分析物的浓缩和分析过程简化的目的。

研究人员通过扫描电子显微镜（SEM）观察了PAD-nanoMIPs的形貌，显示为规则的准球形纳米粒子，通过粒径分析得到PAD-nanoMIPs的平均直径为41±7 nm，与DLS测试结果相符（图1A，B）。研究人员通过DLS观察PAD-nanoMIPs在加入乙腈后的瞬时收缩（图1C）。乙腈和水的比例为1：1和7：3（v/v）时，溶剂导致PAD-nanoMIPs收缩至初始尺寸的三分之一左右，然后再部分溶胀，增大为初始尺寸的约80％，此时纳米凝胶网络内部溶剂分散达到平衡。

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Figure 1. SEM image (A) and analysis of the dimension (B) of the nanoparticles. (C) DLS measurements of the PAD-nanoMIP swelling ratio at the addition of acetonitrile/water 3:7 (v/v) (blue◇); 1:1 (v/v) (red□); 7:3 (v/v) (black ●).

研究人员通过批次孵化实验评估材料的吸附性能，然后对分析物进行定量，得到材料在数分钟时间尺度上的吸附动力学性能（图2A）；研究人员通过材料与不同蛋白的批次孵化实验评估PAD-nanoMIPs的选择性。其中人血白蛋白（HSA）和人血清转铁蛋白（HTR）具有高度的物理化学相似性：HTR具有78 kDa的分子量（MW）和pI = 7.2，HSA的MW为68 kDa，pI = 6.9。结果显示PAD-nanoMIPs对HTR的结合能力为6.40±0.66μg/mg，而PAD-nanoNIPs结合的HTR为1.19±0.31 μg/mg，印记因子（IF）为5.4，说明材料具有很好的选择性；PAD-nanoMIPs对HAS的结合量为4.18±0.61 μg/mg，PAD-nanoNIPs对HSA的结合量为4.78±0.83 μg/mg，IF为0.9，表明缺乏特异性；细胞色素C和纳米材料之间没有观察到结合，因为两者间缺乏库仑力的吸引（图2B）。

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Figure 2. (A) Binding kinetics for HTR onto the PAD-nanoMIPs. (B) Binding of PAD-nanoMIP (solid gray bars) and of PAD-nanoNIP (open bars) toward the proteins: HTR; cythochrome c and human serum albumin (HSA). The IF for HTR was 5.4.

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周锦帆