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在生物医学应用中，表面蛋白质印迹纳米颗粒有望替代昂贵且不稳定的抗体，但印迹效率低是一大难题。研究人员针对此开展表面蛋白质印迹研究，采用新引发体系，结合 “形状记忆印迹腔” 策略，成功制备高性能印迹纳米颗粒，为生物医学发展助力。
在生物医学领域，用低成本、稳定性高的蛋白质印迹聚合物（plastic antibodies）替代昂贵又不稳定的抗体，一直是科研人员梦寐以求的目标。传统的蛋白质印迹方法，也就是本体印迹，通常包含三个步骤：首先是功能单体和模板蛋白在溶液中进行预组装；接着单体发生聚合反应，固定模板周围功能基团的位置；最后去除模板，在聚合物内部留下印迹空腔，这些空腔能与模板在化学和空间结构上互补，使聚合物可以高亲和力地重新结合模板。
然而，蛋白质印迹面临着诸多挑战。蛋白质体积大、结构复杂且脆弱，还与分子印迹常用的有机溶剂不相容，这些特性导致模板难以去除、印迹效率低、结合动力学缓慢等问题。尽管科研人员持续努力，但在这一领域取得的成果仍十分有限。比如，蛋白质的大尺寸限制了其在交联聚合物基质内的传质，不仅模板难以去除，基质内部的印迹空腔也难以接触到，重新结合的速度也很慢。为了解决这些问题，人们提出了抗原决定簇印迹（epitope imprinting）方法，即使用蛋白质表面暴露的短片段而非整个蛋白质作为印迹模板，但找到理想的抗原决定簇并非易事。表面印迹也是一种有前景的方法，尤其是在纳米颗粒表面进行印迹，不仅有利于模板去除、提高识别位点的可及性和结合动力学，其亚微米尺寸也便于生物医学应用。在表面蛋白质印迹中，常用无机前驱体的溶胶 - 凝胶过程、有机单体的氧化聚合或乙烯基功能单体的表面接枝共聚（conventional surface graft polymerization method）来合成印迹涂层。前两种方法单体选择受限，而第三种方法虽单体选择多样，但为避免颗粒团聚，通常在低单体浓度下进行，导致印迹涂层薄、吸附容量低、印迹效率不高。
为了攻克这些难题，来自国内的研究人员开展了一项研究。他们推测传统表面接枝聚合法印迹效率低，可能是因为功能单体和模板蛋白预组装不足，而这是低单体浓度造成的。提高单体浓度虽能增强预组装，却会导致颗粒团聚甚至整个体系凝胶化。研究人员提出用固定在颗粒表面的葡萄糖氧化酶（GOx）和辣根过氧化物酶（HRP）引发聚合反应，这样即使在高单体浓度下，聚合反应也局限于颗粒 - 溶液界面，不会发生团聚。他们以在二氧化硅纳米颗粒表面印迹溶菌酶为例，发现随着单体浓度增加，吸附容量和印迹因子都有所提高，这得益于增强的预组装。此外，研究人员还将该策略与 “形状记忆印迹腔” 策略相结合，通过引入能在 pH 诱导下发生可逆、精确的螺旋 - 卷曲转变的肽段构建形状记忆印迹空腔，实现了模板的轻松去除和高印迹效率。最终，成功合成了具有高吸附容量（146.4 mg g?1）、高印迹因子（13.94）、高选择性、良好的可重复使用性、能在温和条件下轻松完全去除模板且吸附动力学快的表面溶菌酶印迹二氧化硅纳米颗粒。研究还成功对其他蛋白质进行了高印迹效率的表面印迹，证明了该策略的通用性。这一研究成果发表在《Acta Biomaterialia》上，为生物医学领域中蛋白质印迹技术的发展和应用开辟了新方向，有望推动低成本、高性能人工抗体的广泛应用。
研究人员开展研究用到的主要关键技术方法包括：利用由表面固定的葡萄糖氧化酶（GOx）、辣根过氧化物酶（HRP）、葡萄糖和乙酰丙酮组成的独特引发体系进行表面酶引发聚合，以此合成聚合物壳；采用 “形状记忆印迹腔” 策略，通过引入能发生 pH 诱导螺旋 - 卷曲转变的肽交联剂构建特殊的印迹空腔。
研究结果：
- 合成聚合物壳：通过表面酶引发聚合，利用特定引发体系，在高单体浓度下于纳米颗粒表面成功合成聚合物壳，且避免了颗粒团聚。
- 提高印迹性能：以溶菌酶在二氧化硅纳米颗粒表面印迹为例，随着单体浓度增加，吸附容量和印迹因子提高，得益于增强的预组装。
- 综合性能优异：将上述策略与 “形状记忆印迹腔” 策略结合，制备出的表面溶菌酶印迹二氧化硅纳米颗粒具备高吸附容量（146.4 mg g?1）、高印迹因子（13.94）、高选择性、良好的可重复使用性、易完全去除模板、快速吸附动力学等特性。
- 策略通用性：成功对其他蛋白质进行高印迹效率的表面印迹，证实了该策略具有通用性。
研究结论和讨论：研究明确了传统表面接枝聚合法中功能单体与模板蛋白预组装不足是导致表面印迹效率低的主要原因。通过创新的引发体系和结合 “形状记忆印迹腔” 策略，有效解决了高单体浓度导致颗粒团聚、低单体浓度预组装不足的难题。制备出的高性能表面蛋白质印迹纳米颗粒，在生物医学领域展现出巨大的应用潜力，如在疾病诊断、药物输送等方面有望发挥重要作用，为相关领域的发展提供了有力的技术支持，推动了蛋白质印迹技术朝着更高效、更实用的方向迈进。
