分子印跡技術

分子印跡技術

印跡技術(blotting)是指將各種生物大分子從凝膠轉移到一種固定基質上的過程。Southern在1975年將瓊脂糖凝膠電泳分離的DNA片段在凝膠中進行變性使其成為單鏈,然後將一張硝酸纖維素(nitrocellulose,NC)膜放在凝膠上,上面放上吸水紙巾,利用毛細管作用原理使凝膠中的DNA片段轉移到NC膜上,使之成為固相化分子。載有DNA單鏈分子的NC膜就可以在雜交液與另一種帶有標記的DNA或RNA分子(即探針)進行雜交,具有互補序列的RNA或DNA結合到存在於NC膜的DNA分子上,經放射自顯影或其他檢測技術就可以顯現出雜交分子的區帶。由於這種技術類似於用吸墨紙吸收紙張上的墨跡,因此稱為“blotting”,譯為印跡技術。

(圖)分子印跡技術分子印跡技術

簡介

生物大分子印跡技術發展極為迅速,己廣泛用於DNA、RNA、蛋白質的檢測。通常人們將DNA印跡技術稱為Southern Blotting,將RNA印跡技術稱為Northern blotting,將蛋白質印跡技術稱為Western Blotting,將不經凝膠的印跡技術稱為斑點印跡(Dot blotting)。

基本原理

(圖)分子印跡技術利用表面分子印跡技術選擇性檢測環境中獸藥殘留物

當模板分子(印跡分子)與聚合物單體接觸時會形成多重作用點,通過聚合過程這種作用就會被記憶下來,當模板分子除去後,聚合物中就形成了與模板分子空間構型相匹配的具有多重作用點的空穴,這樣的空穴將對模板分子及其類似物具有選擇識別特性。

基本步驟

1.在一定溶劑(也稱致孔劑)中,模板分子與功能單體依靠官能團之間的共價或非共價作用形成主客體配合物;
2.加入交聯劑,通過引發劑引發進行光或熱聚合,使主客體配合物與交聯劑通過自由基共聚合在模板分子周圍形成高聯的剛性聚合物;
3.將聚合物中的印跡分子洗脫或解離出來。

這樣在聚合物中便留下了與模板分子大小和形狀相匹配的立體孔穴,同時孔穴中包含了精確排列的與模板分子官能團互補的由功能單體提供的功能基團,如果構建合適,這種分子印跡聚合物就象鎖一樣對此鑰匙具有選擇性。這便賦予該聚合物特異的“記憶”功能,即類似生物自然的識別系統,這樣的空穴將對模板分子及其類似物具有選擇識別特性。

分類

目前,根據模板分子和聚合物單體之間形成多重作用點方式的不同,分子印跡技術可以分為兩類:

1.共價鍵法(預組裝方式)

聚合前印跡分子與功能單體反應形成硼酸酷、西夫鹼、亞胺、縮醛等衍生物,通過交聯劑聚合產生高分子聚合物,用水解等方法除去印跡分子即得到共價結合型分子印跡聚合物 。
2.非共價鍵法(自組裝方式)

非共價鍵法是製備分子印跡聚合物最有效且最常用的方法。這些非共價鍵包括靜電引力(離子交換)、氫鍵、金屬鰲合、電荷轉移、疏水作用以及范德華力等。其中最重要的類型是離子作用,其次是氫鍵作用。

特點

1.預定性,即它可以根據不同的目的製備不同的MIPs,以滿足各種不同的需要。
2.識別性,即MIPS是按照模板分子定做的,可專一地識別印跡分子。
3.實用性,即它可以與天然的生物分子識別系統如酶與底物、抗原與抗體、受體與激素相比擬,但由於它是由化學合成的方法製備的,因此又有天然分子識別系統所不具備的抗惡劣環境的能力,從而表現出高度的穩定性和長的使用壽命。

套用舉例

1.用於化學仿生感測器

由於MIPS對於印跡分子的高選擇性,故可以作為仿生感測器的分子識別元件;這種分子識別作用可以通過信號轉化器(壓電晶體、電極、電阻等)輸出,然後通過各種電、熱、光等手段轉換成可測信號,可定量分析各種小分子有機化合物。

2.色譜分離

MIPS最廣泛的套用之一是利用其特異的識別功能去分離混合物,近年來,引人矚目的立體、特殊識別位選擇性分離已經完成。其適用的印跡分子範圍廣,無論是小分子(如胺基酸、藥品和碳氫化合物等)還是大分子(如蛋白質等)已被套用於各種印跡技術中 。

3.固相萃取

通常,樣品的製備都包括溶劑萃取,由於分子印跡技術的出現,這可以用固相萃取代替,並且可利用分子印跡聚合物選擇性富集目標分析物。由於印跡聚合物即可在有機溶劑中使用,又可在水溶液中使用,故與其他萃取過程相比,具有獨特的優點。

4.天然杭體模擬

MIPS與印跡分子之間作用的強度與選擇性在一定程度上可以和抗原與抗體之間的作用相媲美,因而可用於抗體模擬,這種模擬抗體製備簡單、成本低,在高溫、酸鹼及有機溶劑中具有較好的穩定性,此外還可以重複使用。

5.模擬酶催化

例如以毗哆醛為印跡分子,用4一乙基咔哇為單體製備出分子印跡高聚物,它促進了胺基酸衍生物的質子轉移。

6.控緩釋藥物

印跡高聚物可以吸收大量與印跡分子結構相似的物質,可以被用來作為一種反應性控制釋放載體。

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