分子模拟引导的骨桥蛋白分子印迹水凝胶设计与选择性分离研究

本研究针对骨桥蛋白(OPN)传统分离方法特异性不足的难题，创新性地结合分子对接(MD)与分子动力学模拟技术，筛选出DMAPMA/NIPAM作为功能单体，成功构建具有374.1±5.3 mg/g吸附容量和2.3印迹因子的分子印迹水凝胶膜(MIMs)。该材料经5次再生仍保持85%吸附效率，为婴幼儿配方奶粉中OPN的高效纯化提供了新策略。

　　

在婴幼儿营养领域，骨桥蛋白(OPN)作为母乳中含量高达130-180 mg/L的关键功能蛋白，对婴儿肠道健康、免疫发育和认知功能具有重要作用。然而牛乳中OPN含量仅约18 mg/L，传统离子交换色谱法存在选择性差、柱寿命短等缺陷，导致纯化成本居高不下。如何突破生物大分子分离的技术瓶颈，实现OPN的高效特异性捕获，成为婴幼儿配方奶粉"母乳化"研发的核心挑战。

中国海洋大学的研究团队在《Food Research International》发表创新成果，通过AlphaFold等五种算法预测OPN三维结构，结合分子对接筛选出二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)作为最优功能单体。采用自由基聚合法构建的分子印迹聚丙烯酰胺水凝胶，经SEM观测显示具有均匀多孔结构，FTIR和DSC证实了稳定的化学交联网络。

关键技术包括：1) 采用多服务器联合预测OPN三维结构并通过Ramachandran图验证；2) 分子动力学模拟分析配体-蛋白结合自由能；3) 扫描电镜(SEM)表征材料形貌；4) 吸附动力学拟合Langmuir和Freundlich模型；5) 竞争性吸附实验评估选择性。

【OPN三维结构预测】
通过比较AlphaFold、Phyre2等五种算法构建的模型，最终选择Ramachandran图中核心区残基占比92.3%的模型作为模板，为后续分子对接提供准确靶点。

【结论】
该研究开创性地将分子模拟技术与分子印迹相结合，所制备的水凝胶对OPN的吸附容量达374.1±5.3 mg/g，对α-LA/β-LG的选择性系数分别为3.2和4.1。分子动力学模拟揭示DMAPMA的氨基与OPN磷酸基团形成稳定氢键，结合自由能达-28.6 kJ/mol。这种理论指导实践的研发模式，不仅为OPN分离提供新方案，更为其他生物大分子印迹材料的理性设计树立了范式。

研究获得国家自然科学基金(32402046)和山东省泰山产业领军人才项目(LJNY202101)支持，相关技术已申请中国发明专利。这种兼具高选择性和耐用性的分离材料，有望显著降低婴幼儿配方奶粉中OPN的添加成本，推动乳品工业的高值化发展。