新型功能性PEG水凝胶：突破血清白蛋白干扰实现低分子量蛋白质精准检测

研究人员针对血清中高丰度白蛋白(107倍浓度差)干扰低分子量蛋白(LMW)检测的难题，开发了基于聚乙二醇(PEG)的光裂解功能水凝胶。该技术通过调控水凝胶重量体积比(5-40% w:v)实现分子量截留(MWCO)，结合FITC-NVOC光标记策略，在未稀释血清中实现IL6(0.4 ng/mL)和链霉亲和素(0.2 ng/mL)的高灵敏度检测，较传统ELISA减少100倍样本稀释需求，为多蛋白标志物同步检测提供新方案。

　　

在临床诊断和基础研究中，血清蛋白质组分析长期面临"大海捞针"的困境——占总蛋白38-83%的血清白蛋白(67 kDa)如同浩瀚海洋，而前列腺特异性抗原(PSA)、白细胞介素6(IL6)等具有疾病标志物潜力的低分子量蛋白(LMW ≤65 kDa)则像散落的珍珠，浓度差距可达10⁷-10⁹倍。传统酶联免疫吸附试验(ELISA)需将血清稀释100倍以上以降低非特异性吸附，这不仅稀释了目标信号，更可能丢失关键生物信息。现有白蛋白去除技术如亲和树脂、有机沉淀等方法存在操作繁琐、环境不友好、易共去除结合蛋白等问题，亟需开发能同步实现干扰蛋白排除、目标蛋白富集和信号放大的新技术。

研究人员创新性地设计了一种基于四臂聚乙二醇(4-arm PEG₂₀₀₀)的光响应功能水凝胶系统。该水凝胶通过铜催化的叠氮-炔环加成反应构建三维网络，其中光敏单体FITC-NVOC-PEG-叠氮赋予其三重功能：异硫氰酸酯基团共价捕获蛋白、邻硝基苄基光裂解基团实现紫外(365 nm)触发释放、荧光素(FITC)同步完成蛋白标记。通过精确调控水凝胶总重量体积百分比(5-40% w:v)，可建立从145 kDa到14 kDa的可调分子量截留窗口，在排除67 kDa白蛋白的同时，允许21 kDa的IL6等目标蛋白自由扩散。

关键技术突破体现在四个方面：(1)采用主动振荡运输将蛋白捕获时间从24小时缩短至4小时；(2)优化活性单体比例(1:40)提升捕获效率；(3)将释放缓冲液体积压缩至200 μL实现50倍预浓缩；(4)干态储存8周仍保持90%以上活性。实验采用动态光散射(DLS)验证蛋白流体力学直径，通过纳米滴度计测定280 nm/498 nm双波长吸光度计算标记效率(每个IL6分子标记13个荧光素)，并建立标准曲线评估检测限(LOD)。

研究结果揭示：

1. 分子量筛选特性：10% (w:v)水凝胶对30 kDa碳酸酐酶(CA1)的截留率达56.3%，而对67 kDa牛血清白蛋白(BSA)的排除效率达76.9%，成功实现"尺寸筛分"效应。
2. 检测性能突破：在含50 mg/mL BSA(生理浓度)的基质中，对5 ng/mL IL6的回收率达79.1%，检测限低至0.4 ng/mL，较团队2023年报道的聚丙烯酰胺水凝胶提升20倍。
3. 多靶标同步检测：通过将释放产物分装至不同抗体包被微孔板，成功实现IL6与链霉亲和素的同步定量，交叉干扰误差<12%。
4. 临床适用性验证：在未稀释血清中保持检测线性(r²>0.99)，且不受唾液等复杂基质中60倍盐度变化的干扰。

这项发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》的研究开辟了"捕获-富集-标记-检测"一体化技术路线，其核心创新在于：①首次将PEG水凝胶的分子筛特性与光控释放相结合，避免传统亲和法的载体蛋白共去除问题；②突破ELISA必需的"抗体-酶标二抗-底物"三级信号放大模式，仅需一级抗体即可完成检测；③为液体活检提供无需样本前处理的解决方案。未来通过优化水凝胶几何结构(如微球化)和检测界面，有望将灵敏度推进至pg/mL级，为癌症早筛、炎症监测等临床应用提供强有力的工具。