一种具有抗非特异性蛋白质吸附性能和pH响应性的嵌段聚合物涂层,用于毛细管电泳中糖蛋白的在线富集

《Talanta》:A block polymer coating with anti-nonspecific protein adsorption and pH-responsive for online enrichment of glycoproteins in capillary electrophoresis

【字体: 时间:2026年06月09日 来源:Talanta 6.1

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  Jian Zhang|Yanqing Miao|Maofang He|Taowa Zhao|Chunye Liu西安医学院药学院,中国西安,710021摘要在本研究中,开发了一种聚(缩水甘油甲基丙烯酸酯)-b-聚(苯硼酸)嵌段聚合物涂层的毛细管柱,用于毛细管电泳中糖蛋白的选择性富

  
Jian Zhang|Yanqing Miao|Maofang He|Taowa Zhao|Chunye Liu
西安医学院药学院,中国西安,710021

摘要

在本研究中,开发了一种聚(缩水甘油甲基丙烯酸酯)-b-聚(苯硼酸)嵌段聚合物涂层的毛细管柱,用于毛细管电泳中糖蛋白的选择性富集。该聚合物涂层是通过两步连续的表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)工艺制备的,使用缩水甘油甲基丙烯酸酯(GMA)和3-丙烯酰胺苯硼酸(AAPBA)作为单体。涂层通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、倒置荧光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和电渗流(EOF)等技术进行了表征。对柱子的评估表明,该涂层具有抗非特异性吸附性能,并且对糖蛋白具有高富集效果。免疫球蛋白G(IgG)的灵敏度增强因子(SEF)达到了351.89,比裸露的熔融石英毛细管提高了173.3倍。该涂层毛细管可以重复使用约60次。日内(n=5)、日间(n=5)和批次间(n=3)的峰面积相对标准偏差(RSD)分别为3.5%、3.6%和4.6%。该方法成功应用于1×10^6倍稀释的蛋清样品中糖蛋白的在线富集,从而证实了其实际应用性。

引言

糖蛋白是一类最复杂且分布最广的翻译后修饰蛋白质,在许多生理过程中起着关键作用[1,2]。异常的糖基化模式与多种严重疾病密切相关,包括糖尿病、癌症、细菌和病毒感染[[3], [4], [5], [6]]。因此,糖蛋白已成为诊断和治疗各种疾病的宝贵临床生物标志物[7]。然而,由于糖蛋白含量低以及复杂生物基质的显著干扰,糖蛋白分析面临相当大的挑战[7]。因此,目标蛋白的选择性富集是糖蛋白分析中的关键步骤[8]。
已经建立了多种糖蛋白富集策略,包括肼化学、硼酸化学、亲水相互作用液相色谱和凝集素亲和色谱[[9], [10], [11], [12], [13], [14]]。其中,硼酸亲和方法因其对含有cis-二醇化合物的可逆共价结合而受到广泛关注[[15], [16], [17], [18], [19]]。硼酸在碱性介质中与糖蛋白共价结合形成五元或六元环酯,这些酯在酸性条件下解离,释放出糖蛋白[20]。由于这种可逆的、受pH控制的结合机制,基于硼酸的亲和材料已成为选择性富集糖蛋白的强大且多功能的方法[11,12,[14], [15], [16], [17], [18]]。例如,Hajizadeh等人[19]合成了一个用于选择性富集糖蛋白的混合功能核心-壳纳米结构。然而,值得注意的是,目前大多数可用的预浓缩方法都需要与后续的分离和分析平台(如十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)[21]、质谱(MS)[22]或毛细管凝胶SDS电泳[23,24])结合进行进一步分析。
毛细管电泳(CE)是一种强大的分离技术,以其自动化能力、快速分析和样品消耗少而闻名。无需与其他平台耦合,CE已被广泛用于蛋白质的在线预浓缩和后续分析[[25], [26], [27], [28], [29]]。例如,Li等人制备了一种涂有聚(2-甲基-2-噁唑啉)和聚(4-乙烯基吡啶)混合聚合物刷的毛细管,利用聚合物涂层的可切换性质实现了胃蛋白酶的在线预浓缩和定量检测[26]。同样,Wang等人使用涂有聚(2-甲基-2-噁唑啉)(PMOXA)和聚(丙烯酸)(PAA)混合聚合物刷的毛细管进行了溶菌酶的在线提取和预浓缩,利用它们对pH值和离子强度变化的响应性蛋白质吸附/解吸特性[30]。这些例子表明,开发功能化毛细管柱对于推进CE中的蛋白质分析至关重要。可以预见,将硼酸亲和化学与CE的强大分析特性相结合,将为糖蛋白分析提供一种高效的方法。然而,据我们所知,这种组合方法在糖蛋白富集中的应用仍然很少被探索。
表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)通过选择适当的单体,可以制备具有定制性质的各种嵌段共聚物刷[19,31]。据报道,双功能单体缩水甘油甲基丙烯酸酯(GMA)可以通过与毛细管内表面的硅醇基团形成共价键而作为有效的锚定剂。此外,GMA残基在加热过程中会发生自交联,形成更稳定的聚合物涂层[32,33]。由此产生的聚(缩水甘油甲基丙烯酸酯)(pGMA)刷还增强了嵌段聚合物的灵活性,这有助于减少空间阻碍,从而促进糖蛋白的结合[34]。
本研究的目的是开发一种基于CE的方法,利用功能化涂层的毛细管以快速、灵敏和选择性的方式富集糖蛋白。这种设计实现了同时富集和在线分析,从而消除了繁琐的离线程序,提高了分析通量。鉴于两种单体的特定优势,选择GMA和3-丙烯酰胺苯硼酸(AAPBA)通过SI-ATRP将灵活的嵌段聚合物刷接枝到内硅表面上。系统评估了所开发的CE方法对糖蛋白的灵敏度和选择性。此外,该方法还应用于从稀释的蛋清样品中富集糖蛋白,以验证其实际应用性。

部分摘录

仪器和试剂

熔融石英毛细管的尺寸为75 μm内径(375 μm外径)× 60.2 cm(50.0 cm至检测窗口),购自中国河北的Yongnian Reafine Chromatogram Equipment Co., Ltd。所有分离均在配备UV检测器的Beckman P/ACE MDQ CE系统(Beckman,美国)上进行。聚合物涂层使用IX73倒置荧光显微镜(OLYMPUS,日本)进行观察。傅里叶变换红外(FT-IR)测量在Tensor 27红外光谱仪上进行

涂层表征

FT-IR用于验证聚合物涂层是否成功附着在毛细管内表面。如图2A所示,所有三个毛细管都显示了Si–O带的特征伸缩振动和O–H在1100 cm^-1和3434 cm^-1处的吸收。引入pGMA涂层后,分别在1720 cm^-1和2962 cm^-1处出现了相应的C=O和CH2基团的吸收峰。

结论

在本研究中,通过SI-ATRP制备了p(GMA-b-AAPBA)涂层的熔融石英毛细管,用于高效富集和检测CE中的糖蛋白。所制备的聚合物涂层表现出优异的抗非特异性蛋白质吸附性能,并显示出明显的pH响应特性。利用这种pH敏感性特性,通过简单调节运行缓冲液的pH值,成功富集了复杂生物样品中的微量糖蛋白。

CRediT作者贡献声明

Jian Zhang:概念构思、数据管理、研究、方法学、可视化、初稿撰写。Yanqing Miao:数据管理、研究、方法学、验证、可视化。Maofang He:数据管理、研究、方法学、验证。Taowa Zhao:数据管理、研究、方法学。Chunye Liu:概念构思、正式分析、资金获取、项目管理、撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国陕西省科学技术厅(2025ZY-XCZXZY-34)和中国陕西省西安科技局企业科技人员服务项目(2024JH-GXFW-0018, 2025JH-GXKJRC-0069)的财政支持。
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