摘要：表面印迹技术是基于抗原抗体反应机理的一种分子识别技术，在功能化材料的表面构筑印迹层，通过印迹空腔的互补性，实现对模板蛋白的灵敏识别及特异性分离提纯，在蛋白质吸附分离领域中展现出独特优势。然而，现有印迹聚合物的构筑多基于低维表面材料，如零维纳米颗粒、一维纤维、二

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江苏大学陆建伟博士、郭丽教授团队：基于三维纳米纤维气凝胶表面印迹聚合物的设计构建，实现溶菌酶高效吸附分离

表面印迹技术是基于抗原抗体反应机理的一种分子识别技术，在功能化材料的表面构筑印迹层，通过印迹空腔的互补性，实现对模板蛋白的灵敏识别及特异性分离提纯，在蛋白质吸附分离领域中展现出独特优势。然而，现有印迹聚合物的构筑多基于低维表面材料，如零维纳米颗粒、一维纤维、二维薄膜等。这类材料普遍存在吸附容量较低、结构稳定性不强、洗脱速率较慢等固有缺陷，为蛋白质的高效、规模化吸附分离带来了挑战。

近日，江苏大学陆建伟博士在期刊《Food Chemistry》上发表了最新研究成果“Facile fabrication of surface imprinted polymers based on nanofibrous aerogels for specific capture of lysozyme form egg white”。研究者将分子印迹层引入三维网络结构纳米纤维气凝胶表面构筑印迹聚合物，用于溶菌酶的高效纯化。相较于传统印迹材料，获得印迹聚合物具有结构稳定、特异性强、吸附量大等特点。江苏大学材料科学与工程学院硕士生乔羽菲为第一作者，郭丽教授为共同通讯作者。

图1：LIPCNAs的制备、机理及潜在应用。

本文选用熔融挤出相分离法制得乙烯醇-乙烯共聚（PVA-co-PE）纳米纤维，通过冷冻干燥和接枝改性工艺制备羧基化纳米纤维气凝胶。利用静电作用和多巴胺自聚合在气凝胶表面构建包覆溶菌酶模板分子的印迹层，经模板分子洗脱，获得纳米纤维气凝胶基印迹聚合物（LIPCNAs，图1）。得益于纳米纤维气凝胶相互连通的多孔架构和印迹聚合物空腔的互补性，LIPCNAs可实现对溶菌酶的高效、特异性吸附。同时，该吸附分离材料展现出优异的实际使用性能，可直接从蛋清中提取目标蛋白，得到二级结构和生物活性稳定的溶菌酶，在生物医学、食品保健等领域有广泛的潜在应用价值。

图2：LIPCNAs识别溶菌酶的机理示意图及单根纤维的TEM图像。

如图2a所示，聚多巴胺（PDA）印迹层通过非共价力（π-π堆积、氢键等）在纳米纤维表面自组装，通过化学法将印迹层内的模板洗脱后，获得与溶菌酶形状、大小、性质等匹配的特异性印迹空腔，实现对模板溶菌酶的高效识别。TEM图像显示，PVA-co-PE NFAs中单根纳米纤维表面光滑（图2b），接枝改性后变得粗糙（图2c），印迹后则在LIPCNAs的纤维表面观察到含N元素的半透明印迹层（图2d、e），这种厚度可控（1.51 nm/h）的聚多巴胺印迹层提供了丰富的溶菌酶特异性识别位点。

图3：LIPCNAs的水下压缩性能。

LIPCNAs具有优异的水下环境适应性力学行为，在不同应变压缩条件下，形状均可完全恢复至初始状态（图3a-c）。经50次压缩循环，LIPCNAs仍能保持稳定的力学压缩性能和形状完整性（图3d-g）。LIPCNAs优异的水下力学性能主要归因于以下两点：(1)戊二醛作为交联剂，辅助构筑了牢固的三维网络结构框架，可有效分散应力集中；(2)表面包覆的PDA刚性印迹层进一步强化了纤维骨架，为材料在水相体系的长期使用性提供了结构保障（图3h）。

图4：LIPCNAs的吸附性能。

由于LIPCNAs中聚多巴胺与模板溶菌酶间存在cation-π和π-π相互作用，其印迹因子仅为1.53（聚合时间18 h）（图4a、b）；但LIPCNAs仍对溶菌酶有显著的特异性识别效果，对正电性菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶的选择系数（α）高达4.73和3.00（图4c）。由于不同pH下LIPCNAs对溶菌酶的相互作用存在差异，而当溶液环境pH=8.0时作用力最强，故可实现最佳吸附效果（图4d、e）。LIPCNAs对溶菌酶的吸附可在约7 h内达平衡，吸附过程符合准二级动力学模型（化学吸附）、Langmuir单层吸附模型（图4a、b）。同时，通过蛋白凝胶电泳验证LIPCNAs从蛋清中分离溶菌酶的精确性（图4h）。

本文所制备的表面印迹纳米纤维气凝胶LIPCNAs可实现对溶菌酶快速、高效、精确的吸附分离，为溶菌酶纯化提供了一种新的材料设计路径。

论文链接：

人物简介：

陆建伟，江苏大学高分子系助理研究员，硕士生导师，佐治亚理工学院联合培养博士。主要从事生物高分子材料及功能纳米纤维材料设计构筑与应用特性拓展等方面的研究。近5年，在ACS Nano、Chemical Communications、International Journal of Biological Macromolecules、Cellulose等期刊发表论文20余篇。

郭丽，江苏大学高分子系教授，博士生导师，江苏特聘教授，于中国科学院化学研究所获得博士学位，先后在美国路易斯安那州立大学及美国劳伦斯伯克利国家实验室进行博士后研究工作。主要从事新型生物高分子材料、智能响应性高分子材料、仿生防冰抗冻材料的研究。

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来源：奇趣科学圈