《硼亲和材料及相关生命分析新方法研究》

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蛋白质组学、代谢组学和糖组学是人类进入廿一世纪后的重要科学研究前沿。组学研究为分析化学提出了前所未有的挑战。组学研究样品组成复杂,目标分子的浓度极低,因此,高选择性的样品富集方法对组学分析至关重要。顺式二羟基化合物是组学研究中的一类重要生物分子,包括糖、聚糖、糖肽、糖蛋白、核苷、核苷酸和RNA等。顺式二羟基化合物在生命过程和生理作用中扮演多种关键角色,而且是组学研究中的重要靶标分子。一些顺式二羟基化合物,如糖蛋白等,还是重大疾病诊断中的标志物和体育运动中兴奋剂检测的重点监控对象。凝集素和抗体是糖、聚糖、糖肽和糖蛋白的选择性富集的主要手段,但存在着选择性狭窄、不易制备、稳定性差和价格昂贵等缺点。硼亲和色谱是选择性富集核苷和核苷酸等的主要工具,但常规的硼亲和分离材料存在着亲和力弱、使用pH范围窄和选择性差等局限性。针对组学研究中顺式二羟基生物分子的样品选择性富集方法存在的缺点,该项目系统深入地研究了用于顺式二羟基生物分子分析的新颖的硼亲和分离材料和相关的生命分析新方法,取得了多个创新性的研究成果,为组学研究提供高效的新型分离材料,具有重要的应用前景和可观的经济价值。课题组首先深入地研究了硼亲和材料与顺式二羟基化合物间的分子相互作用机理,在此基础上提出了硼亲和材料设计和分离条件选择的策略,为硼亲和材料的发展提供了重要的理论指导。根据这些策略设计合成了一系列结构和性能先进的硼亲和整体材料以及磁性纳米材料,成功应用于糖蛋白和核苷等的选择性富集。为了克服高亲和力取代硼酸单体合成路线步骤多、操作麻烦和产率低等瓶颈问题,课题组提出了创新的团队硼亲和原理及方法, 大大简化了硼亲和材料的合成路径,并扩大了硼亲和材料的适用pH范围。原创性地提出了“分子团队”的概念和“协同共单体开环聚合法”,通过常规取代硼酸和氨基化合物间的硼-氮配位作用形成 “分子团队”,利用氮原子对硼酸亲和性能的协同作用实现与Wulff型取代硼酸等效的高亲和性能,采用一步反应即可制得高亲和性能的硼亲和整体材料。在“分子团队”概念的基础上,提出了统一的“团队硼亲和”原理和更通用的“分子自组装法”,将基体材料扩展到适用范围更宽的开放体系,用于磁性纳米材料与基体辅助激光解吸电离质谱靶板的表面修饰,成功应用于糖蛋白的选择性富集。团队硼亲和原理的提出改变了硼亲和材料的设计思路,并大大简化了高性能硼亲和材料的合成路径。基于以上工作,课题组发展出多个新颖的生命分析方法,包括硼亲和色谱及硼亲和色谱-质谱联用、硼亲和固相微萃取法及与高效液相色谱和串联质谱的联用、硼亲和磁性纳米萃取及与毛细管电泳的联用以及硼亲和辅助场增强样品注入法等,为顺式二羟基生物分子的选择性富集、高效分离和高灵敏检测提供了新颖的方法。硼亲和固相微萃取改变了常规固相微萃取为非共价相互作用,因而选择性差的局面。硼亲和辅助场增强样品注入法,可将检测灵敏度提高1850倍。

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