[發明專利]一種功能多孔膜材料及其在復雜糖鏈分子識別中的應用

在審

• 申請號: 201910559959.1
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN112147198A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 卿光焱;李閔閔;熊雨婷;王東東
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;C08J7/12;C08L67/02
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明提供了一種功能多孔膜材料、制備方法以及其在單糖和糖鏈分子識別檢測中的應用。首先在溶液中合成功能聚合物，然后利用偶聯反應將功能聚合物接枝到無機多孔膜或有機多孔膜孔道內。孔道內聚合物膜與單糖和糖鏈分子具有特異性相互作用，并會造成聚合物層發生不同程度收縮，利用皮安計可以檢測到糖鏈分子處理前后跨膜離子電流的變化，通過該電流變化幅度即可實現對不同單糖和糖鏈分子的檢測。該材料用于檢測單糖或糖鏈具有操作簡單、靈敏度高、檢測速度快、無需標記的優點，對于糖生物學中糖鏈結構解析提供了一種有利的工具。

技術領域

本發明涉及聚合物在無機和有機多孔膜材料表面的修飾，同時涉及聚合物修飾的多孔膜材料在不同單糖和糖鏈檢測分析中的應用領域，具體涉及了一種功能多孔膜材料及其在復雜糖鏈分子識別中的應用。

背景技術

糖類作為蛋白質和核酸之外的一類重要的生物分子，其結構支撐和能量供應角色已經被充分揭示。然而，糖類，尤其是各種寡糖鏈，作為一種在生物體內的重要信息物質，參與幾乎所有的細胞生物活動，特別是在細胞分化、發育、免疫、老化、癌變、信息傳遞等生命和疾病過程中起著特異性識別、介導與調控作用。生物體的寡糖鏈主要以糖蛋白、糖脂和糖胺聚糖的形式存在于細胞表面，構成一層糖被。在糖蛋白中，糖鏈雖占整個糖蛋白的小部分，但卻有重要的生理學功能，它通過影響蛋白質的整體構象從而影響由構象決定的所有功能，例如蛋白質的正確折疊、細胞內定位、抗原性、細胞黏附以及病原體結合等。在哺乳動物蛋白中，大約有50％的蛋白發生了不同程度的糖基化。從醫學的角度，蛋白糖基化程度以及糖鏈結構的改變與多種疾病密切相關。例如，癌癥細胞表面通過過度表達唾液酸糖鏈，且不同癌癥通常情況下過度表達的糖鏈鏈結構性不同，這為癌癥早期診斷、預后以及治療靶標提供了特異性的生物標記物，例如乳腺癌中的Her2/Neu及肝癌中的AFP等，都是糖蛋白。

目前已知大多數糖復合物中糖鏈由2～20種單糖以不同種類和數目、不同糖苷鍵、不同排列順序甚至不同分支形式等連接組成。由此可見，不同單糖所形成的糖鏈異構體的數量遠超蛋白質或核苷酸所形成的異構體數量，并且隨著單糖個數的增加，糖鏈異構體數目將以幾何級數增長。因此，這種結構多樣性使得糖鏈攜帶著遠超蛋白質和核酸的信息量，同時也使得糖生物學和糖組學研究中揭示糖鏈結構并進一步關聯糖鏈所發揮功能產生巨大的挑戰。目前，糖鏈結構的解析方法主要有特殊糖苷酶酶解以及糖鏈衍生化途徑，同時利用電泳、色譜、質譜、核磁亦或幾種手段聯用。然后這些手段均存在著巨大的局限性，例如需要昂貴的設備、復雜并耗時的操作、對分析人員較高的經驗要求以及高樣品需求量等。因此，開發簡單易行、高靈敏度、快速的糖鏈識別檢測體系或者分析方法建立又顯得十分迫切。

近年來，仿生離子納米通道的研究日趨繁榮，這種人工納米通道能夠模擬生物離子通道開-關進而提供了一種分子識別傳感的應用策略。因此，本發明中，我們創新性將納米通道用于單糖分子以及糖鏈分子的識別與區分，并且開發出高靈敏度的糖鏈檢測器件。通過在納米孔道內部接枝對糖分子具有特異性識別作用的功能聚合物，不同糖分子可誘導接枝聚合物發生不同程度的收縮，進而引起流經納米孔道的離子電流發生明顯的變化，最終實現不同單糖甚至不同鏈結構性糖鏈分子的檢測。本發明提供了一種糖鏈檢測分析的手段，并為糖鏈檢測器件的開發提供了一種策略。

發明內容

本發明旨在提供一種對糖分子有特異性識別作用的聚合物，并將其接枝到無機和有機納米多孔膜的孔道內部從而制備得聚合物納米通道膜，該聚合物納米通道莫可應用糖分子識別檢測以及不同糖分子的精確區分。和傳統的電化學、質譜檢測方法相比，該聚合物修飾的多孔膜材料在檢測單糖或糖鏈分子時，具有操作簡單、靈敏度高、檢測速度快、無需標記的優點。非常適用于糖生物學糖鏈結構檢測分析。

本發明的采用技術方案是：

一種功能多孔膜材料，該多孔膜材料包括多孔膜和接枝到所述多孔膜孔道內表面的功能聚合物，所述聚合物的分子結構如下：