基于液体橡皮泥的柔性可切割新型电泳平台及其在蛋白质分析中的应用

蛋白质作为重要的疾病标志物在疾病诊断、监测和精准医疗等领域发挥重要作用。但实际生理样品组成复杂，并且很多蛋白质标志物含量低，使其检测困难，因此分析前的样品预处理过程对于蛋白质分析非常重要。等电聚焦是一种基于蛋白质的等电点可同时实现蛋白质分离与富集的电泳技术，通过与质谱、光学成像和SDS-PAGE等技术结合已被广泛用于蛋白质分析。传统的等电聚焦通常在凝胶、毛细管、微流控芯片等基体内实现，这些固相基体为蛋白质的电迁移提供了载体，但难以实现后续的目标蛋白收集和原位分析，因此需要发展既能有效实施蛋白质样本电泳分离、富集，又能实现对预处理后蛋白组分分析的平台。液体橡皮泥是一种由疏水性SiO₂纳米颗粒包封液体形成的液体实体，具有良好的可塑形性、透光性、开放性和可切割性，可为电泳提供良好的载体，同时便于实现样品预处理后目标分析物的收集和原位分析。

近日，西安交通大学生命科学与技术学院仿生工程与生物力学研究所 (BEBC) 李菲课题组与西北工业大学李晓光课题组合作开发了一种将液体橡皮泥材料和等点聚焦分离技术相结合的新型柔性可塑形电泳平台，实现了蛋白样本的分离和浓缩，并进一步与手机成像、试纸、质谱等检测方法结合，实现了目标蛋白的定量分析（图1）。

图1. 构建的液体橡皮泥等电聚焦平台及其在蛋白分离、富集和分析中应用的示意图

该工作基于由疏水性SiO₂纳米颗粒包封液体形成的液体橡皮泥材料的可塑性和可切割性，手工操作将液体橡皮泥塑型成流体通道（图2），通过在液体橡皮泥流体通道内集成基于载体两性电解质的等电聚焦体系成功构建了小型化的等电聚焦平台。

图2. 液体橡皮泥等电聚焦平台的构建过程图

该平台成功实现了液体橡皮泥通道内蛋白质的等电聚焦，可在40分钟内实现多种蛋白质的分离，分离分辨率达到0.03 pH单位。对在液体橡皮泥等电聚焦平台分离富集后的蛋白质，通过切割液体橡皮泥分离通道的方法选择性地将蛋白目标分析物收集到孤立的液体弹珠中，分别联合手机成像比色法、试纸显色和质谱分析等手段成功实现了对液体弹珠内糖尿病人尿液样品中微量白蛋白的定量检测和α-1-微球蛋白/比库宁前体（AMBP）的鉴定（图3）。该液体弹珠等电聚焦装置作为小型化的蛋白质分析平台在现场快速检测领域显示出应用前景。

图3. (a) 基于液体橡皮泥等电聚焦分离标准蛋白的过程图；(b) 基于液体橡皮泥等电聚焦分离成人红细胞中血红蛋白的效果图；(c) 基于液体橡皮泥等电聚焦平台分析临床尿液白蛋白的结果和临床分析结果的对比图；(d) MALDI-TOF-MS结合液体橡皮泥等电聚焦分析临床尿样中AMBP的谱图。

以上研究成果发表在美国化学会杂志Analytical Chemistry 上，并被选为杂志封面文章。该文章第一作者是西安交通大学博士生牛纪成，通讯作者为西安交通大学李菲教授和西北工业大学李晓光副教授。该文的其他作者还包括西北工业大学硕士生史海笑、西安梁家滩国际中学高中生李心泽、西京医院魏会刚大夫、唐都医院高彬博士和西安交通大学徐峰教授等。该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、中央高校基础科研基金和浙江省临床功能材料与诊疗器件工程技术研究中心项目等的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Liquid Plasticine Integrated with Isoelectric Focusing for Miniaturized Protein Analysis

Jicheng Niu, Haixiao Shi, Huigang Wei, Bin Gao, Jasmine Xinze Li, Feng Xu, Xiaoguang Li*, Fei Li*

Anal. Chem., 2020, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c01237

导师介绍

李菲，西安交通大学生命科学与技术学院仿生工程与生物力学研究所 (BEBC) 基于“临床问题（BED）- 实验室研究（BENCH）- 临床应用（BED）”的研究策略，将力学、化学、材料学、生物医学工程等领域交叉融合，系统开展即时检测技术的应用研究。李菲教授课题组基于“生命科学基础问题-电分析化学技术和仪器研发-生物医学工程应用”的学术思路，立足于电分析化学方法与技术，结合生物材料、生物医学工程和医学等学科，主要开展单细胞电化学分析和柔性电化学即时检测技术的研究工作。

https://www.x-mol.com/university/faculty/13704

http://gr.xjtu.edu.cn/web/feili