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丝绸微痕分离新技术
发布时间:2020-02-28


丝绸由蚕丝织成,蚕丝的主要物质是丝素蛋白,丝素蛋白是由18种氨基酸以肽键形式按照一定的空间构像形成的蛋白质类高分子材料,其中具有【GAGAGS】序列的氨基酸序列为丝素蛋白的特征多肽(图1)。



图1  丝素蛋白分子结构示意图


由于蛋白质的有机材质属性,导致丝素蛋白易受多种因素影响而降解,外界的水、热、氧气、光照、酸、碱、微生物、污染物等环境因素协同作用,不可避免地造成丝素蛋白变性、空间构象受损、分子链断裂,这种趋势如同水往低处流一般的自然,无法逆转。

不难想象,在漫长的历史进程中,当年埋入墓葬或遗址中的丝织品早已失去了实体面貌,降解成多肽、氨基酸甚至化学元素,或者成为痕迹,或者化入泥土,在肉眼下已经无法辨识,至使我们难以获取更多的实物来探寻丝绸的起源,且年代越早的证据越难寻觅。此时,我们的搜索目标聚焦到分子层面,也就是丝素蛋白的分子标识物——【GAGAGS】特征多肽。



图2  良渚反山23号墓


1986年,杭州市北余杭反山23号墓中出土了目前所知中国发现最早最为完整的织机构件(图2),年代应属良诸文化中期偏早, 距今约5000~4800年。精美玉织机出土时两组构件相距约35厘米,推测其间原应有木质杆棒,杆上或许有经线纬线,只是年代久远,这些有机材质都化为虚无。

化作尘泥碾作土,于无形处寻丝踪,其中难度可想而知。丝绸文物微痕检测可以归属于蛋白类有机质残留物的分析检测范畴,近年来,随着科技考古学的蓬勃发展,有机质残留物的分析检测逐渐成为国内外科技考古领域研究的热点方向之一,通过采用各种现代科技研究手段,对墓葬或遗址中的残留物进行辨识、提取、分析、鉴定,由此丰富现有的考古信息。

丝绸文物微痕检测技术体系主要瞄准印痕、残留物、土样中的丝绸微痕,从中提取古代丝绸的信息,旨在拓展纺织考古的时空范围,为丝绸起源提供新的考古学实证。


如何进一步优化丝绸文物微痕检测技术体系?不断降低复杂样品中丝绸微痕的检测下限?此时,样品的富集、提纯和分离就显得尤为重要。针对古代织物痕迹和土壤残留物成分复杂、含量少的样品,在检测分析前对样品进行富集和提纯,可以减少交叉反应,这是技术体系得以优化的关键所在。

因此,基于现有的酶联免疫技术寻找一种富集效率高、灵敏度高、速度快、重复性较好,容易操作的分离方法,对丝绸微痕进行鉴定显得尤为重要,此时免疫磁珠分离技术(IMB)进入研究视野。

免疫磁珠分离技术(Immunomagnetic beads separation technique, IMB)是将免疫学反应的高度特异性与磁珠特有的磁响应性相结合的一种新的免疫学技术,是一种特异性强、纯化灵敏度高的分离富集技术,其中原理并不复杂(图3)。



图3  免疫磁珠分离富集原理图


第一,人工制备磁珠,在制备过程中,有两点很重要,一是要向磁珠里面加入铁成分,使之具有磁响应性,能被磁铁磁力所吸引,二要在磁珠中装载一定的功能基团,这些基团的最大功能就是结合丝素蛋白抗体;

第二,将丝素蛋白特征抗体结合到磁珠的功能基团上,此时磁珠就化身为免疫磁珠,具有免疫学反应的高度特异性,可以承担起到复杂考古样品中寻找抗原(丝素蛋白分子标识物)的使命。

第三,将免疫磁珠投放到待检样品中去寻找丝绸微痕,此时的样品大多为来自墓葬或者遗址的土样,或许丝绸曾经存在过,但是如今已化作肉眼不可见的微痕。寻找丝绸微痕可谓“大海捞针”,免疫磁珠就是寻找丝绸微痕的搜索引擎,一旦在复杂样品中找到了表征丝绸存在的微弱信号,免疫磁珠就会毫不犹豫地与之特异性结合,形成抗原-抗体-磁珠免疫复合物。

第四,这种复合物具有较高的磁响应性,在外加磁铁磁力的作用下定向移动,使复合物与其他杂质快速分离富集,从而缩短反应和检测时间,提高检测灵敏度及检测效率。

作为样品的预处理技术,免疫磁珠分离富集可提高酶联免疫吸附检测的灵敏度和检测下限,已有样品的 ELISA检测结果可以支持上述结论。



图4 免疫学检测结果


图4中,PBS为阴性对照,silk fibroin为阳性对照。A是对样品1直接进行ELISA检测的结果,B是样品1经过IMB富集后再进行ELISA检测的结果,C是对样品2直接进行ELISA检测的结果,D为样品2经过IMB富集后再进行ELISA检测的结果。

免疫磁珠技术在分子水平的分离富集纯化方面具有独特优势。相信随着研究的深入,免疫磁珠技术再结合精确高效的检测方法,将得到具有高灵敏性、高精确性、高稳定性的检测效果,在丝绸微痕检测领域的应用具有广阔前景。


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