分子识别作用在生命体系中至关重要，是生物分子的生理功能的根本基础，与精卵识别、免疫应答、信号转导、基因调控、细胞凋亡等诸多生理过程紧密相关，贯穿于生命体系从诞生、发育、发展直至死亡的各个阶段。在生物体系中，抗体、酶和受体等是典型的起分子识别作用的生物分子。分子识别作用具有重要的应用价值，广泛应用于分离、传感、生化研究、疾病诊断和药物开发等领域。

      抗体，特别是单克隆抗体，因其优异的识别作用，在许多领域中广泛应用，尤其在癌症等重大疾病的治疗方面获得越来越多的应用。但是，抗体存在着难以制备、价格昂贵、稳定性差和重现性差等明显的缺点。2015年，Nature杂志发表两篇评论，批评了抗体的质量问题（Nature 2015, 521, 274-276；Nature 2015, 527, 545-551）。因此，发展仿生识别技术不仅具有重要的科学意义，而且具有巨大的经济价值。

      凝集素是一类能识别糖和含糖生物分子的蛋白质，在生命科学研究和生物医学应用中具有重要价值。但是，跟抗体等生物分子一样，凝集素具有难以制备、价格昂贵和稳定性差等缺点。硼酸，特别是有机硼酸，是具有类似于凝集素识别作用的一类独特的小分子配基。硼酸和1,2-或1,3-顺式二羟基化合物在较高pH（通常8.5）下酯化形成稳定的五元环或者六元环结构，而在更低pH（通常≤ 3）环境中，该硼酸酯水解释放出顺式二羟基化合物（反应式见图1）。本课题组近十年来致力于硼亲和材料的制备和应用，已经制备和筛选出多个性能先进的硼亲和配基，提出“团队硼亲和”的策略，将硼亲和材料的适用pH扩展至常见生理样品；阐明了硼亲和作用涉及到的分子间相互作用机制并提出了选择性调控的策略；阐明了纳米限域效应和多位点协同作用对亲和力的提升；在此基础上，制备了一系列性能先进的硼亲和材料（代表性材料见图2），成功应用于亲和分离、组学分析和适配体筛选等。本课题组将继续深入研究新颖硼亲和材料及类似的亲和材料。

图1. 硼亲和相互作用通式

图2. 代表性硼亲和材料

      分子印迹是重要的仿生分子识别技术。分子印迹聚合物（MIP）是在模板分子的存在下通过各种功能单体间聚合反应得到的高分子聚合物，在移除模板后，聚合物上留下与模板分子三维形状及作用位点相互补的分子印迹空腔，印迹空腔能与模板分子重新结合，而与其它分子不结合（原理见图3）。和抗体比较，分子印迹聚合物具有容易合成、价格低廉和稳定性好的优点。分子印迹聚合物已经在分离、传感、免疫分析等领域获得广泛的领域，而且已经在药物递送、晶体生长、生物成像、组学分析、体臭消除、毒素中和及抗菌处理等领域中展现出独特的应用潜力。本课题组将硼亲和作用和分子印迹技术相结合，已经发展出多个高效、通用的分子印迹技术，识别对象涵盖单糖、聚糖和糖蛋白（代表性技术的印迹原理见图4）。最近，我们还将硼亲和作用与非共价印迹相结合，发展出适用于各种蛋白质的硼亲和锚定表位可控表面定向印迹法（见图5）。利用以上技术，我们已经制备出一系列具有优异分子识别性能的分子印迹材料（代表性材料见图6）。本课题组将继续深入研究高效、通用的分子印迹技术，发展能识别蛋白质的特征结构和糖基化等翻译后修饰的分子印迹材料，同时将分子印迹技术与纳米技术相结合，发展出能高专一高灵敏检测疾病标志物的分析方法和调节特定疾病信号通路的纳米药物。

图3. 分子印迹聚合物的制备及其识别作用的示意图

图4. 代表性硼亲和分子印迹技术原理示意图

图5. 硼亲和锚定表位可控表面定向印迹法

图6. 代表性分子印迹材料

      核酸适配体（Aptamer）是具有类似抗体专一识别作用的一段DNA，RNA或核酸类似物序列，它能对无机离子、有机小分子、多肽、蛋白、细菌、病毒和细胞等进行专一识别（图7）。核酸适配体通常是利用体外筛选技术—指数富集的配体系统进化技术（SELEX），从核酸分子文库中筛选得到，经序列测定后可通过固相合成制备。与抗体比较，适配体具有合成容易、稳定性好和价格低廉的优势。将本课题组自主研发的硼亲和材料及分子印迹材料与SELEX相结合，我们已经发展出多个便捷、高效的核酸适配体筛选方法（基于磁性分子印迹材料的筛选方法原理见图8）。本课题组将继续深入研究便捷、高效的适配体筛选技术，筛选能识别糖基化等翻译后修饰及修饰差异的适配体，筛选能识别特定蛋白或其特定结构域的适配体，应用于组学分析、疾病诊断和信号通路调控等领域。

图7. 适配体识别靶标分子的示意图

图8. 基于磁性分子印迹材料的适配体筛选方法原理示意图