功能型磁性復(fù)合顆粒的制備及其在蛋白質(zhì)分離中的應(yīng)用.pdf

1、隨著蛋白質(zhì)技術(shù)研究的日益深入，開發(fā)高效、快速地分離技術(shù)已成為生物工程技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題，傳統(tǒng)的過濾、離心、萃取、透析等分離方法對生物分子缺乏選擇性，而電泳和層析技術(shù)需要很多繁雜的樣品預(yù)處理過程，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)分離損耗增加和回收率的降低。磁性納米顆粒的出現(xiàn)有效地解決了上述問題，由于其具有尺寸小、比表面積大、表面活性高以及對外加磁場的快速響應(yīng)性等優(yōu)良特性，在生物大分子的分離純化領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。磁性納米顆粒經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎?/p>

2、，可以高度選擇性地結(jié)合目標(biāo)蛋白，在解決蛋白質(zhì)的快速分離以及高特異性的選擇性分離方面具有明顯的優(yōu)勢。
　　 本論文在前人的基礎(chǔ)上，制備了兩種新型的功能型磁性復(fù)合顆粒，分別是染料親和磁性復(fù)合顆粒和溫敏性磁性復(fù)合顆粒，然后將這兩種功能復(fù)合材料作為吸附劑，并系統(tǒng)地探討了二者對于蛋白質(zhì)的吸附性能，主要內(nèi)容包括:
　　 1.采用化學(xué)共沉淀法制備了具有超順磁性的γ-Fe2O3納米顆粒。用含有多種官能基團(tuán)的生物相容性材料殼聚糖對其進(jìn)行包

3、裹，通過親核反應(yīng)將活性染料Reactive Red 120鍵和到殼聚糖包裹的磁性納米顆粒上，成功地制備出一種新型的染料親和磁性復(fù)合顆粒。通過SEM、FTIR、XRD、TGA和VSM等手段對該新型染料親和磁性復(fù)合顆粒進(jìn)行表征。結(jié)果顯示:制備的新型染料親和磁性復(fù)合顆粒平均粒徑為3μm左右，具有良好的超順磁性，最大比飽和磁化強(qiáng)度為13.6emu/g，滿足磁分離的要求。而且其表面含有豐富的磺酸基、羥基和亞氨基等活性基團(tuán)，可以作為磁性載體、磁性吸

4、附劑等多功能的磁性復(fù)合材料在生物化工等工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)使用。
　　 2.以菠蘿蛋白酶為模型蛋白，以制備的染料親和磁性復(fù)合顆粒為吸附劑，系統(tǒng)研究了染料親和磁性復(fù)合顆粒對菠蘿蛋白酶的吸附實(shí)驗(yàn)。探討了染料親和磁性復(fù)合顆粒對菠蘿蛋白酶的最佳吸附條件。同時(shí)將磁性納米顆粒、殼聚糖包裹的磁性納米顆粒以及染料親和磁性復(fù)合顆粒對菠蘿蛋白酶的吸附效果進(jìn)行比較。結(jié)果表明:當(dāng)溶液pH為8.5時(shí)，蛋白質(zhì)吸附量最大;通過比較活性染料修飾前后的磁性納米顆粒對菠蘿蛋

5、白酶的吸附效果，證明表面的化學(xué)修飾可以顯著提高磁性吸附劑的吸附性能。另外通過染料親和磁性復(fù)合顆粒的解吸、再生和重復(fù)利用的研究表明染料親和磁性復(fù)合顆粒可反復(fù)使用，期間吸附率未出現(xiàn)過多的損失。在此基礎(chǔ)上，利用等溫吸附、吸附動(dòng)力學(xué)和吸附熱力學(xué)模型，同時(shí)結(jié)合FTIR和Zeta電位分析方法，分別從理論和微觀角度，首次對染料親和磁性復(fù)合顆粒吸附劑的吸附機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)地研究。等溫吸附和動(dòng)力學(xué)理論研究均表明溫度升高有利于染料親和磁性復(fù)合顆粒吸附劑的吸附，

6、吸附焓變(△H)和吉布斯自由能變(△G)的研究認(rèn)為吸附是一個(gè)吸熱自發(fā)的過程。再結(jié)合FTIR和Zeta電位方法研究表明染料親和磁性復(fù)合顆粒吸附劑對菠蘿蛋白酶的吸附是由于靜電作用、疏水作用以及氫鍵等多種作用力共同驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。
　　 3.根據(jù)St(o)ber法在磁性納米顆粒表面修飾一層二氧化硅，然后利用分散聚合法，在磁性二氧化硅復(fù)合顆粒的表面包覆上一層新型的溫敏性聚合物材料——聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺，得到了一種新型的溫敏性磁性復(fù)合顆粒。

7、通過SEM、FTIR、XRD、VSM、TGA和DSC等手段對該溫敏性磁性復(fù)合顆粒進(jìn)行表征。結(jié)果表明，制備的新型溫敏性磁性復(fù)合顆粒形態(tài)規(guī)整，呈標(biāo)準(zhǔn)的球形狀，平均粒徑5μm左右。最大比飽和磁化強(qiáng)度為為9.82emu/g。新型溫敏性磁性復(fù)合顆粒中溫敏性聚合物聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺的含量為6.63％，且包裹了γ-Fe2O3/SiO2的聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺對外界溫度的變化仍具有明顯的響應(yīng)性，其LCST為33.4℃，接近于人體的生理溫度。
　　

8、 4.以新型溫敏性磁性復(fù)合顆粒為吸附劑，以牛血清白蛋白為模型蛋白，對溫敏性磁性復(fù)合顆粒吸附劑吸附牛血清白蛋白的吸附性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究。探討吸附時(shí)間、pH值、離子強(qiáng)度以及BSA的初始濃度對溫敏性磁性復(fù)合顆粒吸附劑吸附量的影響，并考察了溫度對功能型吸附劑的吸附解吸性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在吸附時(shí)間為3h，溶液pH為5.0，BSA的初始濃度為1.6mg/mL時(shí)，蛋白質(zhì)的吸附量最大為(76.49mg/g)。最適吸附溫度為35℃，溫敏性磁性復(fù)