磁性纳米材料载体表面蛋白质印迹聚合物的制备及识别性能研究

发布时间：2017-09-20 20:22

  本文关键词：磁性纳米材料载体表面蛋白质印迹聚合物的制备及识别性能研究

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【摘要】：近年来,分子印迹技术(Molecular imprinting technique, MIT)因具有结构预定性、特异识别性及广泛适用性的特点而备受关注,其在小分子领域的研究已趋于成熟。而对于蛋白质等生物大分子而言,分子印迹技术因受蛋白质本身理化性质(如体积、构象灵活、水溶性)的限制,发展比较缓慢,尚不成熟。本论文以牛血红蛋白为模板分子,利用表面分子印迹技术合成了三种类型的分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymer,MIP),并对其蛋白质识别和分离性能进行了系统研究。主要内容如下：(1)基于磁性石墨烯复合纳米材料为载体的表面分子印迹聚合物的制备及其对牛血红蛋白的识别与分离研究以磁性Fe304-石墨烯(Fe_3O_4@G)复合材料为载体,丙烯酰胺(AAm)为功能单体,利用表面分子印迹技术制备了磁性牛血红蛋白(BHb)分子印迹聚合物(Fe_3O_4@G-MIP),并利用红外光谱仪、场发射扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪等对所得分子印迹聚合物进行了表征。结合十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺(SDS-PAGE)凝胶电泳技术考察了印迹聚合物对目标分子的吸附性能及特异性选择性能。实验结果表明,印迹聚合物对模板蛋白BHb的平衡吸附浓度为1.2 mg/mL,理论最大吸附容量为186.73 mg/g,印迹因子为1.96,平衡吸附时间为21 h。SDS-PAGE分析结果显示,制备的印迹聚合物对目标蛋白BHb具有较好的吸附选择性。(2)基于双键修饰的磁性纳米粒子为载体的表面分子印迹聚合物的制备及其对牛血红蛋白的识别与分离研究以丙烯酸双键改性的磁性Fe304纳米粒子(Fe_3O_4@AA)为载体,α-甲基丙烯酸(MAA)和衣康酸(IA)为功能单体,结合表面分子印迹技术和磁性纳米材料的优势,制备了牛血红蛋白分子印迹聚合物(MIP-Fe_3O_4@AA).聚合物制备过程包括Fe304纳米粒子的表面修饰和印迹层的合成。考察了IA和MAA不同质量比对印迹效果的影响。系列吸附实验结果表明,当IA和MAA的质量比为1：7时印迹效果最好,所制备的MIP-Fe_3O_4@AA对模板蛋白的热力学吸附平衡浓度为1.0 mg/mL,理论最大吸附容量为117.27 mg/mL,印迹因子为4.43,对模板蛋白显示了很好的吸附性能和特异性选择性能。在重复利用实验中,将所得MIP-Fe_3O_4@AA循环使用至少5次后,其吸附量才有所降低,说明所制备的MIP-Fe_3O_4@AA稳定性很好,在实际应用中可以重复使用。(3)基于温敏型表面分子印迹聚合物的制备及其对牛血红蛋白的识别和分离研究以丙烯酸双键改性的磁性Fe304纳米粒子(Fe_3O_4@AA)为载体,以牛血红蛋白BHb为模板,a-甲基丙烯酸为功能单体,引入N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)为热敏性单体,在33.5℃条件下制备了温敏型表面分子印迹聚合物(TR-MIP-Fe_3O_4@AA)考察了不同pH聚合条件对印迹效果的影响。结果表明,在中性(pH=7.00)条件下所得TR-MIP-Fe_3O_4@AA对模板蛋白的印迹效果最好。同时对TR-MIP-Fe_3O_4@AA的温敏性能、吸附性能及特异性选择性能进行了系统性研究。实验结果表明,所得TR-MIP-Fe_3O_4@AA对环境温度变化有一定的敏感性,在33.5℃条件下,TR-MIP-Fe_3O_4@AA对BHb有最大吸附容量和较高的印迹因子；其动力学吸附平衡时间为12 h,热力学吸附平衡浓度为1.6mg/mL。单一选择性实验显示,TR-MIP-Fe_3O_4@AA可选择性结合模板蛋白BHb,印迹因子高达6.39,远高于其它参比蛋白(BSA、OVA和Lyz的印迹因子分别为2.70、0.69和2.53)。竞争吸附实验和实际样品吸附实验结果表明,TR-MIP-Fe_3O_4@AA对BHb显示出明显的特异识别性。此外,所得印迹聚合物可被重复利用4次以上,说明稳定性和重复利用性能良好。
【关键词】：表面分子印迹技术 磁性纳米材料 温敏性材料 牛血红蛋白 识别与分离
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-30
• 1.1 分子印迹技术简介13-18
• 1.1.1 分子印迹技术概念和发展概况13-14
• 1.1.2 分子印迹技术的原理和分类14-15
• 1.1.3 分子印迹聚合物制备的影响因素15-16
• 1.1.4 分子印迹聚合物的应用16-18
• 1.2 蛋白质分子印迹概述18-25
• 1.2.1 蛋白质基本特性18-19
• 1.2.2 蛋白质分子印迹技术19-20
• 1.2.3 蛋白质分子印迹的难点20
• 1.2.4 蛋白质分子印迹聚合物的制备方法20-25
• 1.2.5 蛋白质分子印迹技术存在的问题及发展趋势25
• 1.3 蛋白质分子印迹纳米材料25-28
• 1.3.1 蛋白质分子印迹非磁性纳米材料26
• 1.3.2 蛋白质分子印迹磁性纳米材料26-27
• 1.3.3 蛋白质分子印迹复合纳米材料27-28
• 1.4 本课题的研究意义与内容28-30
• 1.4.1 本课题的研究背景与研究意义28
• 1.4.2 本课题的研究内容28-30
• 第2章 基于磁性石墨烯为载体的表面分子印迹聚合物的制备及其对牛血红蛋白的识别与分离研究30-50
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验部分31-35
• 2.2.1 实验药品、试剂及仪器31-32
• 2.2.2 氧化石墨烯的制备32
• 2.2.3 磁性石墨烯的制备32-33
• 2.2.4 磁性石墨烯蛋白质印迹和非印迹聚合物的制备33
• 2.2.5 分子印迹聚合物吸附性能实验33-35
• 2.3 结果与讨论35-49
• 2.3.1 磁性石墨烯牛血红蛋白分子印迹聚合物(Fe_3O_4@G-MIP)的合成35-36
• 2.3.2 磁性石墨烯蛋白质分子印迹聚合物的表征36-41
• 2.3.3 热力学吸附实验研究41-43
• 2.3.4 动力学吸附实验研究43-44
• 2.3.5 选择性吸附实验研究44-46
• 2.3.6 实际样品的吸附实验研究46-47
• 2.3.7 重复利用实验研究47-49
• 2.4 小结49-50
• 第3章 基于双键修饰的磁性纳米粒子为载体的表面分子印迹聚合物的制备及其对牛血红蛋白的识别与分离研究50-67
• 3.1 引言50
• 3.2 实验部分50-55
• 3.2.1 实验药品、试剂及仪器50-52
• 3.2.2 磁性Fe_3O_4纳米粒子的制备52
• 3.2.3 双键功能化Fe_3O_4纳米粒子的合成(Fe_3O_4@AA)52
• 3.2.4 牛血红蛋白磁性分子印迹聚合物的制备(MIP-Fe_3O_4@AA)52-53
• 3.2.5 分子印迹聚合物吸附性能实验53-55
• 3.3 结果与讨论55-66
• 3.3.1 磁性蛋白质分子印迹聚合物的制备55-56
• 3.3.2 磁性蛋白质分子印迹聚合物的表征56-60
• 3.3.3 热力学吸附实验研究60-62
• 3.3.4 动力学吸附实验研究62-63
• 3.3.5 选择性吸附实验研究63-64
• 3.3.6 竞争吸附实验及实际样品吸附实验研究64-65
• 3.3.7 重复利用实验研究65-66
• 3.4 小结66-67
• 第4章 基于温敏型表面分子印迹聚合物的制备及其对牛血红蛋白的识别与分离研究67-83
• 4.1 引言67
• 4.2 实验部分67-71
• 4.2.1 实验药品、试剂及仪器67-69
• 4.2.2 温敏型蛋白质分子印迹聚合物的合成(TR-MIP-Fe_3O_4@AA)69
• 4.2.3 分子印迹聚合物的吸附性能实验69-71
• 4.3 结果与讨论71-82
• 4.3.1 温敏型分子印迹聚合物的合成71
• 4.3.2 聚合pH对吸附性能的影响71-72
• 4.3.3 温敏型印迹聚合物材料的表征72-76
• 4.3.4 印迹聚合物材料的热敏性能研究76-77
• 4.3.5 热力学吸附实验研究77-78
• 4.3.6 动力学吸附实验研究78-79
• 4.3.7 选择性吸附实验研究79-80
• 4.3.8 竞争吸附实验及实际样品吸附实验研究80-81
• 4.3.9 重复利用实验研究81-82
• 4.4 小结82-83
• 结论与展望83-85
• 参考文献85-94
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录94-95
• 致谢95

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