功能化介孔材料的合成及其在蛋白质分离中的应用

摘要

蛋白质作为生命的物质基础，在生物体的各项生命活动中起着至关重要的作用，特别是一些低丰度蛋白质（LAP），常常是某些疾病的生物标志物，但是在生物体系中不同种类的蛋白质含量相差很大，在检测的过程中，由于高丰度蛋白质（HAP）信号的压制，经常会导致LAP信息的丢失，而这些LAP往往具有重要的生物学意义。因此，设计具有高选择性能的分离材料，对复杂生物体系中的HAP进行去除，并对LAP进行富集，是复杂生物样品中检测LAP的有效途径。本论文根据蛋白质自身等电点（pI）及裸露氨基酸残基的不同，设计合成了两种功能化的介孔材料，用于生物样品中HAP的去除。
　　1.运用原子转移自由基聚合反应，在Santa Barbara Amorphous–15（SBA–15）表面嫁接了叔氨基及羧基官能团，使材料具有pH敏感的性质，用于分离具有不同pI的蛋白质。红外、热重、X射线衍射、Zeta电势、元素分析、透射电镜、氮吸附等表征结果显示了材料的成功制备。在不同pH条件下，叔氨基和羧基的质子化及去质子化效应使材料表面带有不同的电荷，通过静电作用吸附带有相反电荷的蛋白质，实现了对酸性和碱性蛋白质的特异性分离。此外，还将实验中筛选出的材料应用于实际生物样品中HAP的去除，凝胶电泳半定量结果显示，材料对鸡蛋清中卵清白蛋白和溶菌酶的去除率能够达到99％和95%，对血清中白蛋白的去除率能达到80%，这些数据表明，所设计合成的材料能显著地降低样品的复杂性，有利于样品中其它LAP的检测。
　　2.通过热引发的八乙烯基多面体低聚倍半硅氧烷的自由基聚合反应合成了具有高比表面积的介孔材料，并以此为基质，对其表面进行后修饰和Cu2+的固定，利用Cu2+与蛋白质中裸露组氨酸（His）的亲和作用，选择性吸附样品中富含裸露His的HAP。表征及吸附实验结果表明该材料具有较大的比表面积、较好的吸附选择性和较高的吸附容量（对牛血红蛋白的吸附容量可达3150mg/g），且重复使用六次后吸附容量基本保持不变。另外，该材料不仅能高效地去除全血中高丰度的血红蛋白和白蛋白，而且能够富集细胞裂解液中的蛋白质。所得的材料有望与其它材料联合使用，获得更多的人类蛋白质组学信息，为疾病的临床诊断及病理研究提供帮助。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 蛋白质组学的研究现状

1.1.1 蛋白质组学研究常用的分析技术

1.1.2 蛋白质组学研究面临的主要问题

1.2 常见蛋白质分离机理

1.2.1 根据蛋白质表面电荷进行分离

1.2.2 根据蛋白质尺寸大小进行分离

1.2.3 根据蛋白质基本结构的不同进行分离

1.2.4 根据蛋白质亲疏水性质的不同进行分离

1.2.5 根据亲和作用的不同对蛋白质进行分离

1.3 功能化材料在选择性分离蛋白质中的应用

1.3.1 环境响应型材料在蛋白质分离中的应用

1.3.2 固定化金属离子亲和材料在蛋白质分离检测中的应用

1.4 本论文的选题依据和思路

第二章 pH敏感的功能化SBA–15的合成及其对生物样品中高丰度蛋白质的去除

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 化学试剂

2.2.2 分析与表征仪器

2.2.3 pH敏感的功能化SBA–15的制备

2.2.4 pH敏感的功能化SBA–15的吸附性能研究

2.2.5 实际样品中HAP的去除

2.3 结果与讨论

2.3.1 功能化SBA–15的形貌及组成分析

2.3.2静态吸附性能研究

2.3.3 混合蛋白中目标蛋白质的选择性去除

2.3.4 鸡蛋清中HAP的去除

2.3.5 血清中HAP的去除

2.4 结论

第三章 固定化Cu2+介孔亲和材料的合成及其对生物样品中富含裸露组氨酸蛋白质的选择性吸附

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 化学试剂

3.2.3 固定化Cu2+介孔亲和材料（PPOSS–IDA–Cu2+）的合成

3.2.4 PPOSS–IDA–Cu2+吸附性能研究

3.2.5 解析条件的优化

3.2.6 材料的重复利用

3.2.7 材料对全血中血红蛋白的去除研究

3.2.8 材料对细胞裂解液中蛋白质的富集研究

3.3 结果与讨论

3.3.1 固定化Cu2+介孔亲和材料的形貌和化学结构表征

3.3.2 吸附性能研究

3.3.3 吸附模型

3.3.4 竞争性吸附研究

3.3.5 蛋白质的解析

3.3.6 材料的重复利用

3.3.7 全血中HAP的去除和细胞裂解液中蛋白质的富集

3.4 结论

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

在读期间的研究成果

致谢