离子液体/低共熔溶剂修饰磁性纳米材料应用于磁性固相萃取蛋白质的研究

摘要

磁性固相萃取（Magnetic Solid-Phase Extraction，MSPE）技术是一种以磁性材料作为吸附剂的新型固相萃取技术，具有快速分离和操作简便的特点，该技术的关键是设计合成功能化的磁性吸附剂。离子液体（Ionic Liquid，IL）和低共熔溶剂（Deep Eutectic Solvent，DES）具有结构可设计性和易功能化的优点，固定在磁性颗粒上，作为磁性固相萃取过程的吸附剂，不仅克服了普通有机溶剂不具备选择性的缺陷，还不会对大气环境造成污染，也减少了操作过程中的损失。基于离子液体和低共熔溶剂的磁性吸附剂应用于磁性固相萃取技术可以通过氢键、π-π和静电等作用力特异性吸附目标分析物。因而，与离子液体或低共熔溶剂相结合，磁性固相萃取技术将会得到更为广阔的应用。
　　本研究设计合成两类绿色溶剂——离子液体和低共熔溶剂，结合磁性固相萃取技术，建立了萃取分离蛋白质的方法。主要内容如下：
　　（1）离子液体包覆磁性氧化石墨烯用于磁性固相萃取蛋白质
　　首先制备了一种双阳离子中心的氨基功能化的离子液体（AFDCIL），然后将其修饰在磁性氧化石墨烯（Fe@GO）表面，合成了 Fe@GO@AFDCIL复合物作为磁性吸附剂，用于磁性固相萃取蛋白质。通过振动样品磁强计（VSM）、X-射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、热重分析仪（TGA）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和纳米粒度与 Zeta电位及分子量分析仪对Fe@GO@AFDCIL进行了表征。以牛血红蛋白（BHb）作为分析物，研究了Fe@GO@AFDCIL在磁性固相萃取过程的萃取性能。通过紫外-可见分光光度计测定BHb的浓度。与传统的离子液体包覆磁性吸附剂相比较，Fe@GO@AFDCIL复合物作为吸附剂对BHb具有更好的吸附能力。通过单因素实验，考察了溶液pH、萃取温度、BHb的初始浓度、萃取时间、Fe@GO@AFDCIL的加入量和溶液离子强度对萃取性能的影响。在最佳萃取条件下，萃取容量可达174.54 mg/g。采用4％的十二烷基硫酸钠（SDS）溶液可将已吸附的 BHb洗脱下来，洗脱率可达89.54%。圆二色谱（CD）的测定结果表明 BHb的二级结构没有发生改变。Fe@GO@AFDCIL复合物至少可以重复使用15次，具有优良的重复利用性。在最优的条件下，对实际样品进行了研究，证明了 Fe@GO@AFDCIL可以成功地从猪血液和牛血液中萃取出BHb。方法学考察结果表明该方法的精度、重复性和稳定性良好。所拟方法为蛋白质的萃取分离提供了一种新思路。
　　（2）聚合离子液体包覆磁性碳纳米管用于磁性固相萃取Cu，Zn-超氧化物歧化酶
　　首先制备了苄基功能化的咪唑类聚合离子液体（PIL），然后将其修饰在磁性多壁碳纳米管（MWCNTs）表面，合成了一种新型的磁性吸附剂（m-MWCNTs@PIL），并应用于磁性固相萃取 Cu，Zn-超氧化物歧化酶（Cu， Zn-SOD）。通过X-射线衍射仪（XRD）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、热重分析仪（TGA）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、振动样品磁强计（VSM）和纳米粒度与 Zeta电位及分子量分析仪对 m-MWCNTs@PIL进行了表征。m-MWCNTs@PIL复合物可以通过氢键、π-π作用和静电作用力与 Cu，Zn-SOD相互作用。通过紫外-可见分光光度计测定 Cu， Zn-SOD的浓度，并研究了m-MWCNTs@PIL作为吸附剂在磁性固相萃取过程的萃取性能。通过单因素实验，考察了萃取时间、温度、m-MWCNTs@PIL的加入量、溶液pH、Cu，Zn-SOD的初始浓度和溶液离子强度对萃取性能的影响。在最佳萃取条件下，萃取容量可达85.28mg/g。通过1 mol/L的NaCl溶液将已吸附的Cu，Zn-SOD从m-MWCNTs@PIL上洗脱下来，洗脱率可达84.35%。活性研究结果表明，洗脱后的 Cu，Zn-SOD仍具有较高的比活性。重复利用实验结果表明，m-MWCNTs@PIL具有较好的重复利用性，并且可以成功地从猪血液中萃取出 Cu，Zn-SOD。在最优条件下，该方法的精度、重复性和稳定性良好。所拟方法从生物样品中提取Cu，Zn-SOD或其它分析物具有很好的发展潜力。
　　（3）新型三元低共熔溶剂包覆磁性碳纳米管用于磁性固相萃取 Cu，Zn-超氧化物歧化酶
　　首先制备了以四甲基氯化铵作为氢键受体的三元低共熔溶剂（TDES），然后将其修饰在磁性多壁碳纳米管（MWCNTs）表面，合成了一种新型的磁性吸附剂（m-MWCNTs@TDES），并应用于磁性固相萃取Cu，Zn-超氧化物歧化酶（Cu， Zn-SOD）。通过X-射线衍射仪（XRD）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、热重分析仪（TGA）、透射电子显微镜（TEM）、振动样品磁强计（VSM）和纳米粒度与Zeta电位及分子量分析仪对m-MWCNTs@TDES进行了表征。通过紫外-可见分光光度计测定Cu，Zn-SOD的浓度，并研究了m-MWCNTs@TDES作为吸附剂在磁性固相萃取过程的萃取性能。通过单因素实验，考察了萃取时间、萃取温度、m-MWCNTs@TDES的加入量、溶液 pH和 Cu，Zn-SOD的初始浓度对萃取性能的影响。在最佳萃取条件下，萃取容量可达60.75mg/g。通过1 mol/L的NaCl溶液将已吸附的 Cu， Zn-SOD从 m-MWCNTs@TDES上洗脱下来，洗脱率可达74.26%。活性研究结果表明，洗脱后的Cu，Zn-SOD仍具有较高的比活性。重复利用实验结果表明，m-MWCNTs@TDES具有较好的重复利用性，并且可以成功地从猪血液中萃取出 Cu，Zn-SOD。在最优条件下，该方法的精度、重复性和稳定性良好。所拟方法为从生物样品中提取 Cu，Zn-SOD或其它分析物提供了一种新思路。

目录

第1章 绪 论

1.1 离子液体

1.2 低共熔溶剂

1.3 蛋白质的萃取分离

1.4 超氧化物歧化酶的研究现状

1.5 磁性固相萃取技术

1.6 本课题的研究意义与研究内容

第2章 离子液体包覆磁性氧化石墨烯用于磁性固相萃取蛋白质

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第3章 聚合离子液体包覆磁性碳纳米管用于磁性固相萃取Cu，Zn-超氧化物歧化酶

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第4章 新型三元低共熔溶剂包覆磁性碳纳米管用于磁性固相萃取Cu，Zn-超氧化物歧化酶

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

结论与展望

1 结论

2 本论文的创新之处

3 展望

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢