改性聚丙烯酰胺冰胶材料的合成与性能研究

摘要

冰胶是在冰冻状态下合成的一种具有三维网状结构的大孔高分子聚合物。通过选择合适的模板、单体以及交联剂，或者使用不同的方法在冰胶内部孔表面进行化学修饰或接枝进行改性，可以得到具有不同形貌、不同孔结构和不同识别特性的活性位点，依照自己所需制备出丰富多彩的冰胶材料。本文采用待定模板印迹法，以复杂样品牛血清为模板分子，制备出疏松大孔、传质能力强、机械性能及稳定性好的蛋白质分子印迹冰胶，有效地脱除了牛血清中的高丰度蛋白，同时富集了低丰度蛋白，为蛋白质的分离提供了有效便捷的方法。此外，使用冰冻聚合法合成的聚丙烯酰胺通过冰晶的挤压效应发出多色荧光现象，为有机发光材料的设计和合成提供了有价值的方法。还通过使用助溶剂和表面活性剂，添加不同的发光单体合成改性冰胶，使其荧光波长发生红移，荧光强度增强。本文的研究内容主要分为以下三个部分:
　　1.牛血清印迹冰胶的合成及高丰度蛋白质的脱除
　　分子印迹聚丙烯酰胺冰胶是使用待定模板法（不同浓度的牛血清）合成的。随着单体溶液中血清浓度的增加，所制得的蛋白质印迹冰胶可以从血清样品中吸附和去除更多的蛋白质。由于在预聚合溶液中加入了乙烯基三乙氧基硅烷(VTEOS)，聚合物成为有机--无机杂化材料，用二氧化硅修饰的两性聚丙烯酰胺冰胶机械强度增强。进行扫描电子显微镜(SEM)，红外(IR)光谱，热重--差热分析(TG-DTA)和X射线光电子能谱(XPS)表征这些大孔聚合物。证明两性冰胶是一种非常好的能识别和结合蛋白质的材料。当用作液相色谱固定相时，能够同时吸附各种血清蛋白质。电泳实验表明，随着单体溶液中牛血清比例的增加所制备的冰胶来处理牛血清，高丰度的蛋白质被逐渐脱除。这种样品本身的印迹方法为复杂样品中（如血清）的高丰度蛋白质的脱除提供了一个有效、便捷的途径，同时浓缩和富集了其中的低丰度组分。
　　2.聚丙烯酰胺冰胶的合成与荧光性能的探究
　　由于缺乏常规的发色团，聚丙烯酰胺一般不被当作荧光材料。丙烯酰胺和N，N'-亚甲基双丙烯酰胺稀溶液在60℃下聚合形成黏稠的液体，没有任何荧光现象。当水发生相变时，情况也发生了变化。冰晶的挤压效应使预聚合液在-20℃时产生聚合的固体（冰胶），并且赋予它们意想不到的荧光发射性质。大孔的冰胶主要是蓝色荧光聚合物，然而，通过改变成分比例也可以获得红色的荧光。一系列仪器检测表明，多色荧光发射是由于冰晶的挤压效应诱导酰胺基的有序排列而产生的。如果人们充分利用天然分子水的挤压效应来操纵单体官能团的相互作用，冰冻聚合法可能是制备各种聚合物材料的一种很有前景的方法。
　　3.不同单体修饰的改性冰胶的合成及其荧光性能探究
　　以1-乙烯基咪唑和9-乙烯基蒽为功能单体对聚丙烯酰胺进行改性，通过冰冻聚合法合成两种改性冰胶材料，并使用数码照片、扫描电子显微镜(SEM)和红外（IR）光谱对其进行表征。1-乙烯基咪唑在水中的溶解能力强，结冰率高，从荧光照片上看，得到的改性冰胶的荧光强度随着咪唑量的增加而逐渐增强，颜色由蓝色逐渐变为浅绿色，最大发射波长由408nm增加到433nm，红移了25nm。9-乙烯基蒽是疏水性材料，需要使用乙醇作为助溶剂促进它在水中的溶解，同时还需要添加表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)使其分散均匀。制备的冰胶材料所拍摄的荧光照片具有明显变化，从绿色变为橙黄色。其中绿色荧光图片的冰胶材料的最大发射波长并未发生明显改变，橙黄色的可能由于其荧光强度太弱，所以没有测到它的发射光谱。说明冰晶的挤压效应对在水中溶解能力强的单体具有很大影响，而对于溶解能力差的则影响不大。推测可能的原因是它们的水溶性不同，冰晶对其挤压效应也不同。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 引言

1．2 冰胶材料

1．2．1 冰胶的性质

1．2．2 冰冻聚合原理

1．2．3 冰胶孔结构的影响因素

1．2．4 冰胶材料的应用

1．2．5 冰胶材料的改性

1．3 分子印迹技术

1．3．1 分子印迹技术的发展历程

1．3．2 分子印迹技术原理

1．4 分子荧光

1．4．1 荧光的产生

1．4．2 分子荧光的发光原理

1．4．3 分子荧光的发射条件和影响因素

1．4．4 聚集诱导发光(AIE)

1．4．5 聚集诱导发光聚合物

1．5 本文的研究意义、内容及创新点

1．5．1 本文的研究意义

1．5．2 本文的研究内容

1．5．3 本文的创新点

参考文献

第二章 牛血清印迹冰胶的合成及高丰度蛋白质的脱除

2．1 实验部分

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．1．3 分子印迹冰胶的制备和处理

2．1．4 聚合物改性基团的测定

2．1．5 聚合物洗脱方法与洗脱液的选择

2．1．6 聚合物洗脱次数的探究

2．1．7 牛血清蛋白在MIP和NIP上的动态吸附实验

2．1．8 牛血清蛋白在MIP和NIP上的静态吸附容量的测定

2．1．9 牛血清蛋白质印迹冰胶的色谱分析

2．1．10 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)

2．2 结果与讨论

2．2．1 冰胶材料的表征

2．2．2 乙烯基三乙氧基硅烷对冰胶材料的影响

2．2．3 改性冰胶中胺基和羧基的滴定分析

2．2．4 冰胶材料洗脱条件与洗脱次数的探究

2．2．5 牛血清蛋白在MIP和NIP上的动力学吸附

2．2．6 牛血清蛋白在MIP和NIP上的静态吸附容量的测定

2．2．7 印迹冰胶材料作为色谱固定相对高丰度蛋白质的脱除

2．2．8 色谱流出液在电泳实验中的分析

2．3 结论

参考文献

第三章 聚丙烯酰胺冰胶的合成与荧光性能的探究

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验仪器

3．1．3 冰胶材料的制备和处理

3．1．4 13C和1H的固体核磁共振

3．2 结果与讨论

3．2．1 聚丙烯酰胺凝胶和冰胶的不同荧光性质

3．2．2 聚丙烯酰胺凝胶和冰胶的相似性

3．2．3 聚丙烯酰胺冰胶荧光发射的结构基础

3．3 结论

参考文献

第四章 不同单体修饰的改性冰胶的合成及其荧光性能探究

4．1 实验部分

4．1．1 实验试剂

4．1．2 实验仪器

4．1．3 改性冰胶材料的制备和处理

4．2 结果与讨论

4．2．1 改性冰胶材料的表征

4．2．2 乙烯基咪唑的量对改性冰胶荧光性能的影响

4．2．3 乙烯基蒽的量对改性冰胶荧光性能的影响

4．2．4 助溶剂和表面活性剂的选择

4．2．5 改性冰胶材料的荧光光谱

4．3 结论

参考文献

致谢

硕士研究生期间发表的文章

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