牛血清白蛋白表面印迹材料的制备及其大分子识别特性之研究

摘要

白蛋白(albumin，Alb)，是血液中含量最多的蛋白质，不仅能够维持血液的渗透压，而且还可以储存和运输体内的代谢产物及体外的药物分子，是在临床上使用量最大的药用蛋白质。目前，药用白蛋白仍旧是通过人的血浆经分离纯化制得(HumanSerum Albumin，HSA)，采用基因工程生产重组白蛋白(Recombinant albumin)也已被广泛关注。但无论是由血浆纯化还是由基因工程制备白蛋白，都急需发展新的分离纯化技术和分离材料。在各种分离纯化材料中，被称为人工抗体的分子印迹聚合物（Molecularly Imprinted Polymers，MIPs）材料，对模板分子具有特异的识别选择性，得到了广泛的研究与应用，但以水为介质的蛋白质分子印迹技术仍是目前一个极具挑战性的研究领域。
　　本课题以牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin，BSA)为模型蛋白，研究通过分子设计，在水介质中，以阳离子型单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)和甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEMA)为功能单体，以微米级硅胶微粒与聚合物微球为基质，凭借主-客体之间的强烈的静电相互作用，采用“接枝聚合与分子印迹同步进行”和“先接枝聚合后交联印迹”两种新型分子表面印迹技术，首次制备了两种BSA表面印迹材料，深入探究了其优异的大分子识别特性与机理。与此同时，也制备了阳离子聚电解质接枝刷，考察研究了它们对BSA的高吸附性能与机理。显然，本课题的研究结果为生物大分子的分子印迹提供了新的策略，为蛋白质的分离纯化提供重要的参考依据。
　　首先，通过紫外吸收光谱和荧光发射光谱，研究了阳离子单体DAC与BSA之间的相互作用，并考察了介质的pH值对相互作用的影响;在氨基/过硫酸盐表面引发作用下制备了接枝微粒PDAC/SiO2并探讨了接枝微粒PDAC/SiO2与BSA之间的相互作用及作用机理。研究结果表明，在水溶液中，凭借主-客体之间的静电相互作用，阳离子单体DAC与BSA的α-螺旋骨架外部亲水的酸性氨基酸残基形成了主-客体复合物，且在中性水溶液中，其静电相互作用最强，为在水介质中采用“接枝聚合与印迹同步进行”的蛋白质分子印迹奠定了基础。凭借主-客体之间的静电相互作用，接枝大分子PDAC对BSA可产生强的吸附作用。
　　接着，在悬浮体系中采用直接交联方法制备了交联聚乙烯醇微球(CPVA)，并以甲基丙烯酰氯为试剂，在其表面引入大量可聚合基团丙烯酰氧(MAO)基团，制得了改性微球MA-CPVA;在水溶液中，凭借强烈的静电相互作用，单体DAC包围在模板BSA分子周围，在过硫酸盐引发作用下，DAC及交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)在微球MA-CPVA表面发生接枝交联聚合，同时同步地实现了BSA的分子表面印迹，制得了水介质体系下BSA分子的表面印迹材料MIP-PDAC/CPVA。相对于血红蛋白(BHb)，印迹材料MIP-PDAC/CPVA对模板分子BSA具有优良的的结合性能和特异的分子识别选择性，其结合容量高达108 mg/g，选择性系数高达60.2。
　　仍然以紫外吸收光谱和荧光发射光谱为手段，考察了水溶液中单体DMAEMA与BSA之间的相互作用。在-NH2/S2O82-表面引发体系作用下，制备了接枝聚合物PDMAEMA/SiO2，深入探讨了接枝聚合物PDMAEMA/SiO2与BSA之间的相互作用及作用机理。结果显示，在水溶液中，凭借功能单体DMAEMA与BSA之间强的静电相互作用和氢键协同作用，形成了DMAEMA-BSA复合物。在水溶液中，凭借主-客体之间的强的静电相互作用和氢键协同作用，接枝聚合物PDMAEMA/SiO2对BSA可产生强的吸附能力，这就为采用“先接枝聚合后交联印迹”的表面印迹技术制备BSA分子表面印迹材料奠定了基础。基于接枝微粒PDMAEMA/SiO2在水溶液中对BSA有较强的静电相互作用和氢键协同作用，使接枝微粒对BSA产生饱和吸附，以1，6-二溴己烷为交联剂，使接枝大分子PDMAEMA/SiO2之间发生交联，将BSA包埋于交联网络中，实现了水介质中的BSA分子表面印迹，制得了BSA分子表面印迹材料MIP-PDMAEMA/SiO2。相对于BHb，印迹材料MIP-PDMAEMA/SiO2对BSA具有优良的的结合性能和特异的分子识别选择性，其结合容量可达89.8 mg/g，选择性系数达42.4。
　　最后在制备接枝微粒PDMAEMA/SiO2的基础上，使PDMAEMA发生季铵化反应，制得了具有刷状结构的阳离子聚电解质接枝微粒QPDMAEMA/SiO2并探讨了其对BSA大分子吸附性能及吸附机理，初步研究了吸附热力学。结果表明，凭借强的静电相互作用，接枝刷QPDMAEMA/SiO2对BSA具有很强的吸附能力，当pH值等于BSA的等电点（pI=4.7）时，具有最高的吸附容量112 mg/g。以BSA的等电点为分界点，盐度对吸附容量会产生完全相反的影响作用，当pH=pI时，增加盐度不会影响其对BSA的吸附，仍保持最高的吸附容量。功能微粒QPDMAEMA/SiO2对BSA吸附过程为放热过程，且是焓驱动的吸附过程。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 白蛋白的结构、生理特性及应用价值

1．1．1 白蛋白的结构和生理特性

1．1．2 白蛋白的应用价值

1．1．3 白蛋白来源的局限与发展

1．2 白蛋白的分离与纯化

1．2．1 白蛋白分离纯化技术方法

1．2．2 白蛋白分离纯化方法存在问题

1．3 分子识别和分子印迹技术

1．3．1 分子印迹技术分类

1．3．2 分子表面印迹技术

1．4 蛋白质的分子印迹技术

1．4．1 蛋白质分子印迹技术的应用

1．4．2 影响蛋白质印迹的主要因素

1．4．3 蛋白质分子印迹技术的研究现状

1．5 本课题的研究目标和创新点

1．5．1 本课题的研究目标

1．5．2 本课题的创新点

参考文献

2 阳离子单体DAC及其聚合物与BSA相互作用的研究

2．1 实验材料与仪器

2．1．1 材料

2．1．2 仪器

2．2 实验内容

2．2．1 阳离子单体DAC与BSA之间相互作用的考察

2．2．2 接枝微粒PDAC／SiO2的制备与表征

2．2．3 接枝聚合物PDAC与BSA之间相互作用的考察

2．3 结果与讨论

2．3．1 阳离子单体DAC与BSA的相互作用

2．3．2 接枝大分子PDAC的制备与表征

2．3．3 接枝聚合物PDAC／SiO2与BSA的相互作用

2．4 本章小结

参考文献

3 以DAC为功能单体制备BSA分子表面印迹材料及其分子识别特性的研究

3．1 实验材料与仪器

3．1．1 材料

3．1．2 仪器

3．2 实验内容

3．2．1 牛血清白蛋白分子表面印迹材料的制备与表征

3．2．2 考察印迹微球MIP-PDAC／CPVA对BSA的结合特性

3．2．3 印迹条件对印迹微球性能的影响

3．3 结果与讨论

3．3．1 制备牛血清白蛋白分子表面印迹材料的化学过程

3．3．2 BSA表面印迹微球MIP-PDAC／CPVA的表征

3．3．3 印迹微球MIP-PDAC／CPVA对牛血清白蛋白的结合特性

3．3．4 印迹条件对印迹微球性能的影响

3．4 本章小结

参考文献

4 叔胺单体DMAEMA及其聚合物与BSA相互作用的研究

4．1 实验材料与仪器

4．1．1 材料

4．1．2 仪器

4．2 实验内容

4．2．1 叔胺单体DMAEMA与BSA之间相互作用的考察

4．2．2 接枝微粒PDMAEMA／SiO2的制备与表征

4．2．3 接枝聚合物PDMAEMA／SiO2与BSA之间相互作用的考察

4．3 结果与讨论

4．3．1 阳离子单体DMAEMA与BSA的相互作用

4．3．2 接枝大分子PDMAEMA的制备与表征

4．3．3 接枝聚合物PDMAEMA与BSA的相互作用

4．4 本章小结

参考文献

5 以DMAEMA为功能单体制备BSA分子表面印迹材料及其分子识别特性的研究

5．1 实验材料与仪器

5．1．1 材料

5．1．2 仪器

5．2 实验内容

5．2．1 牛血清白蛋白分子表面印迹材料的制备与表征

5．2．2 考察印迹微球MIP-PDMAEMA／SiO2对BSA的结合特性

5．2．3 印迹条件对印迹微粒性能的影响

5．3 结果与讨论

5．3．1 制备牛血清白蛋白分子表面印迹材料的化学过程

5．3．2 BSA表面印迹微粒MIP-PDMAEMA／SiO2的表征

5．3．3 印迹材料对BSA分子的识别与结合特性

5．3．4 印迹条件对印迹微粒性能的影响

5．4 本章小结

参考文献

6 聚阳离子接枝刷QPDMAEMA／SiO2对BSA吸附机理及吸附热力学研究

6．1 实验材料与仪器

6．1．1 材料

6．1．2 仪器

6．2 实验内容

6．2．1 功能接枝微粒QPDMAEMA／SiO2的制备与表征

6．2．2 功能微粒QPDMAEMA／SiO2对BSA的等温吸附实验

6．2．3 主要因素对吸附作用的影响

6．3 结果与讨论

6．3．1 制备功能微粒QPDMAEMA／SiO2的化学过程

6．3．2 功能微粒QPDMAEMA／SiO2的表征

6．3．3 功能微粒QPDMAEMA／SiO2对BAS的吸附特性及吸附机理

6．3．4 主要因素对吸附作用的影响

6．3．5 功能微粒QPDMAEMA／SiO2对BAS吸附热力学

6．4 本章小结

参考文献

结论

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢