基于石墨烯复合纳米材料的内源性肽分离分析新方法研究

摘要

肽组学研究近年来有了突飞猛进的发展，其目的在于对特定时间、特定场所内，生物体内内源性肽及小分子蛋白质进行系统和完整的定性、定量的组学分析。生物体内的这些内源性肽是组织细胞间传递信息的信使，通过内分泌等作用方式行使其微妙的传递讯息，从而达到调节生长、发育、繁殖、代谢和行为等生命过程。研究表明生物体的内源性肽是一类重要的疾病标记物，对临床疾病诊断有十分重要的意义。
　　肽组学研究目前存在的主要科学问题有:在生物样品中通常含有的盐类、高丰度蛋白质等强烈干扰低丰度的内源性肽的分离分析。通过找到适当的分离富集新技术以规避这些不利因素，从而解决肽组学研究中的这一难点。设计制备新型纳米材料进行选择性分离富集内源性肽，是目前研究肽组学的研究的热点。
　　本论文针对肽组学研究中的难点，利用石墨烯超大的比表面积的特点、设计并制备石墨烯复合纳米材料，并将这些新型复合材料发展为肽组学研究的内源性肽的高效分离富集的手段。本论文围绕基于石墨烯复合纳米材料的内源性肽分离分析新方法研究这一主题，分为四章，具体内容如下:
　　第一章主要概述了目前蛋白质组学与肽组学的发展背景与研究进展，对其研究的重要性进行了诠释，综述了目前蛋白质组学与肽组学目前在科研中的预处理技术、鉴定技术，并详细介绍了石墨烯的优良性质以及在肽组学内源性肽分析中应用的前景。本章最后提出了论文选题的目的与意义。
　　第二章介绍了表面修饰有PMMA的新型石墨烯复合材料的设计与制备，首次尝试将疏水性高分子化合物PMMA与石墨烯相结合，利用石墨烯所具有的与众不同的双面结构，通过水相自由基聚合的凝胶-溶胶法，以硅材料为“桥梁”，将功能化的PMMA聚合物链键合在石墨烯双面结构上，形成这种双平台的graphene@SiO2@PMMA石墨烯复合材料，通过一系列实验证明，这种复合材料可以成功地富集复杂样品、实际生物样品中的内源性肽段，并用于生物质谱分析鉴定。
　　第三章对内壁修饰有C8的介孔石墨烯材料的设计与制备进行了详细介绍，通过一步法及溶胶-凝胶过程，在石墨烯两面包覆介孔硅的同时在介孔内壁修饰C8疏水链。对三明治结构石墨烯介孔复合物材料C8-graphene@mSiO2进行一系列表征工作，并用于在复杂环境下低丰度肽段与实际生物样品鼠脑提取液的内源性肽段的富集研究。本章的工作成功地将石墨烯设计并修饰为适合肽组学研究的，具有片状结构、良好水溶性、高度开放有序的孔径结构、大表面积且介孔内壁修饰有C8疏水链的介孔复合物，利用介孔的体积排阻效应、石墨烯本身具有的巨大表面积与高强度的物理化学性质，使之在肽组学内源性肽段分离富集的应用中有良好的效果。
　　第四章主要针对肽组学分析中的需要，设计并制备了一种磁性介孔石墨烯疏水材料，以解决在实际富集操作中离心分离所带来的样品损失等问题。我们首次设计并合成了磁性的、介孔硅包覆的石墨烯复合材料，来选择性富集内源性肽。这种新型材料的合成，通过酸化的石墨烯结合上磁性的四氧化三铁微球，随后包覆上介孔硅材料。这种双面结构的材料具有整齐排列的孔结构、大孔体积、大表面积、在磁场中具有高磁响应度、疏水内壁等等特性，适合从溶液体系中分离目标物质、简化富集过程等优势。杂化的纳米介孔材料在本章的工作中已被证明，在内源性肽段的选择性富集上，通过体积排阻作用，具有优良的分离富集能力，在实际样品鼠脑的内源性肽段的选择性富集中，通过LC-MS/MS液质联用分析，共检测到409条内源性肽。这种磁性介孔石墨烯疏水材料mag-graphene@mSiO2在肽组学分析中有十分广阔的潜力。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 基因组学与蛋白组学研究概述

1．1．1 从基因组学到蛋白质组学

1．1．2 蛋白质组学及其研究进展

1．1．3 蛋白质组学研究意义及其用途

1．1．4 蛋白质组学研究技术概况

1．2 肽组学研究概述

1．2．1 从蛋白组学到肽组学

1．2．2 肽组学的研究与进展

1．2．3 肽组学研究方法概况

1．3 肽组学中低丰度样品分离富集技术概况

1．3．1 溶剂蒸发法

1．3．2 色谱浓缩法

1．3．3 靶上直接富集法

1．3．4 电洗脱富集法

1．3．5 固相微萃取富集法

1．4 纳米固相微萃取材料富集浓缩方法的应用

1．4．1 功能化多孔材料

1．4．2 零维、一维及其复合纳米材料

1．5 二维石墨烯纳米材料在肽组学中的应用及探索

1．5．1 石墨烯的制备方法

1．5．2 石墨烯的功能化

1．5．3 石墨烯及其复合物在小分子分离富集中的应用

1．5．4 石墨烯及其复合物在肽组学中的应用

1．6 本论文选题意义

参考文献

第二章 表面修饰有PMMA的新型石墨烯复合材料在内源性肽段中的富集研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 相关材料与试剂

2．2．2 表面修饰有PMMA的双平台石墨烯复合物的合成与表征

2．2．3 PMMA的双平台石墨烯复合材料的表征

2．2．4 PMMA高分子链修饰的石墨烯复合材料富集作用探索

2．3 实验结果及讨论

2．3．1 PMMA修饰的石墨烯复合材料的制备与表征

2．3．2 表面修饰有PMMA的石墨烯复合材料对肽段富集的研究

2．4 本章小结

参考文献

第三章 三明治结构石墨烯介孔复合物材料的合成以及用于内源性肽段的富集研究

3．1 引言

3．2 实验过程

3．2．1 相关材料与试剂

3．2．2 三明治结构C8修饰的介孔石墨烯复合物合成方法

3．2．3 C8介孔石墨烯复合材料的表征

3．2．4 C8介孔石墨烯复合材料富集步骤

3．3 结果及讨论

3．3．1 C8-graphene@mSiO2复合材料的制备与表征

3．3．2 C8-graphene@mSiO2复合材料对肽段富集的研究

3．4 本章小结

参考文献

第四章 磁性双面介孔石墨烯复合物的合成以及富集内源性肽研究

4．1 引言

4．2 实验材料与方法

4．2．1 实验材料与试剂

4．2．2 磁性介孔石墨烯Mag-graphene@mSiO2的合成

4．2．3 磁性介孔石墨烯材料Mag-graphene@mSiO2的表征方法

4．2．4 标准蛋白酶解液的制备

4．2．5 MALDI-TOF MS质谱分析方法

4．2．6 鼠脑中选择性富集内源性肽研究

4．2．7 1D Nano-ESI-LC／MS／MS液质分析方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 磁性介孔石墨烯材料Mag-graphene@mSiO2的制备与表征

4．3．2 磁性介孔石墨烯在选择性富集内源性肽段中的应用

4．4 本章小结

参考文献

附表

论文发表

致谢

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