接枝方法对聚合物接枝离子交换剂合成及其吸附行为影响

摘要

色谱介质作为蛋白质色谱技术的核心和基础被广泛研究。近年来不同种类的聚合物接枝色谱介质都表现出了各自的优越性，但接枝方式对于蛋白吸附的影响还没有系统地研究。 本文以琼脂糖凝胶Sepharose Fast Flow为基质，通过“表面接枝聚合（grafting-from）”和“聚合物直接修饰（grafting-to）”两种聚合物接枝方式合成两类甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐（SPM）聚合物接枝离子交换色谱介质，系统地表征了合成介质的理化性质。在此基础上，以溶菌酶和γ球蛋白为模型蛋白，研究了聚合物接枝离子交换色谱介质的蛋白质吸附性能，并进一步利用石英晶体微天平探讨不同接枝方式中聚合物链与蛋白之间的相互作用。 本文中grafting-from接枝是通过单体化合物SPM在引入引发基团的Sepharose FF凝胶孔道内“生长”出聚合物链的方法获得的，介质命名为Sep-g-SPM；grafting-to接枝则是将预先合成的聚SPM分子共价偶联于Sepharose FF凝胶孔道内获得的，介质命名为Sep-pSPM。结果表明，相同离子交换容量（IC）的条件下，Sep-g-SPM介质比Sep-pSPM介质的孔道半径更大，聚合物接枝层厚度更低。因此溶菌酶和γ球蛋白均在Sep-g-SPM的最大IC值(308mmol/L)时获得最大的饱和吸附容量，分别是362.9mg/mL和256.9mg/mL。在Sep-pSPM介质上溶菌酶的最大吸附量为462.4mg/mL。这表明溶菌酶的吸附与接枝方式关系不大。而Sep-pSPM介质上的聚合物不规则接枝导致对γ球蛋白的排斥作用。因此，在相同IC值时，γ球蛋白在Sep-pSPM介质上的饱和吸附容量更低。动力学结果表明，γ球蛋白的链传递作用只发生在Sep-pSPM上并且依赖于聚合物层的结构。QCM实验结果表明，接枝聚合物层随着时间的延长不断吸附蛋白质，同时界面的聚合物层结构也有一定的变化。溶液的离子浓度对蛋白的吸附有调控作用，Sep-g-SPM介质和Sep-pSPM介质均表现出较好的耐盐性。 本研究为开发性能优越的离子交换色谱介质奠定了基础，同时为聚合物接枝介质上蛋白质吸附机理的研究提供了实验依据。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 离子交换色谱

1.3 蛋白质吸附行为的研究

1.3.1 色谱介质吸附理论

1.3.2 蛋白质吸附行为的研究技术

1.4 聚合物接枝色谱介质

1.4.1 Grafting-to方法合成聚合物接枝介质

1.4.2 Grafting-from方法合成聚合物接枝介质

1.5 本文研究思路与意义

1.5.1 研究思路

1.5.2 研究意义

第二章 Sep-g-SPM聚合物接枝介质的合成及其蛋白吸附性能的研究

2.1 引言

2.2 实验设备与试剂

2.3 实验方法

2.3.1 Sep-g-SPM介质的制备

2.3.2 Sep-g-SPM介质的性质测定

2.3.3 Sep-g-SPM介质反尺寸排阻色谱实验

2.3.4两种蛋白在Sep-g-SPM介质上静态吸附平衡实验

2.3.5两种蛋白在Sep-g-SPM介质上的吸附动力学实验

2.3.6两种蛋白在Sep-g-SPM介质上的动态结合容量

2.4 结果与讨论

2.4.1 Sep-g-SPM介质红外光谱结构分析

2.4.2 Sep-g-SPM介质的理化性质

2.4.3 Sep-g-SPM介质表观孔径

2.4.4 Sep-g-SPM介质对两种蛋白的静态吸附平衡

2.4.5 Sep-g-SPM介质对两种蛋白的吸附动力学

2.4.6离子强度对静态吸附平衡的影响

2.4.7离子强度对动力学传质的影响

2.5 本章小结

第三章 Sep-pSPM聚合物接枝介质的合成及其蛋白吸附性能的研究

3.1 引言

3.2 实验设备与材料

3.3 实验方法

3.3.1 Sep-pSPM介质的制备

3.3.2 Sep-pSPM介质的性质测定

3.3.3 Sep-pSPM介质反尺寸排阻色谱实验

3.3.4两种蛋白在Sep-pSPM介质上静态吸附平衡实验

3.3.5两种蛋白在Sep-pSPM介质上的吸附动力学实验

3.3.6两种蛋白在Sep-pSPM介质上的动态结合容量

3.4 结果与讨论

3.4.1 Sep-pSPM介质红外光谱结构分析

3.4.2 Sep-pSPM介质的理化性质

3.4.3 Sep-pSPM介质表观孔径

3.4.4 Sep-pSPM介质对两种蛋白的静态吸附平衡

3.4.5 Sep-pSPM介质对两种蛋白的吸附动力学

3.4.6离子强度对静态吸附平衡的影响

3.4.7离子强度对动力学传质速率的影响

3.5 本章小结

第四章 界面接枝高分子聚合物吸附蛋白性能的研究

4.1 引言

4.2实验设备与材料

4.3实验方法

4.3.1 Grafting-from方法修饰金芯片

4.3.2 Grafting-to方法修饰金芯片

4.3.3修饰后的QCM芯片接触角测定

4.3.4 QCM实时监测蛋白吸附情况

4.4 结果与讨论

4.4.1 修饰芯片的接触角

4.4.2 两种蛋白在不同接枝方式修饰的芯片表面的结合行为

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录A

致谢