聚多巴胺接枝聚乙二醇毛细管涂层的制备及其用于生物大分子分离的研究

摘要

毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE）具有高效、快速、微量以及经济环保等优点，在多肽、蛋白质、DNA等生物大分子的分离方面应用非常广泛。但是由于生物大分子与毛细管内壁之间静电及疏水等相互作用的存在，使得生物大分子尤其是碱性蛋白质极易吸附在毛细管壁上。从而造成蛋白质分离效率下降、重现性差、峰形展宽等问题，严重制约了毛细管电泳在该领域的应用。
　　 目前，最有效且用得最广泛的抑制蛋白质吸附的方法是管壁的惰化。其中，聚乙二醇（PEG）因其良好的亲水性、优异的抗蛋白质吸附能力、无毒以及很好的生物相容性而备受青睐。聚乙二醇及其共聚物已成功地应用于毛细管电泳分离蛋白质、多肽、DNA等生物分子。然而，由于PEG具有很强的亲水性，与毛细管内壁作用力很弱，使用多次后容易被缓冲溶液冲出毛细管，对蛋白质吸附的抑制作用减弱。从而导致分离效率降低，涂层管寿命缩短，不能长期使用。
　　 小分子多巴胺在碱性环境下，在氧气的作用下能自发氧化聚合形成具有强粘附性能的聚多巴胺。聚多巴胺不仅具有强粘附性，而且还含有丰富的官能团能够通过迈克尔加成反应或希夫碱反应接枝具有-SH、-NH2等基团的聚合物。因此，聚多巴胺涂层表面可以形成有机物质层,从而改善材料的表面性能。
　　 本论文通过强粘附性的聚多巴胺涂层将具有强抗蛋白吸附性能的PEG牢牢地键合在毛细管内壁，形成有效而稳定的聚合物涂层应用于蛋白质和双链DNA（dsDNA）的分离。主要进行了以下的研究工作：
　　 1.聚多巴胺接枝聚乙二醇（polydopamine-graft-PEG）涂层毛细管的制备及表征
　　 首先，将羟基聚乙二醇还原成更具活性的氨基聚乙二醇，反应产物的结构采用核磁共振氢谱（1H NMR）和红外光谱（FTIR）表征。然后，采用简单而有效的两步法将氨基聚乙二醇通过与聚多巴胺涂层发生迈克尔加成反应或希夫碱反应，从而键合在毛细管内壁，形成polydopamine-graft-PEG涂层。涂层的化学组成及形貌分别采用X射线光电子能谱（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）来表征。
　　 2.Polydopamine-graft-PEG涂层毛细管在分离蛋白质中的应用
　　 聚多巴胺涂层能够牢牢地将PEG键合在毛细管内壁，提高了PEG涂层的稳定性。聚合物涂层在起到稳定电渗流作用的同时，在一定的pH值范围内能实现对三种碱性蛋白质（细胞色素C（Cytochrome C）、溶菌酶（Lysozyme）和核糖核酸酶A（Ribonuclease A））的快速及高效分离。此外，还分别比较了polydopamine-graft-PEG涂层毛细管与商业涂层毛细管分离六种酸碱中性混合蛋白的性能以及在不同pH下分离三种碱性蛋白质的性能。考察了polydopamine-graft-PEG涂层毛细管连续200次分离碱性蛋白质的分离结果。实验结果证明了polydopamine-graft-PEG涂层能有效地调节EOF的大小以及抑制蛋白质的吸附，是一种非常稳定，性能优异的涂层。
　　 3.Polydopamine-graft-PEG涂层毛细管在食品分析中的应用
　　 Polydopamine-graft-PEG涂层能有效地抑制蛋白质的吸附，且具有很好的稳定性。因此，Polydopamine-graft-PEG涂层能够应用于奶粉中三种主要乳清蛋白质（α-lactalbumin、β-lactoglobulin A、β-lactoglobulin B）的定性定量分析。此外，该涂层还能有效地分离鸡蛋清蛋白质和无脂花生蛋白质。通过与未涂覆的毛细管比较，说明了该涂层能有效地应用于食品蛋白质的分析。
　　 4.LPA的合成及其应用
　　 于polydopamine-graft-PEG涂层毛细管中分离dsDNAPolydopamine-graft-PEG能有效抑制dsDNA在毛细管内壁的吸附，LPA具有优良的筛分性能。结合两者的优点，研究了以LPA作为polydopamine-graft-PEG涂层毛细管内的筛分介质用于dsDNA的分离分析。考察了分离电压、LPA的分子量以及LPA的浓度对dsDNA分离的影响。结果表明用浓度为4％（m/v）的0.47 Mda的LPA分离dsDNA能够取得最理想的分离效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

第二章 聚多巴胺接枝聚乙二醇涂层在分离蛋白质中的应用

第三章聚多巴胺接枝聚乙二醇涂层在食品分析中的应用

第四章聚多巴胺接枝聚乙二醇涂层毛细管用于dsDNA 的分离

第五章结 论

致 谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果