生物和环境样品中高选择性分离分析方法研究

摘要

实际生物和环境样品组成复杂、检测时基质干扰严重，故对实际样品的研究需采用高选择性的分离分析方法。使用特异性强的方法，将样品的分离与预富集一体化，是解决这一问题的关键。近年来发展起来的样品前处理技术，如固相萃取和固相微萃取，有很多优越性，针对不同分析物质发展高选择性的萃取吸附材料成为当前研究的热点。本研究选取生物和环境体系中存在的抗生素磺胺甲恶唑(SMX)、牛血清白蛋白(BSA)、葡萄糖苷和牛血纤维蛋白原(BFg)4种重要物质，针对每种物质的特性，结合分子印迹、免疫分析和酶与专一性抑制剂相互作用等多种分析新技术，发展高选择性的固相萃取固定相或固相微萃取纤维涂层材料，建立了一系列高选择性的分离分析新方法。论文共分为五章。各章内容概括如下：
　　 第一章：综述固相萃取和固相微萃取技术，以及萃取吸附材料的研究进展，概述了与本论文研究相关的一些高选择性分离技术，包括分子印迹、抗原抗体免疫分析和酶与专一性抑制剂的相互作用。介绍了本论文课题的提出和主要研究内容。
　　 第二章：分子印迹聚合物在线固相萃取和表面等离子体共振技术联用的SMX间接抑制免疫分析法。
　　 制备了SMX分子印迹聚合物涂层的毛细管，对制备条件如功能单体和印迹分子的比例、功能单体和交联剂的比例以及聚合时间等进行了优化。扫描电子显微镜观察到最优化涂层厚度为198nm。将毛细管连接到BIAcore3000生物传感器上，用于表面等离子体共振免疫检测前的在线固相萃取和预富集。根据抑制免疫分析，制备了SMX芯片，作为anti-SMX单克隆抗体(MAbs)的检测芯片，检测未被抑制的anti-SMX MAbs的浓度。anti-SMX MAbs被毛细管富集的SMX抑制后，流经传感器芯片的浓度减小。减小的量与样品中SMX的浓度成正比。方法线性范围为0.04-10 ng/mL，灵敏度为0.01 ng/mL，可直接用于低浓度实际样品的检测。具有操作简单，自动化程度高，灵敏度高的优点。
　　 第三章：BSA在CdS量子点表面印迹的新型蛋白质印迹方法。
　　 蛋白质印迹技术是近几年发展起来的用于蛋白质特异性分离的新方法。对于BSA，表面印迹是使用较多的方法，但到目前为止，其吸附容量较小。半导体量子点是一种新型纳米材料，其比表面积大和表面缺陷多的特点，有利于物质的吸附。本研究合成了L-半胱氨酸修饰的水溶性CdS量子点，将其掺杂在BSA的分子印迹预聚合溶液中，合成在量子点表面印迹的BSA分子印迹聚合物。对聚合条件和吸附条件进行了优化。合成的量子点和分子印迹聚合物颗粒大小均为纳米级别。当聚合物重新结合模板分子后，量子点的荧光发射强度大大减小。荧光淬灭的原因是量子点和模板分子BSA之间的荧光共振能量转移。考察了该新型聚合物对模板分子BSA的吸附行为，符合Langmuir单层吸附，化学吸附为控速步骤。该掺杂了量子点的分子印迹聚合物的吸附容量比未掺杂的提高了142.4mg/g，证明了将量子点用于蛋白质表面印迹以提高吸附容量的可行性。
　　 第四章：β-D-葡萄糖苷特异性固相萃取固定相的合成、表征及应用。
　　 β-D-葡萄糖脒是β-D-葡萄糖苷酶的特异性抑制剂，而β-D-葡萄糖昔是β-D-葡萄糖苷酶催化作用的底物，因此可推测β-D-葡萄糖脒和β-D-葡萄糖苷之间也有特异性的相互作用。该研究模拟β-D-葡萄糖脒的结构，通过β-D-葡萄糖胺和2-亚胺基硫代烷盐酸盐反应，使糖基通过N-糖苷键与脒苷元链接，吡喃糖环一侧胺基保持带正电的活化状态。然后再连接到由马来酰亚胺基活化的凝胶树脂上，作为SPE的固定相。用红外、核磁、紫外可见吸收光谱等方法验证了产物的结构。在这种状态下，合成的β-D-葡萄糖脒固定相不仅能与β-D-葡萄糖苷化合物进行选择性地可逆结合，而且自身也非常稳定。结合的β-D-葡萄糖苷能被β-D-葡萄糖溶液洗脱下来。结果表明，该固定相是通过糖苷中糖环的特异性进行识别的。
　　 第五章：碳纳米管(CNTs)作为萃取纤维涂层分离牛血浆中BFg的固相微萃取方法。
　　 CNTs是近年来发展起来的新型碳材料，其疏水性强，比表面积大。研究将多壁碳纳米管(MWCNTs)和单壁碳纳米管(SWCNTs)用有机键合剂粘于固相微萃取装置的萃取纤维上，直接对蛋白质进行吸附富集，研究其对牛血纤维蛋白原和牛血清白蛋白的吸附性质，并对吸附条件进行了优化。改变溶液pH值或离子强度，可将吸附的蛋白质洗脱下来，并对洗脱条件进行了优化。结果表明：无论是MWCNTs，还是SWCNTs，其对大分子蛋白质牛血纤维蛋白原的吸附能力远大于其对小分子蛋白质牛血清白蛋白的吸附。在一定条件下，CNTs可选择性地吸附BFg。涂层了CNTs的纤维比传统的聚二甲基硅氧烷纤维选择性好。该方法可直接用于从牛血浆中粗略除去牛血纤维原并定量。方法操作简单，可有望直接用于活体检测。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：仪器方法缩略语表、有机试剂缩略语表

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2固相萃取

1.2.1固相萃取技术原理

1.2.2固相萃取剂的种类及特性

1.3固相微萃取分离法

1.3.1引言

1.3.2固相微萃取过程

1.3.3固相微萃取纤维头涂层材料

1.4本文相关的几种高选择性分离方法

1.4.1分子印迹

1.4.2蛋白质分子印迹

1.4.3免疫分析

1.4.4酶和抑制剂

1.5本论文课题的提出和主要研究内容

参考文献

第二章分子印迹聚合物固相萃取和表面等离子体共振联用的SMX抑制免疫分析

2.1引言

2.1.1磺胺甲恶唑及检测

2.1.2表面等离子体共振技术

2.1.3分子印迹技术

2.2实验部分

2.2.1仪器和试剂

2.2.2石英毛细管的活化

2.2.3 SMX分子印迹聚合物涂层的毛细管的制备

2.2.4 SMX传感芯片的制备

2.2.5管内MIP-SPE-SPR对SMX的间接抑制免疫分析法

2.3结果与讨论

2.3.1在线MIP-SPE-SPR对SMX的间接抑制免疫分析过程

2.3.2 SMX印迹聚合物涂层毛细管制备条件优化

2.3.3 SMX溶液pH值对MIP萃取效率的影响

2.3.4 MIP涂层SPE柱和NIP涂层SPE柱的不同萃取效果

2.3.5样品分析

2.4本章小结

参考文献

第三章牛血清白蛋白在CdS量子点表面印迹的新型蛋白质印迹法

3.1前言

3.1.1牛血清白蛋白分子印迹聚合物

3.1.2 BSA在量子点材料表面印迹的可行性分析

3.2实验部分

3.2.1仪器和试剂

3.2.2 L-Cys-CdS量子点的合成

3.2.3 CdS量子点表面印迹的BSA分子印迹聚合物的合成

3.2.4吸附和解吸过程的优化

3.3结果与讨论

3.3.1 QDs-MPP聚合条件的优化和形貌表征

3.3.2吸附和洗脱条件优化

3.3.3荧光发射性质研究

3.3.4等温吸附模型

3.3.5吸附动力学

3.3.6印迹效果表征

3.4本章小结

参考文献

第四章β-D-葡萄糖苷特异性SPE固定相的合成、表征及应用

4.1引言

4.1.1糖苷分析

4.1.2糖苷酶抑制剂

4.2实验部分

4.2.1仪器和试剂

4.2.2 β-D-葡萄糖胺的合成

4.2.3 β-D-葡萄糖脒可溶态的合成

4.2.4 GMBS修饰活性胺基载体

4.2.5 β-D-葡萄糖脒为配基的固定相的合成

4.2.6固相萃取固定相分离功能测试

4.3结果与讨论

4.3.1 β-D-葡萄糖胺的表征

4.3.2β-D-葡萄糖脒可溶态的合成及表征

4.3.3 GMBS修饰凝胶载体的表征及修饰效率的计算

4.3.4 β-D-葡萄糖脒为配基的固定相的红外光谱表征

4.3.5 β-D-葡萄糖特异性固相萃取固定相功能评价

4.4本章小结

参考文献

第五章碳纳米管萃取纤维涂层分离牛血浆中纤维蛋白原的SPME方法

5.1前言

5.1.1蛋白质的分离与富集

5.1.2碳纳米管

5.1.3碳纳米管在蛋白质富集的应用

5.2实验部分

5.2.1仪器和试剂

5.2.2 CNTs涂层SPME纤维的制备

5.2.3蛋白质溶液的配制

5.2.4固相微萃取过程

5.2.5萃取效率和洗脱效率的计算

5.2.6聚丙烯酰胺凝胶电泳过程

5.2.7实际样品分析

5.3结果与讨论

5.3.1 CNTs和CNTs涂层纤维的表征

5.3.2固相微萃取过程优化

5.3.3分析结果

5.3.4实际样品的分析

5.4本章小结

参考文献

致谢

附录攻读博士期间发表的论文