一种嗜硫性磁性复合微球的制备方法和用此复合微球分离免疫球蛋白G的方法

摘要

本发明提供了一种嗜硫性复合微球的制备方法。本发明还提供了一种操作简便、能批量分离提纯高纯度、高活性血清免疫球蛋白G(IgG)的新方法。本发明采用氧化还原反应制备超顺磁性的四氧化三铁粒子，用细乳液聚合技术制备磁性微球，利用憎水剂浓度差，实现二乙烯基苯单体对磁粒子的充分、完整的包覆，进而加入乙酸乙烯酯进行二次包裹，通过自由基聚合，形成磁性微球。在充分的醇解反应后，磁球表面出现大量活性官能团，利用Michael加成反应，接枝巯基烟酸等嗜硫性配基，形成嗜硫性磁性复合微球，从而实现对人体免疫球蛋白的特异性识别与分离。

说明书

技术领域

本专利涉及一种嗜硫性磁性复合微球的制备方法和一种使用嗜硫性磁性复合微球分离免疫球蛋白G(IgG)的方法。

背景技术

纳米技术的兴起，为生物材料的研究和制备开拓了一片崭新的领域。磁性微球技术具备的高效、快速、高灵敏度、工艺简单的特点，作为一种极具潜力的检测、分离手段在生物分离、生物检测方面得到了广泛的应用。纳米磁球可检测到10^-18M的浓度范围，远高于普通色谱技术的极限检测浓度(10^-12M)。挪威Dynal公司已开发了Dynabeads系列商品化产品，已经成为生物学领域中重要的检测工具，但其粒径较大，主要使用50μm以上的磁性微球，而且其主要采用生物配基作为功能化配基。但生物配基易于酶解，容易泄露，成较高，使用和存储条件比较苛刻，导致磁性微球的功能化比较困难，因此，选择恰当的配基成为磁性微球技术的关键环节。

免疫球蛋白G是血清中的主要抗体，不仅其自身可以中和、抑制病毒和毒素，还可以特异性的识别抗原，并激活补体或通过亲细胞作用，有效抵抗病原的侵扰，对于维持人体内免疫环境的平衡，保证脏器的正常生理功能等方面都有重要的意义。

在蛋白质分离领域，T凝胶以其高选择性，高再生性、高稳定性的分离特性引起了各国学者广泛关注。T凝胶中的嗜硫基团是产生如此高性能的核心所在，在担体上固载嗜硫基团，可特异性亲和免疫球蛋白G，从而实现球蛋白的分离，但分离时间较长，成本较高，特别利用T凝胶分离时，需要在高盐浓度的缓冲液环境，导致免疫球蛋白G容易产生沉淀，生物活性损失较大。而且利用色谱技术，设备复杂，步骤繁琐，样品处理量较少，导致最终产品成本较高。

因此，开发一种操作简易的高活性、高纯度免疫球蛋白G分离方法，成为现代分子免疫学的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以用于在血清中直接分离免疫球蛋白G的嗜硫性磁性复合微球的制造方法。

本发明的另一目的是提供一种使用所述嗜硫性磁性复合微球分离免疫球蛋白G的方法。

本发明提供了一种嗜硫性磁性复合微球的制备方法：

1)在FeCl₃和FeCl₂反应溶液，90℃时加入氨水，再加入酒石酸钠或油酸作为表面活性剂，得到粒径小于20nm的Fe₃O₄；

2)加入二乙烯基苯单体对Fe₃O₄分子进行包裹，再加入乙酸乙烯酯单体进行二次包裹，然后在60℃下聚合44h；

3)将得到的磁球用Na₂SO₄破乳、在磁场作用下实现分离；

4)将分离得到的磁球进行醇解反应，向磁球加入HCl溶液酸化24h；

5)把二乙烯基砜NaOH溶液加入上述纳米磁球的Na₂CO₃溶液中进行砜化反应；

6)取已砜化纳米磁球，在NaOH溶液中加入含硫分子反应得到；

7)抽除上清夜后，用蒸馏水反复洗涤磁球至中性后，用NdFeB永磁体分离磁球得到。

本发明提供了一种嗜硫性磁性复合微球制备方法，具体步骤如下：

1)将FeCl₃完全溶解于水中，加入FeCl₂，90℃时加入氨水，油酸反应，全程氮气保护；冷却至室温后，用蒸馏水不断清洗至中性，用环己烷配置成磁流体；

2)将磁流体加入十六烷中，再将此溶液加入表面活性剂的水溶液中，超声波作用下，形成细乳液，通入氮气，在氮气保护下，使环己烷完全蒸发；

3)将二乙烯基苯加入十六烷中，完全溶解后，将此溶液加入0.25％表面活性剂的水溶液，超声波作用下，形成细乳液；

4)乙酸乙烯酯加入0.06％表面活性剂的水溶液溶解，超声波作用下，形成细乳液；

5)将二乙烯基苯细乳液和磁流体细乳液混合后，再加入乙酸乙烯酯细乳液，而后加入过氧化硫酸钾，60℃时引发聚合，反应44h，全程氮气保护；

6)把得到的乳液倒入烧杯中，加入4倍的水，并加入Na₂SO₄进行破乳，在磁场作用下实现分离，不断抽除上清夜，并有蒸馏水反复清洗至中性；

7)把磁球加入10％NaOH/乙醇溶液进行醇解反应后，水洗至中性，在外磁场作用下，实现磁分离，抽除清夜；

8)向磁球加入0.5M HCl溶液进行酸化24h后，磁分离，用蒸馏水清洗至中性；

9)取纳米磁球加入0.5MNa₂CO₃溶液，调pH值为11-13；另取二乙烯基砜加入1M NaOH溶液，摇动混匀，调pH值为13-14；把二乙烯基砜NaOH溶液加入上述纳米磁球Na₂CO₃溶液中反应3h，充分水洗后用0.5MNa₂CO₃溶液保护；

10)取所述分散在0.5MNa₂CO₃溶液中的已砜化纳米磁球，调pH为11.4；另取含硫分子溶于1M NaOH溶液，调pH值为13.5，加入所述已砜化纳米磁球Na₂CO₃溶液，反应24h；

11)抽除上清夜后，用蒸馏水反复洗涤磁球至中性后，用NdFeB永磁体分离磁球得到。

所述表面活性剂可以是十二烷基磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠。

所述含硫分子可以是脂肪族含硫分子或杂环类含硫分子的一种或几种。

所述含硫分子优选为巯基乙醇、巯基丁醇、巯基烟酸、巯基嘧啶、巯基咪唑或巯基吡啶中的一种或几种。

所述含硫分子更优选为巯基烟酸。

本发明进一步提供了一种使用嗜硫性磁性复合微球分离免疫球蛋白G的方法，取所述嗜硫性磁性复合微球加入磷酸盐缓冲液中，充分分散后加入血清吸附，吸附液经洗涤后加入解吸附液，在磁场作用下分离得到免疫球蛋白G。

所述解吸附剂可以是碱金属氢氧化物的水溶液或碱金属氢氧化物/氯化钠溶液。

所述解吸附剂可以是NaOH、NaOH/NaCl溶液。

所述解吸附液的PH值范围为12.5-13.1。

所述磷酸缓冲液的PH值范围为6.0-7.0。

本发明采用自由基共聚合技术制备高磁响应性、超顺磁性的微球，选择性设计合成纳米磁球的表面层结构，偶联适当的嗜硫性配基，实现纳米磁性微球对免疫球蛋白G的特异性识别和亲和；优化最佳分离条件，通过磁分离的手段，直接在血清中高效、批量制备高纯度、高活性的免疫球蛋白G。

在制备超顺磁的纳米磁球过程中，必须保证纳米Fe₃O₄的粒径小于临界值(20-30nm)，否则会引起剩磁现象，导致纳米磁球本身带磁，容易相互团聚，极大的影响了磁性微球的磁分离效果。本发明采用共沉淀法制备相应的顺磁粒子，在制备过程中，加入酒石酸钠、油酸等调控Fe₃O₄微粒的粒径尺寸小于20nm，并在Fe₃O₄粒子熟化阶段，加入表面活性剂，实现磁粒子的表面修饰，保证纳米颗粒的稳定分散，避免团聚，制备亲油性、超顺磁性的磁流体。

较高的磁含量是纳米微球产生较高磁相应强度的基础，针对目前磁性微球磁含量较低的问题，以及血清纯化过程中，磁性微球应无毒、无泄漏的问题，我们采用细乳液聚合技术制备高磁含量，表面洁净的纳米磁球。首先在将亲油性的磁流体分散在环己烷中，在超声波作用下充分分散，进一步在十二烷基磺酸钠的水溶液中形成磁流体细乳液。二乙基烯苯和乙酸乙烯酯两种聚合单体，分别利用超声波的分散作用，在十二烷基磺酸钠的水溶液中形成二乙基烯苯和乙酸乙烯酯的细乳液，并且控制单体液滴中憎水剂的浓度远小于磁流体中憎水剂的浓度。将以上三种细乳液逐次混合(磁流体细乳液先与二乙基烯苯细乳液混合，最后加入乙酸乙烯酯细乳液，使三种细乳液混合均匀)，利用单体和磁流体中憎水剂的浓度差，实现了对Fe₃O₄微粒的充分包裹，使Fe₃O₄纳米微粒外包覆聚二乙烯基苯分子层，其外再包覆聚乙酸乙烯酯分子层，同时也极大的提高了微球的磁含量，磁含量高达64％，而且保证具有顺磁特性。利用过硫酸钾引发以上的单体聚合，在60℃聚合44小时，可制得相应的聚合物复合微球。

磁球表面的活性官能团，是实现进一步修饰的基础，因此选择加入乙酸乙烯酯，利用共聚合技术在磁球表面层引入活性官能团-OCOCH₃，利用醇解反应，在磁球表面产生丰富的羟基，保证纳米磁球表面活化后，具有较小的非特异性吸附。得到的磁性微球，用盐酸溶液浸泡24h，除去未包裹的Fe₃O₄粒子，形成纯净的磁性微球。为了保证磁性微球的充分分散，将磁性微球分散在蒸馏水中，形成悬浮液。在NaOH溶液中(pH＞13)，加入磁性复合微球和二乙烯基砜，反应3h后，得到活化的磁性微球，然后再加入含硫分子，常温反应24h，使磁球的聚乙酸乙烯酯分子层醇解后与含硫分子的嗜硫基团偶联。利用NdFeB永磁体分离磁球，抽除上清夜后，用蒸馏水反复洗涤磁球至中性，最后利用NdFeB永磁体分离磁球后，将未反应的含硫分子洗净后，得到嗜硫性磁性复合微球。

由于含硫分子化学性质稳定，重复使用性好，而且成本较低，在分离批量球蛋白工艺中非常合适使用。含硫分子可选择脂肪族含硫分子和杂环类含硫分子。脂肪族含硫分子结构简单，如巯基乙醇，巯基丁醇等，吸附免疫球蛋白G的容量较大。杂环类含硫分子包括巯基烟酸，巯基嘧啶，巯基咪唑等，结构复杂，吸附量较小，但识别球蛋白的特异性程度很高，分离球蛋白纯度很高，而且对离子溶液依赖性较小，有利于保持抗体较高的生物活性。

本发明中所述嗜硫性磁性复合微球可以直接从血清/磷酸盐缓冲溶液中分离免疫球蛋白G，所需设备简单，分离条件温和，产品纯度高，是批量分离免疫球蛋白G的有效方法。适宜的吸附液PH范围：6.0-7.0。解吸附液的PH范围：12.5-13.1。所分离出的免疫球蛋白G纯度超过95％以上，生物活性高于99％。

具体实施方式

下述实施例只是为了更好地说明本发明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例

1.磁流体的制备：

将48.6g FeCl₃ 6H₂O完全溶解于400ml水中，保持搅拌速度不变(300RPM)，在溶液中通入氮气1h后，加入27.84g FeCl₂ 4H₂O，继续搅拌1h后，放入90℃的水浴中，迅速加入120ml氨水，8g油酸，反应4小时，全程氮气保护。冷却至室温后，用蒸馏水不断清洗至中性，用环己烷配置成溶液(固含量，一般为50-80ml环己烷，10-15％)。

2.磁流体的分散

取25ml磁流体加入50ml的锥形瓶中，再加入3g十六烷，在超声波作用下分散10min，使其均匀分散，没有沉淀；另在500ml的三口烧瓶中，用240ml的水溶解7g十二烷基磺酸钠(SDS)，超声10min，加速溶解。之后，把磁流体倒入三口烧瓶中，通氮气搅拌2小时，在室温中超声20min。再放入70℃水浴中，在氮气保护下，直至温度上升到80℃后，计时2小时，使环己烷完全蒸发，整个过程应该不断搅拌(固含量，一般为50-80ml环己烷，10-15％)。取出，冷却至室温。

3.单体细乳液的制备

I)称取31.2g的二乙烯基苯(DVB)单体于锥形瓶中，加入1.20g十六烷，在20℃超声5min，完全溶解；往三口颈瓶中，加入120g 0.25％的十二烷基磺酸钠(SDS)水溶液，把二乙烯基苯单体加入三口颈瓶中，搅拌1小时，在20℃中超声5min。

II)称取5.16g的乙酸乙烯酯单体于锥形瓶中；往三口烧瓶中，加入100g0.06％十二烷基磺酸钠(SDS)水溶液，把乙酸乙烯酯单体加入三口烧瓶中，搅拌1小时，在20℃超声5min。

4.细乳液聚合

将二乙烯基苯(DVB)细乳液和磁流体乳液混合，20℃超声10min。室温搅拌1h，在20℃超声5min，之后，加入乙酸乙烯酯(VAc)细乳液，在20℃超声5min，搅拌1h，在20℃超声搅拌10min，先在60℃水浴中，之后加入过氧化硫酸钾(其质量为DVB和VAc的总质量的0.5％)，聚合44h，然后升温到80℃，继续反应4h，全程氮气保护。

5.分离

把以上反应得到的乳液倒入烧杯中，加入4倍的水，并加入20g Na₂SO₄进行破乳，在磁场作用下，实现分离，不断抽除上清夜，并有蒸馏水反复清洗，至中性。分离完后，将磁性微球倒进三角瓶中备用。

6.醇解和酸化

把200ml磁球倒入三口烧瓶，加入600ml 10％NaOH/乙醇溶液，开动搅拌器，一端装上冷凝装置，先通N₂半小时，移入80℃的水浴中，进行醇解反应5h。反应完全后，水洗至中性，在外磁场作用下(NdFeB的永磁体)，实现磁分离，抽除清夜，磁球留在三口瓶中。在三口颈瓶，加入200ml 0.5M的HCl溶液，常温连续搅拌反应24h。酸化完成后，进行磁分离，用蒸馏水清洗至中性。

7.纳米磁球的表面修饰

取固含量为2.34％的纳米磁球10ml于三口烧瓶中，加入10ml 0.5MNa₂CO₃溶液，调pH值为11-13；另取1ml的二乙烯基砜(Divinylsulfone，DVS)加入0.5ml的1M NaOH溶液，摇动混匀，调pH值为13-14。把DVS的NaOH溶液加入上述三口烧瓶中，室温下搅拌3h。反应完后，充分水洗，然后再用10ml 0.5MNa₂CO₃溶液保护。

取15ml所述已砜化的纳米磁球(分散在0.5MNa2CO3溶液，pH为11.4)加入三口烧瓶中；另取0.5g 2-巯基烟酸溶于20ml1M NaOH溶液，调pH值为13.5，之后，倒入三口烧瓶中，常温搅拌24小时。抽除上清夜后，用蒸馏水反复洗涤磁球至中性，最后利用NdFeB永磁体分离磁球后，得到嗜硫性磁性复合微球，与蒸馏水配成10％的悬浮液。

8.嗜硫性磁性复合微球的检测

I)未包裹Fe₃O₄磁性微粒的检测

取0.5g分离出的嗜硫性磁性复合微球，用50ml 0.5M的HCl溶液浸泡2h，通过磁分离后，利用原子发射光谱，检测上清液中是否存在Fe³⁺离子。如果存在Fe³⁺离子，需要继续酸化，使未包覆的Fe₃O₄微粒充分溶解在盐酸溶液中，除去未包覆的Fe₃O₄微粒。

经检测，经过酸化处理后，未包覆的Fe₃O₄微粒的含量为0。

II)磁含量的检测

分离出的嗜硫性磁性复合微球，经真空烘箱干燥后，得到粉末状磁性复合微球，通过热失重法，检测其磁含量，利用本方法制备的磁性复合微球的磁含量高于为40％(wt％)。

III)饱和磁强度的检测

利用振动样品磁强计，检测干燥的磁性复合微球的饱和磁响应程度及其顺磁性。本发明制备的磁性复合微球的饱和磁响应程度可达到32.3emu/g。

IV)嗜硫性磁性复合微球的浓度检测

通过元素分析仪，直接检测样品中氮含量，再转换为嗜硫性配基(与含硫分子偶合的微球)含量。

本发明得到的嗜硫性配基(与含硫分子偶合的微球)在磁性复合微球中的含量为0.232mmol/g。

试验例1

吸附过程：取2g嗜硫性磁性复合微球，加入100ml磷酸盐缓冲液(PH＝7.0)作为吸附液，通过超声波作用，充分分散后，加入10ml血清，以150r/min的速度振荡30min。

洗涤过程：首先在外磁场作用下，分离以上吸附溶液中的嗜硫性磁性复合微球，抽除清液，再加入200ml吸附液，以150r/min的速度振荡15min，磁分离出嗜硫性磁性复合微球，抽除上清液。重复以上的步骤，洗涤3次。

解吸附作用：利用磁场作用，把洗涤完的嗜硫性磁性复合微球分离出来，以10mM的氢氧化钠溶液(pH＝13.1)作为解吸附液，加入10ml解吸附液，然后以150r/min的速度振荡30min完成解吸附作用。进一步通过磁场分离作用，回收嗜硫性磁性复合微球，而清液中含有纯净的免疫球蛋白。

以上分离过程都在0℃下操作。

清液在室温下用二次蒸馏水透析4h，再经冷冻干燥后，得到纯净的免疫球蛋白粉末。本试验通过凝胶色谱，利用shodex公司的血清专用的凝胶柱，KW-803凝胶柱分析产品纯度；利用浙江伊利康生物技术有限公司生产的免疫球蛋白G检测试剂盒检测免疫球蛋白的生物活性。检测结果：在凝胶色谱中，产品中仅仅在12.8min处，出现一个单峰，表明免疫球蛋白的纯度较高，纯度超过95％以上；免疫球蛋白的生物活性高于99％。

试验例2

吸附过程：取1.5g嗜硫性磁性复合微球，加入100ml磷酸盐缓冲液(PH＝6.0)作为吸附液，通过超声波作用，充分分散后，加入10ml血清，以150r/min的速度振荡30min。

洗涤过程：首先在外磁场作用下，分离以上吸附溶液中的嗜硫性磁性复合微球，抽除清液，再加入200ml吸附液，以150r/min的速度振荡15min，磁分离出嗜硫性磁性复合微球，抽除上清液。重复以上的步骤，洗涤3次。

解吸附作用：利用磁场作用，把洗涤完的嗜硫性磁性复合微球分离出来，以5mM氢氧化钠/5mM氯化钠的混合溶液(pH＝12.5)作为解吸附液，加入10ml解吸附液，然后在以150r/min的速度振荡30min完成解吸附作用。进一步通过磁场分离作用，回收嗜硫性磁性复合微球，而清液中含有纯净的免疫球蛋白。

以上分离过程都在0℃下操作。

清液在室温下用二次蒸馏水透析4h，再经冷冻干燥后，得到纯净的免疫球蛋白粉末。本试验通过凝胶色谱，利用shodex公司的血清专用的凝胶柱，KW-803凝胶柱分析产品纯度；利用浙江伊利康生物技术有限公司生产的免疫球蛋白G检测试剂盒检测免疫球蛋白的生物活性。检测结果：在凝胶色谱中，产品中仅仅在12.8min处，出现一个单峰，表明免疫球蛋白的纯度较高，纯度超过95％以上；生物活性高于99％。

本发明操作无需复杂的血清前处理手段，能直接从血清分离免疫球蛋白G，通过简单的操作步骤得到了生物活性大于99％、纯度超过95％的免疫球蛋白G，可大大节约时间和生产成本。

以上实施例公布了一种嗜硫性磁性复合微球及其制备方法和使用所述嗜硫性磁性复合微球分离免疫球蛋白G的方法，但本发明的保护范围不限于此。