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基于磁性纳米粒子及温敏性水凝胶的蛋白质印迹技术研究与应用

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摘要

第1章 绪论

1.1 蛋白质印迹技术

1.1.1 分子印迹简介

1.1.2 蛋白质的基本性质

1.1.3 蛋白质印迹的特点与难点

1.1.4 蛋白质印迹研究的意义

1.1.5 蛋白质印迹的原理

1.1.6 蛋白质印迹聚合物的制备方法

1.1.7 蛋白质印迹技术的应用

1.1.8 问题与展望

1.2 磁性纳米粒子

1.2.1 磁性纳米粒子的概述

1.2.2 磁性纳米粒子的合成

1.2.3 磁性纳米粒子的表面改性

1.2.4 磁性纳米粒子的应用

1.2.5 问题与展望

1.3 智能水凝胶

1.3.1 智能水凝胶简介

1.3.2 智能水凝胶的分类

1.3.3 智能水凝胶的制备方法

1.3.4 智能水凝胶的应用

1.3.5 问题与展望

1.4 课题意义与内容

1.4.1 本课题的研究背景与研究意义

1.4.2 本课题研究内容

第2章 二氧化硅表面修饰的磁性Fe3O4纳米粒子合成与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器

2.2.2 化学试剂

2.2.3 磁性Fe3O4纳米粒子的制备

2.2.4 二氧化硅表面修饰磁性Fe3O4纳米粒子

2.2.5 样品表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 磁性Fe3O4制备及表面修饰

2.3.2 X射线衍射表征

2.3.3 红外光谱表征

2.3.4 扫描电镜表征

2.3.5 磁学性能表征

2.3.6 热重分析

2.4 小结

第3章 磁性聚多巴胺分子印迹聚合物的合成及对牛血红蛋白的识别和分离

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验仪器

3.2.2 化学试剂

3.2.3 磁性牛血红蛋白分子印迹纳米粒子的制备

3.2.4 蛋白质吸附实验

3.3 结果与讨论

3.3.1 磁性牛血红蛋白分子印迹纳米粒子的合成

3.3.2 合成粒子的表征

3.3.3 吸附动力学

3.3.4 平衡结合实验

3.3.5 特异性选择实验

3.3.6 重复利用实验

3.4 小结

第4章 N-马来酰化壳聚糖交联温敏性分子印迹水凝胶识别牛血清蛋白

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 仪器与试剂

4.2.2 N-马来酰化壳聚糖交联剂的制备

4.2.3 印迹水凝胶的制备

4.2.4 水凝胶的表征

4.2.5 水凝胶温敏性的测定

4.2.6 蛋白质吸附实验

4.3 结果与讨论

4.3.1 N-马来酰化壳聚糖交联剂的合成

4.3.2 印迹水凝胶的合成

4.3.3 水凝胶的表征

4.3.4 水凝胶温敏性的测定

4.3.5 蛋白质吸附动力学

4.3.6 蛋白质吸附热力学

4.3.7 吸附选择性

4.4 小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢

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摘要

蛋白质组是指一个基因组或一个细胞、组织表达的所有蛋白质。蛋白质组学是在蛋白质水平上定量、动态、整体性地研究生物体。其主要研究蛋白质的特征,包括蛋白质的表达、翻译、修饰、构象及蛋白质间相互作用等。蛋白质组学的研究是探索生命奥秘的必须,也能为了人类的健康事业作出贡献。随着蛋白质组学研究的日益进展,蛋白质的分离、富集及快速检测等问题受到了极大的关注。目前分子印迹是一种成熟的小分子化合物的分离分析方法,合成的分子印迹聚合物具有三大特征:结构预定性、特异识别性及广泛适用性。随着蛋白质组学研究的不断深入,近年来分子印迹技术在蛋白质组学研究中也取得了一定的进展,其主要着力于蛋白质的纯化、分离和富集。
   本研究以蛋白质为研究对象,将分子印迹技术分别与磁性纳米材料和温敏性材料结合,合成出具有特异性识别和高吸附量的蛋白质印迹聚合物。主要研究内容如下:
   (1)二氧化硅表面修饰的磁性Fe3O4纳米粒子合成与表征
   采用改进的共沉淀法制备出了平均直径为60 nm左右的磁性Fe3O4纳米粒子,在其合成过程中加入了水合肼充当了除氧剂、沉淀剂和还原剂,通过四乙氧基硅烷(TEOS)的水解在Fe3O4纳米粒子表面修饰上二氧化硅,获得粒径大小约为840nm的硅烷化Fe3O4粒子。实验结果表明:二氧化硅成功包覆到磁性Fe3O4粒子表面,其质量损失约为7%左右;磁性Fe3O4纳米粒子粒径约为60 nm,表面修饰前后粒子的方晶型结构没有改变,修饰后的磁性粒子的分散性和稳定性均得到提高,其饱和磁化强度高达10.25 emu/g,与磁性Fe3O4纳米粒子的38.16 emu/g相比略有降低,但仍具有较好的磁性行为。
   (2)磁性聚多巴胺分子印迹聚合物的合成及对牛血红蛋白的识别和分离
   将分子印迹技术与磁性纳米材料相结合,以硅烷化的Fe3O4粒子作为磁性核,通过多巴胺自聚在其表面形成一层“壳”,合成核壳型的牛血红蛋白磁性分子印迹纳米粒子(MIP)。聚多巴胺包覆在硅烷化Fe3O4粒子表面,可避免了载体阻碍蛋白质扩散的现象。实验结果表明:聚多巴胺印迹壳层上具有特异性识别位点,其对模板蛋白有较高的选择性(β=2.19)和稳定性,并且能使目标蛋白在较短的时间内扩散到印迹位点达到吸附平衡。同时MIP对目标蛋白还有较高的吸附量(4.65±0.38 mg/g),可重复利用三次以上。在外加磁场的作用下,MIP本身的饱和磁化强度(10.33 emu/g)对磁场敏感,能快速地从反应介质中分离出来。这些结果证明了磁性分子印迹纳米粒子可应用于生物大分子的分离,特别是蛋白质组学中高丰度蛋白的去除。
   (3) N-马来酰化壳聚糖交联温敏性分子印迹水凝胶识别牛血清蛋白
   利用壳聚糖与马来酸酐的酰化反应,合成了水溶性的N-马来酰化壳聚糖(N-maley chitosan,N-MACH),因其含有羧基、氨基和双键,可作为蛋白质印迹中的交联剂。以牛血清白蛋白(BSA)为模板蛋白,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、丙烯酰胺(AAm)作为功能单体、N-马来酰化壳聚糖作为交联剂,在水溶液中自由聚合形成温敏性印迹水凝胶,其最低临界溶解温度在34℃左右。温敏性印迹水凝胶的吸附容量高达5.72 mg/g,是非印迹水凝胶的4.8倍,其吸附过程符合Langmuir吸附模型,分离因子为4,对模板蛋白具有特异选择性。本研究为蛋白质印迹提供了一种新的水溶性交联剂:N-马来酰化壳聚糖,其具有优良的水溶性、生物降解性,是一种环境友好型的交联剂。因此将其作为交联剂合成出的印迹水凝胶在蛋白质的分离和富集方面具有很好的应用前景。

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