CN101092494A - 大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蛋白质大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球及其制备方法。蛋白质印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的组份和重量百分含量如下：海藻酸钠22％～44％，聚丙烯酸钠0.5％～10％，氯化钙50％～70％，蛋白质0.5～10％。本发明所制备的聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球，经蛋白质吸附测试结果表明，印迹微球的吸附量是非印迹微球，即不加蛋白质制备的微球吸附量的2～6倍。电导率滴定和红外光谱测试表明，聚丙烯酸钠和海藻酸钠可以与CaCl2共同作用产生新的杂化组分。本发明制备方法简单易行、反应过程易于控制等优点，解决了纯海藻酸钙的机械强度和吸附容量低，性能不稳定等不足，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于材料科学技术领域，特别涉及一种蛋白质大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球及其制备方法。
背景技术
作为一种制备对特定目标分子具有高度亲和性的聚合物技术，目前印迹技术对小分子的特异识别作用的研究已经取得了很大的进步，例如氨基酸类、糖及其衍生物和药物等。但是关于生物大分子的印迹如蛋白质的研究远不如小分子的印迹研究系统和深入。对这些生物大分子印迹的限制主要来自于其分子量大、结构复杂和对环境的敏感性等特点。传统上制备的分子印迹聚合物为高度交联且坚硬的材料，这类材料不具有足够的柔顺度和内部孔径从而使得庞大的蛋白质模板方便地进出；蛋白质一般为非刚性的生物大分子，其化学结构也非常复杂，依靠几个结合位点很难在印迹聚合物中产生确定的识别点。
大部分关于蛋白质印迹文献主要利用单体与模板分子之间高的特殊结合作用，如硼酸-二醇作用、与蛋白质的金属鳌合作用等，同时氢键作用也可用来印迹蛋白质。但是，由于水介质中水分子对氢键有一定的破坏作用导致印迹凝胶微球的吸附量偏低。此外，对于蛋白质的印迹，功能单体与交联剂的选择以及聚合的条件等要充分考虑到蛋白质的特殊性，应保证聚合后蛋白质的生物活性和空间构象。通常的印迹体系选用烯类单体作为功能单体或交联单体，这些单体在聚合反应时所释放的大量反应热将会破坏蛋白质分子的三维结构和稳定性。【Xingshou Pang，Guoxiang Cheng，Rensheng Li，Shulai Lu，Yihua Zhang，Bovine serumalbumin-imprinted polyacrylamide gel beads prepared via inverse-phase seed suspensionpolymerization，Analytica Chimica Acta，2005，550：13-17】
聚丙烯酸钠是一类聚阴离子的高分子电介质，在环保、食品、医药、纺织、水处理、石油化学等部门有着广泛的应用。聚丙烯酸钠遇到钙离子形成不溶性盐，引起分子交联而凝胶化沉淀。海藻酸盐具有良好的亲水性，在多价阳离子Ca2+的存在下，能够迅速发生凝胶化反应，其温和的凝胶条件有利于保持生物蛋白质的活性，海藻酸盐凝胶的软湿特性有利于生物蛋白质保持其构象、有利于模板分子的洗脱和识别过程中对模板分子的再吸附，海藻酸盐凝胶对于环境参数诸如离子强度、pH值等的可响应性也给蛋白质印迹海藻酸盐凝胶的设计参数提供了较宽的选择余地。直接采用带有功能基团的天然聚合物海藻酸钠代替传统分子印迹体系中的功能单体，简化了印迹聚合物的合成过程。【FengJu Zhang，GuoXiang Cheng，XiaoGuang Ying.Emulsion and macromolecules templated alginate based polymer microspheres.Reactive and Functional Polymers，2006，66，(7)：712-719】【成国祥，张凤菊，英晓光，双模板法羟乙基纤维素改性海藻酸盐微球及制备方法，中国发明专利，申请号200510015832.1】
材料的杂化制备技术系是采用同时能和多种物质反应的某种物质参加制备，而得到一种具有多种成分并且至少两种成分之间存在化学结合作用的新材料。用钙离子同时交联聚丙烯酸钠和海藻酸钠可以制备杂化凝胶材料，关于钙离子交联制备聚丙烯酸钙/海藻酸钙材料还没有见到相关应用和报道。【邱泽浩，叶巧明，溶胶-凝胶法制备有机/无机杂化材料工艺及其应用，广州化学，2006，31(1)：40～45】关于聚丙烯酸盐与海藻酸盐进行杂化的材料还没有见到相关应用和报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种杂化方法制备聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球。相比纯海藻酸钙微球，杂化微球的强度和吸附容量有了较大提高。
本发明的另一目的是提供一种以大分子蛋白质为模板制备的包埋分子印迹的方法。与非印迹微球相比，包埋印迹微球对模板蛋白质的吸附量有较大提高。
本发明的另一目的是提供一种以大分子蛋白质为模板制备的表面分子印迹的方法。与非印迹微球相比，表面印迹微球对模板蛋白质的吸附量有较大提高。
本发明提供了大分子蛋白质印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的制备及印迹方法。蛋白质印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的组份和重量百分含量如下：
海藻酸钠 22％～44％
聚丙烯酸钠 0.5％～10％
氯化钙 50％～70％
蛋白质 0.5～10％。
如权利要求1所述的一种大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球，其特征是所述的微球中含有无机/有机杂化组分，可以印迹大分子蛋白质，如牛血清白蛋白、卵白蛋白、溶菌酶等。
所述的杂化微球粒径大小为10～200μm。
本发明的杂化微球是蛋白质表面印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球或蛋白质包埋印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球。
本发明的大分子印蛋白质表面印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的制备方法步骤如下：
a)向去离子水中加入海藻酸钠和聚丙烯酸钠固体，搅拌使其充分溶解，得到质量百分比浓度为2％～3％的海藻酸钠和0.05％～0.5％的聚丙烯酸钠混合溶液A；
b)量取溶液A体积2～4倍体积，密度为0.75～0.95g/ml的有机相，在搅拌下将溶液A缓慢倒入到盛有机相的烧杯中，搅拌10～15min使粘稠的溶液A分散成微球；
c)在搅拌下向上述b)混合体系中加入质量百分比浓度0.134％～1.34％的蛋白质和质量百分比浓度浓度3％～5％的氯化钙混合水溶液B进行凝胶化反应，继续搅拌45～50min，得到微球。洗脱掉蛋白质模板，得到蛋白质大分子表面印迹的聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球。
本发明的大分子包埋印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的制备方法步骤如下：
a)向质量百分比浓度0.134％～1.34％的蛋白质溶液中加入海藻酸钠和聚丙烯酸钠固体，搅拌使其充分溶解，得到质量百分比浓度为2％～3％的海藻酸钠和0.05％～0.5％的聚丙烯酸钠混合溶液A1；
b)量取溶液A1体积2～4倍，密度为0.75～0.95g/ml的有机相，在搅拌下将溶液A1缓慢倒入到盛有机相的烧杯中，搅拌10～15min使粘稠的溶液A1分散成微球；
c)在搅拌下向上述b)混合体系中加入质量百分比浓度浓度3％～5％的氯化钙水溶液B1进行凝胶化反应，继续搅拌45～50min，得到微球。洗脱掉蛋白质模板，得到蛋白质大分子包埋印迹的聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球；
本发明的大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的制备方法中，所述的有机相是通常采用的有机相，要求有机物的密度为0.75～0.95g/ml，其中溶解质量百分比为0.05～4％的表面活性剂或分散剂。但是为了环保等的需要，也可以采用如下的有机相：
有机相1：三氯甲烷与正己烷按照3∶1～1∶1的体积比混合，表面活性剂山梨醇酐单油酸酯质量百分比为2～4％。
有机相2：醋酸丁酯与蓖麻油按照1∶3～1∶1的体积比混合，分散剂乙基纤维素质量百分比为0.05～0.1％。
本发明所制备的聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球，经蛋白质吸附测试结果表明，印迹微球的吸附量是非印迹微球，即不加蛋白质制备的微球吸附量的2～6倍。电导率滴定和红外光谱测试表明，聚丙烯酸钠和海藻酸钠可以与CaCl2共同作用产生新的杂化组分。本发明采用钙离子交联法制备的蛋白质印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球具有制备方法简单易行、反应过程易于控制等优点，解决了纯海藻酸钙的机械强度和吸附容量低，性能不稳定等不足，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1：牛血清白蛋白表面印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球照片；
图2：表面印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球对牛血清白蛋白的吸附曲线；
图3：牛血清白蛋白包埋印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球照片；
图4：包埋印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球对牛血清白蛋白的吸附曲线。
图5：卵白蛋白包埋和表面印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球对卵白蛋白的吸附曲线。
具体实施方式
实施例1.制备牛血清白蛋白表面印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球，包括以下步骤：
1)向20ml去离子水中加入0.5128g的海藻酸钠和0.01g分子量为100万的聚丙烯酸钠固体，搅拌使其充分溶解，得到溶液A-1；
2)量取有机相甲苯40ml，倒入烧杯内，向其中加入分散剂乙基纤维素0.02g，搅拌使其充分溶解；在搅拌下将溶液A-1缓慢倒入到盛有机物液体的烧杯中，搅拌10～15min使粘稠的溶液A-1分散成微球；
3)在搅拌下向上述2)混合体系中加入质量百分比浓度0.134％的牛血清白蛋白和质量百分比浓度浓度为5％的氯化钙混合水溶液B-1进行凝胶化反应，继续搅拌50min，得到初步的微球；采用专利200510015832.1的方法洗脱掉蛋白质模板，得到牛血清白蛋白表面印迹的磷酸钙/海藻酸钙杂化微球；
表面印迹的100万分子量聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的光学显微镜照片见图1，其对牛血清白蛋白的吸附见图2。从图1中可以看到微球形态较好，微球表面光滑。从图2中看出，表面印迹微球对牛血清白蛋白的吸附容量明显大于非印迹微球对牛血清白蛋白的吸附容量，平衡时其吸附容量为非印迹微球吸附容量的4.21倍。得到的杂化微球的粒径大小为10～200μm。
实施例2.制备牛血清白蛋白包埋印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球，包括以下步骤：
1)向20ml质量百分比浓度0.134％的牛血清白蛋白水溶解中加入0.5128g的海藻酸钠和0.01g分子量为100万的聚丙烯酸钠固体，搅拌使其充分溶解，得到溶液A-2；
2)量取20ml醋酸丁酯和20ml蓖麻油组成的有机相40ml，倒入烧杯内，向其中加入分散剂乙基纤维素0.04g，搅拌使其充分溶解；在搅拌下将溶液A-2缓慢倒入到盛有机物液体的烧杯中，搅拌10～15min使粘稠的溶液A-2分散成微球；
3)在搅拌下向上述2)混合体系中加入质量百分比浓度为5％的氯化钙水溶液B-2进行凝胶化反应，继续搅拌50min，得到初步的微球；采用专利200510015832.1的方法洗脱掉蛋白质模板，得到牛血清白蛋白包埋印迹的磷酸钙/海藻酸钙杂化微球；
包埋印迹的聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的光学显微镜照片见图3，对牛血清白蛋白的吸附结果见图4。从图3中可以看到微球形态较好，微球透明，表面光滑。从图4中看出，包埋印迹微球对牛血清白蛋白的吸附容量明显大于非印迹微球对牛血清白蛋白的吸附容量，平衡时其吸附容量为非印迹微球吸附容量的4.718倍。得到杂化微球的粒径为10～200μm
实施例3.制备卵白蛋白表面印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球，包括以下步骤：
1)向20ml去离子水中加入0.6186g的海藻酸钠和0.01g分子量为100万的聚丙烯酸钠固体，搅拌使其充分溶解，得到溶液A-3；
2)量取15ml三氯甲烷和25ml正己烷组成的有机相40ml，倒入烧杯内，向其中加入1.6g山梨醇酐单油酸酯，搅拌使其充分溶解；在搅拌下将溶液A-3缓慢倒入到盛有机物液体的烧杯中，搅拌10～15min使粘稠的溶液A-3分散成微球；
3)在搅拌下向上述2)混合体系中加入质量百分比浓度0.134％的卵白蛋白和质量百分比浓度浓度为5％的氯化钙混合水溶液B-3进行凝胶化反应，继续搅拌45min，得到初步的微球；采用专利200510015832.1的方法洗脱掉蛋白质模板，得到卵白蛋白表面印迹的磷酸钙/海藻酸钙杂化微球；
卵白蛋白表面印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球对卵白蛋白的吸附曲线见图5。从图5中看出，表面印迹微球对卵白蛋白的吸附容量大于非印迹微球对卵白蛋白的吸附容量，平衡时其吸附容量为非印迹微球吸附容量的4.342倍。
实施例4.制备卵白蛋白包埋印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球，包括以下步骤：
1)向20ml质量百分比浓度0.134％的卵白蛋白水溶解中加入0.6186g的海藻酸钠和0.01g分子量为100万的聚丙烯酸钠固体，搅拌使其充分溶解，得到溶液A-4；
2)量取20ml三氯甲烷和20ml正己烷组成的有机相40ml，倒入烧杯内，向其中加入1.6g山梨醇酐单油酸酯，搅拌使其充分溶解；在搅拌下将溶液A-4缓慢倒入到盛有机物液体的烧杯中，搅拌10～15min使粘稠的溶液A-4分散成微球；
3)在搅拌下向上述2)混合体系中加入质量百分比浓度为6％的氯化钙水溶液B-4进行凝胶化反应，继续搅拌45min，得到初步的微球；采用专利200510015832.1的方法洗脱掉蛋白质模板，得到卵白蛋白包埋印迹的磷酸钙/海藻酸钙杂化微球；
卵白蛋白包埋印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球对卵白蛋白的吸附曲线见图5。从图5中看出，包埋印迹微球对卵白蛋白的吸附容量大于非印迹微球对卵白蛋白的吸附容量，平衡时其吸附容量为非印迹微球吸附容量的5.269倍。
本发明公开和提出的蛋白质大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球及其制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料、工艺参数、结构设计等环节实现。本发明的产品和方法已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (8)
1.一种大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球，其特征是组份和重量百分含量如下：
海藻酸钠 22％～44％
聚丙烯酸钠 0.5％～10％
氯化钙 50％～70％
蛋白质 0.5～10％。
2.如权利要求1所述的一种大分子印迹聚丙烯酸/海藻酸钙杂化微球，其特征是所述的蛋白质包括牛血清白蛋白、卵白蛋白或溶菌酶。
3.如权利要求1或2所述的大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球，其特征是所述的杂化微球是蛋白质表面印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球。
4.如权利要求1或2所述的大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球，其特征是所述的杂化微球是蛋白质包埋印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球。
5.如权利要求3所述的大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的制备方法，其特征是所述的蛋白质表面印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的制备方法步骤如下：
a)向去离子水中加入海藻酸钠和聚丙烯酸钠固体，搅拌使其充分溶解，得到质量百分比浓度为2％～3％的海藻酸钠和0.05％～0.5％的聚丙烯酸钠混合溶液A；
b)量取溶液A体积2～4倍密度为0.75～0.95g/ml的有机相，倒入烧杯内，在搅拌下将溶液A倒入到盛有机相的容器中，搅拌10～15min使粘稠的溶液A分散成微球；
c)在搅拌下向上述b)混合体系中加入质量百分比浓度0.134％～1.34％的蛋白质和质量百分比浓度浓度3％～5％的氯化钙混合水溶液B进行凝胶化反应，继续搅拌45～50min，得到微球；洗脱掉蛋白质模板，得到蛋白质大分子表面印迹的聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球。
6.如权利要求4所述的大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的制备方法，其特征是所述的蛋白质包埋印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的制备方法步骤如下：
a)向质量百分比浓度0.134％～1.34％的蛋白质溶液中加入海藻酸钠和聚丙烯酸钠固体，搅拌使其充分溶解，得到质量百分比浓度为2％～3％的海藻酸钠和0.05％～0.5％的聚丙烯酸钠混合溶液A1；
b)量取溶液A1体积2～4倍，密度为0.75～0.95g/ml的有机相，倒入烧杯内，在搅拌下将溶液A1倒入到盛有机相的容器中，搅拌10～15min使粘稠的溶液A1分散成微球；
c)在搅拌下向上述b)混合体系中加入质量百分比浓度浓度3％～5％的氯化钙水溶液B1进行凝胶化反应，继续搅拌45～50min，得到初步微球；洗脱掉蛋白质模板，得到蛋白质大分子包埋印迹的聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球。
7.如权利要求5或6所述的大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的制备方法，其特征是所述的有机相的密度为0.75～0.95g/ml，有机相中溶解质量百分比为0.05～4％的表面活性剂或分散剂。
8.如权利要求7所述的大分子印迹聚丙烯酸钙/海藻酸钙杂化微球的制备方法，其特征是所述的有机相是：
有机相1：三氯甲烷与正己烷按照3∶1～1∶1的体积比混合，表面活性剂山梨醇酐单油酸酯质量百分比为2～4％；
或有机相2：醋酸丁酯与蓖麻油按照1∶3～1∶1的体积比混合，分散剂乙基纤维素质量百分比为0.05～0.1％。
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