CN104089940B - 一种管状蛋白质印迹催化磁性微马达及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料科学与工程和生物分离工程领域，具体来说是一种管状蛋白质印迹催化磁性微马达的制备方法。以多孔模板辅助化学电沉积法，将藻蓝蛋白作为模板分子，用掺杂聚苯乙烯磺酸钠的聚乙撑二氧噻吩作为电化学选择性材料，以镍作为磁导航材料，金属铂作为固体支架和催化双氧水水解的催化剂，形成管状结构；再以多孔模板辅助化学电沉积法得到管状蛋白质印迹催化磁性微马达。本发明将分子印迹技术与催化、磁性、荧光等响应材料相结合，对藻蓝蛋白具有特异性识别与自主吸附能力。磁性微马达具有选择性好、运动速度快、大小可控、工作寿命长、重现性好、环境要求低等优点，并能在外加磁场作用下可控进行运动。

Description

一种管状蛋白质印迹催化磁性微马达及其制备和应用

技术领域

本发明属于材料科学与工程和生物分离工程领域，具体来说是一种管状蛋白质印迹催化磁性微马达及其制备和应用。

背景技术

蛋白质作为生命体的重要组成部分，与众多生命活动有着密切联系，因此发展蛋白质相关的分子印迹技术对于材料科学和生命科学的发展具有重要的学术和应用价值。导电聚合物聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)是一种新型的杂环类导电聚合物材料，因其具有良好的电化学稳定性和电致变色性能激起了广大研究人员的兴趣。近十几年来，人们对其结构特征、制备机理、电致变色性能和实际应用等开展了广泛的研究。目前，掺杂的PEDOT用于制备高性能的PEDOT材料，及将其与碳材料、金属氧化物或其他导电聚合物形成复合材料用于高效识别和测定蛋白质有着广泛的前景。

具有自驱动能力的微纳马达结合新型的功能传感材料，是当前纳米技术、生命科学领域面临的关键性挑战之一。2002年，美国哈佛大学的Whitesides率先提出釆用简单的化学燃料和化学反应来将化学能转化为机械能对物体进行驱动的想法，并对此进行了探索和研究。随后，催化微马达，特别是管状催化微马达的出现和发展给微纳机器的发展带来了巨大的突破，给人造微纳小机器人的研究以及在生物医药诊断和环境监控领域的实际应用带来了令人鼓舞的希望。催化微马达是模仿天然分子马达，目前大多是以过氧化氢溶液为燃料，利用原位催化反应产生气泡，从而推动微马达在液体中实现自由驱动。相比于传统的合成分子马达，这种催化微马达具有合成和制备过程简单、操作方便快捷、运动速度快、大小可控、工作寿命长、重现性好、环境要求低、便于功能化和集成化等特点。

近年来，催化微纳马达在动力方面得到了比较大的发展，其中通过磁性可以实现对其运动进行控制，并且实现预定的路径行动。如何让催化微马达变得更加智能并满足实际需要，并进而拓展其应用领域，已成为关注热点。对微马达进行生物化学的修饰改性是一条重要的行之有效的途径。经过修饰后的微马达，可以对金属、蛋白质等生命物质进行选择性识别和操作，从而实现微马达智能化，有针对性的需要。对其进行智能化的修饰和操作，使其与生物芯片进行集成，可使其在既定的路线上去完成各种复杂的任务。因此可以预见，动力强大的智能微纳马达，在未来的纳米技术、生物医疗技术领域将会有着强大的生命力和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管状蛋白质印迹催化磁性微马达及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种管状蛋白质印迹催化磁性微马达，以多孔模板辅助化学电沉积法将以蛋白质为模板的分子印迹与金属磁敏感性和催化材料相结合，即得到管状蛋白质印迹催化磁性微马达。

进一步的说，将蛋白作为模板，用掺杂聚苯乙烯磺酸钠的聚乙撑二氧噻吩作为电化学选择性材料，以镍作为磁导航材料，金属铂作为固体支架和催化双氧水水解的催化剂，形成管状结构；再以多孔模板辅助化学电沉积法得到管状蛋白质印迹催化磁性微马达。

一种管状蛋白质印迹催化磁性微马达的制备方法，以多孔模板辅助化学电沉积法将以蛋白质为模板的分子印迹与金属磁敏感性和催化材料相结合，即得到管状蛋白质印迹催化磁性微马达。

进一步的说，对聚碳酸酯膜的磨砂面进行喷铂处理，处理后置于含有蛋白质的溶液浸泡，漂洗、干燥；干燥后进行电沉积，沉积后铂膜抛光，抛光后的滤膜浸泡在二氯甲烷溶液中，振荡以完全溶解滤膜，使得沉积的微马达脱离出来，并去除蛋白质模板，而后清洗即得到微马达。

更一步的说，将直径25mm、孔径2um的聚碳酸酯膜的磨砂面进行喷铂150-300s处理，然后超声振荡2-5min去除空气，置于浓度为0.1-0.6mg/mL的蛋白质溶液中浸泡20-40min，而后在空气中放置15-30min干燥，干燥后用去离子水清洗，清洗后依次用PBST-20和去离子水进行漂洗，漂洗后干燥，待用。

将上述处理的聚碳酸酯滤膜固定在电镀池的铝箔上，以Pt丝电极和Ag/AgCl电极(饱和氯化钾)分别作为对电极和参考电极，而后用乙烯二氧噻吩(PEDOT)、镀铂溶液、铂镍混合溶液、镀镍溶液和镀铂溶液分别进行电沉积。

具体沉积为：

(1)聚乙烯二氧噻吩沉积：在包含8-15mM的乙烯二氧噻吩(EDOT)和100-160mM的聚苯乙烯磺酸钠(NaPSS)溶液中进行恒电压法沉积，电沉积电压为+0.5-1.0V，电聚合电量为2.0-5.0C。

(2)铂沉积：将上述溶液倒去，更换为含有氯铂酸的镀铂溶液，以-(1-3)mA，150-250s的恒电流法进行沉积以改善聚合物层的机械性能。

(3)铂镍沉积：将上述溶液倒去，更换为含有氯铂酸和氨基磺酸镍的铂镍混合溶液，以-(1-3)mA，250-400s的恒电流法进行沉积，以提供一个光滑和高导电表面聚合物沉积后，提高后续金属层的沉积。

(4)镍沉积：将上述溶液倒去，更换为含有氨基磺酸镍的镍溶液，以沉积电压-(1-1.6)V恒电压法沉积电量1.0-3.0C。

(5)铂沉积：将上述溶液倒去，更换为含有氯铂酸的镀铂溶液，最里面的催化铂层，用恒电流法在-(1.5-2.5)mA，沉积400-500s。

将沉积之后的铂膜拆卸下来，铂膜用0.05um的氧化铝浆进行手动抛光，使得金属铂完全去除，去除后依次用去离子水和乙醇清洗，清洗后将所述滤膜浸泡在二氯甲烷溶液中，振荡以完全溶解滤膜，使得沉积的微马达脱离出来，并去除蛋白质模板，去除模板后用二氯甲烷溶液反复复洗，而后以5000-7000r/min离心3-6min，以收集微马达。

将上述收集微马达依次用乙醇和去离子水清洗，将清洗后的微马达室温存储在去离子水中以供使用。

一种管状蛋白质印迹催化磁性微马达的应用，所述微马达应用于蛋白质的选择识别。

本发明所具有的优点：

本发明将分子印迹技术与催化、磁性、荧光等响应材料相结合，对藻蓝蛋白具有特异性识别与自主吸附能力。具体是利用多孔模板辅助化学电沉积法，制备了管状蛋白质印迹催化磁性微马达。相比其它蛋白对藻蓝蛋白显示出很高的选择性吸附能力；相对于非印迹聚合物，对藻蓝蛋白有着更高的识别选择性、结合容量和吸附稳定性，并且该催化微管实现了在湖水中对藻蓝蛋白的吸附去除。这种催化微马达具有合成和制备过程简单、操作方便快捷、运动速度快、大小可控、工作寿命长、重现性好、环境要求低等优点，并能在外加磁场作用下可控进行运动。不仅丰富了蛋白质印迹的研究内容，而且为催化微马达多功能、智能化提供了行之有效的思路，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的管状蛋白质印迹催化磁性微马达制备过程示意图。

图2为本发明实施例提供的管状蛋白质印迹催化磁性微马达的扫描电镜图(A-D)。

图3为本发明实施例提供的管状蛋白质印迹催化磁性微马达吸附蛋白随着时间的变化效果图(A-F:0、5、10、15、20、25min)。

图4为本发明实施例提供的管状蛋白质印迹催化磁性微马达对0，0.1，0.3，0.5mg/mL浓度范围的藻蓝蛋白溶液的吸附容量变化图(A-D)。

图5为本发明实施例提供的管状蛋白质印迹催化磁性微马达在过氧化氢溶液中不同的运动轨迹，A、B、C为直线运动轨迹，D、E、F为螺旋运动轨迹。

具体实施方式

实施例1

a.聚碳酸酯膜的处理：将直径25mm、孔径2um的聚碳酸酯膜的磨砂面进行喷铂200s处理，然后超声振荡3min去除空气，置于浓度为0.5mg/mL的藻蓝蛋白溶液中浸泡30min，浸泡后在空气中放置20min干燥。干燥后用去离子水清洗2-3次，而后依次用PBST-20和去离子水分别进行漂洗2-3次，干燥后待用；

b.模板法电沉积：将上述处理的聚碳酸酯滤膜固定在电镀池的铝箔上，以Pt丝电极和Ag/AgCl电极(饱和氯化钾)分别作为对电极和参考电极，进行五步电沉积。

(1)聚乙烯二氧噻吩沉积：在包含10mM的乙烯二氧噻吩(EDOT)和125mM的聚苯乙烯磺酸钠(NaPSS)溶液中进行恒电压法沉积，电沉积电压为+0.80V，电聚合电量为4.0C。

(2)铂沉积：将上述溶液倒去，更换为含有33mM氯铂酸的镀铂溶液，以-2mA,200s的恒电流法进行沉积以改善聚合物层的机械性能。

(3)铂镍沉积：将上述溶液倒去，更换为含有氯铂酸和氨基磺酸镍的铂镍混合溶液，其中氯铂酸和氨基磺酸镍按体积比1：1的比例混合，以-2mA,300秒的恒电流法进行沉积，以提供一个光滑和高导电表面聚合物沉积后，提高后续金属层的沉积。

(4)镍沉积：将上述溶液倒去，更换为含有515g/L氨基磺酸镍的镍溶液，以沉积电压-1.3V恒电压法沉积电量2.0C。

(5)铂沉积：将上述溶液倒去，更换为含有33mM氯铂酸的镀铂溶液，最里面的催化铂层，用恒电流法在-2mA，沉积450秒。

c.铂膜抛光：将沉积之后的铂膜拆卸下来，用0.05um的氧化铝浆进行手动抛光，使得金属铂完全去除。分别用去离子水洗2-3，再用乙醇洗2-3次。

d.分离微马达：将上述滤膜浸泡在二氯甲烷溶液中，震荡以完全溶解滤膜，使得沉积的微马达脱离出来，并去除蛋白质模板。用二氯甲烷溶液重复洗2次，以6000r/min离心3min钟以收集微马达。先用乙醇洗2-3次，再用去离子水洗2-3次，将得到的微马达室温存储在去离子水中以供使用。即得管状蛋白质印迹催化磁性微马达，制备过程如图1所示。上述制备所得印迹磁性微马达进行电镜扫描，如图2所示为不同视角下的效果图，可以看到印迹微马达呈现上窄下宽的圆锥形，并且具有明显的中空管状结构，管长十几微米，管壁为200nm左右。

实施例2

分别取2μL的0.5mg/mL藻蓝蛋白溶液、催化磁性微马达溶液。将其混合放在载玻片上，然后用荧光显微镜在20倍放大的条件下观察，分别在0、5、10、15、20、25min测定相同场下的荧光照片。如图3所示，可以看到：一开始，催化磁性微马达不能发射荧光，在视野下没有颜色；随着时间的延长，微马达不断吸附能发射荧光的藻蓝蛋白，吸附的藻蓝蛋白越来越多，荧光强度逐渐增大。

实施例3

分别取50μL催化磁性微马达溶液，将其加入到0.05M pH值为7.0的磷酸盐缓冲液中，分别取50ul不同浓度的藻蓝蛋白溶液。浓度分别为0、0.5、0.75、1mg/mL。静置30min之后，去除没有吸附的蛋白溶液，用100μl的二次水震荡清洗2次，重新用50μl的0.05M pH值为7.0的磷酸盐的缓冲溶液分散。取5ul的溶液放在载玻片上，然后用荧光显微镜在20倍放大条件下观察。如图4所示，可以看到随着藻蓝蛋白的浓度不断增大，催化磁性微马达吸附能发射荧光的藻蓝蛋白也越多，荧光强度也不断增强。

实施例4

分别取50μL催化磁性微马达溶液，将其加入到0.05M pH值为7.0的磷酸盐缓冲液中，取50ul浓度为1mg/mL的藻蓝蛋白溶液。静置30min之后，去除没有吸附的蛋白溶液，用100μl的二次水震荡清洗2次，重新用50μl的0.05M pH值为7.0的磷酸盐缓冲溶液分散。分别取4μL混合催化磁性微马达溶液、2ul的5％的胆酸钠溶液，2ul的3％过氧化氢溶液。将其混合放在载玻片上，然后用荧光显微镜在20倍放大条件下观察。如图5所示，可以看到，催化磁性微马达能催化过氧化氢水解产生气泡，呈现两种运动形式：一种是直线运动(A,B,C),一种是螺旋运动(D,E,F)。

Claims (2)

1.一种管状蛋白质印迹催化磁性微马达的制备方法，其特征在于：以多孔模板辅助化学电沉积法将以藻蓝蛋白为模板的分子印迹与金属磁敏感性和催化材料相结合，即得到管状蛋白质印迹催化磁性微马达；

将藻蓝蛋白作为模板，用掺杂聚苯乙烯磺酸钠的聚乙撑二氧噻吩作为电化学选择性材料，以镍作为磁导航材料，金属铂作为固体支架和催化双氧水水解的催化剂，形成管状结构；再以多孔模板辅助化学电沉积法得到管状蛋白质印迹催化磁性微马达；

具体为：将直径25mm、孔径2um的聚碳酸酯膜的磨砂面进行喷铂150-300s处理，然后超声振荡2-5min去除空气，置于浓度为0.1-0.6mg/mL的藻蓝蛋白溶液中浸泡20-40min，而后在空气中放置15-30min干燥，干燥后用去离子水清洗，清洗后依次用PBST-20和去离子水进行漂洗，漂洗后干燥，待用；

将上述处理的聚碳酸酯滤膜固定在电镀池的铝箔上，以Pt丝电极和Ag/AgCl电极分别作为对电极和参考电极，而后用乙烯二氧噻吩(PEDOT)、镀铂溶液、铂镍混合溶液、镀镍溶液和镀铂溶液分别进行电沉积；

所述镀铂溶液为含有33mM氯铂酸的镀铂溶液；铂镍混合溶液为含有氯铂酸和氨基磺酸镍的铂镍混合溶液，其中氯铂酸和氨基磺酸镍按体积比1：1的比例混合；镀镍溶液为含有515g/L氨基磺酸镍的镍溶液；

将沉积之后的铂膜拆卸下来，铂膜用0.05um的氧化铝浆进行手动抛光，使得金属铂完全去除，去除后依次用去离子水和乙醇清洗，清洗后将所述滤膜浸泡在二氯甲烷溶液中，振荡以完全溶解滤膜，使得沉积的微马达脱离出来，并去除藻蓝蛋白模板，去除模板后用二氯甲烷溶液反复洗涤，而后以5000-7000r/min离心3-6min，以收集微马达。

2.按权利要求1所述的管状蛋白质印迹催化磁性微马达的制备方法，其特征在于：将上述收集微马达依次用乙醇和去离子水清洗，将清洗后的微马达室温存储在去离子水中以供使用。