CN105056913B - 一种用于萃取磷酸肽的管内固相微萃取复合物柱的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于萃取磷酸肽的管内固相微萃取复合物柱的制备方法，属于分析化学领域。步骤如下：首先利用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为桥梁制备二氧化钛‑石墨烯氧化物复合物。再将由单体、三元致孔剂及复合物组成的有机聚合物溶液注入内壁硅烷化的毛细管中，通过光聚制备具有整体柱结构的固相微萃取柱，将该萃取柱用于磷酸肽的富集。该发明方法解决了二氧化钛萃取柱不易制备的问题，具有操作简单、调控灵活的优点，适用于复杂磷酸肽的选择性萃取，对蛋白质组学中磷酸肽的分析有一定的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化钛/石墨烯复合物制备技术，将其应用于管内固相微萃取柱的制备，实现磷酸肽的萃取与解析，并利用紫外检测器进行检测，属于分析化学领域。
背景技术
固相微萃取法(SPME)是20世纪90年代兴起的一项新型的样品前处理与富集技术，于1989年由加拿大滑铁卢大学的J.Pawliszyn教授首次提出，为了提高萃取能力，经过不断的发展出现了多种新型SPME装置，其中管内固相微萃取是目前研究和应用最多的一种，这种方法具有更大的萃取比表面积和更薄的萃取相涂层，富集倍数高，脱附容易，且易实现自动化，可以提高分析方法的灵敏度和重现性并降低成本，方便与高效液相色谱(HPLC)、电泳(CE)、液质(LC-MS)等方法在线连用，实现取样、富集、解析、进样的快速自动分析，提高了精度和准确度。
在蛋白质组学中，分析磷酸化的蛋白质和肽尤为重要，约三分之一的哺乳动物细胞蛋白可以被磷酸化，异常的磷酸化过程容易引起多种人类疾病，例如：阿尔兹海默症。要了解细胞的调控过程，首先就要对磷酸位点的变化有更多的了解。虽然在细胞中可逆性磷酸化过程是无处不在的，但从本质上讲磷酸化过程是动态的短暂的过程，并且磷酸化蛋白的含量通常低于非磷酸化蛋白，因此，在对磷酸肽进行分析前首先要对其进行富集。富集磷酸肽最常用的方法是利用二氧化钛，不饱和的钛是很强的Lewis酸，在酸性条件下，二氧化钛能够选择性吸附磷酸蛋白或磷酸肽。但是由于二氧化钛前驱体极易吸潮，二氧化钛不易与毛细管壁以化学键稳定结合等原因，导致包含二氧化钛颗粒的整体柱型萃取柱制备困难。本发明中利用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵成功制备出了包含二氧化钛颗粒的整体柱，对磷酸肽的分析具有一定的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于弥补二氧化钛整体柱不易制备的问题，并将石墨烯这类研究热门的材料与二氧化钛制备成复合物。石墨烯类材料具有大的比表面积，增加了萃取相的活性面积，提高萃取性能。特别是以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为桥梁，不仅通过π-π堆叠作用与石墨烯氧化物结合，通过静电作用与二氧化钛结合，而且其具有的甲基丙烯结构能够与单体、交联剂溶液聚合，使二氧化钛复合物生长在整体柱结构中，成功制备出管内固相微萃取柱，解决了二氧化钛整体柱不易制备的问题。通过调节整体柱孔径、二氧化钛的含量使整体柱具有良好的渗透性及萃取效果，最终采用管内固相微萃取技术对磷酸肽进行富集与解析，所得产物进行紫外检测。
为了满足以上目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：
S1二氧化钛-石墨烯氧化物复合物(TiO2-GO)的制备：
将一定浓度的石墨烯氧化物水溶液滴加至甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液中，充分搅拌后离心、洗涤，再分散超纯水中，滴入一定浓度纳米二氧化钛浆液，其中优选二氧化钛与石墨烯氧化物质量比为1:(1-3.5)，二氧化钛与META的比为1:(1-5)，搅拌7-14h后离心、洗涤、干燥。
S2管内固相微萃取柱的制备：
将由单体、交联剂、引发剂、致孔剂及步骤S1中制备的二氧化钛-石墨烯氧化物复合物组成的溶液注入到硅烷化的毛细管中，在紫外反应箱中光聚5-30min；其中单体是甲基丙烯酸丁酯，交联剂是乙二醇二甲基丙烯酸酯，引发剂是2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮，致孔剂由正丙醇、1,4-丁二醇和水组成三元致孔剂，其中单体、交联剂、引发剂、致孔剂的质量比优选为60:40:1:144。正丙醇、1,4-丁二醇和水的体积百分含量优选为50-70％，20-40％，10％。硅烷化的毛细管所用的硅烷化试剂为3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯。
将本发明方法制备的管内固相微萃取复合物柱用于对微量甚至痕量磷酸肽的富集与检测。
磷酸肽样品的配制：
将一定量氨基酸序列为FQ-pSEEQQQTEDELQDK的单磷酸肽粉末溶解至pH＝3-4，0.1％(v/v)乙酸溶液中，逐步稀释至50mmol/L-100mmol/L。
S1磷酸肽样品的管内固相微萃取：
在200psi-500psi压力驱动下，使5μL-10μL配制的单磷酸肽样品乙酸溶液流经制备的管内固相微萃取柱，分析物与萃取相结合留在萃取柱中，用离心管收集萃取柱末端溶液；
S2磷酸肽样品的解析：
在200psi-500psi压力驱动下，使5μL-10μL解析液流经萃取柱进行解析。萃取物从萃取相洗脱下来，用离心管收集萃取柱末端溶液；
其中，所述方法中解析液为pH＝9-11，0.01％-1％(v/v)的氨水。
S3磷酸肽样品的紫外检测：
离线模式下，利用压力驱动进样，对萃取液、解析液分别进行紫外检测。
其中，所述方法中紫外检测波长设定为214nm，检测用毛细管内径为10μm-25μm，进样时间3s-6s，流动相为超纯水。
本发明获得的效果如下：
以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为桥梁成功制备出了TiO2-GO复合物，通过其具有的π键与GO以π-π堆叠做用结合，同时通过静电作用与TiO2结合。更值得一提的是甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵具有的甲基丙烯结构与单体、交联剂中的丙烯结构发生聚合，而单体、交联剂等聚合后提供整体柱的有机框架，使TiO2-GO材料能够固载在整体柱结构中，解决了二氧化钛整体柱不易制备的问题，成功制备出了管内固相微萃取柱。通过调节三元致孔剂的比例能够控制整体柱结构孔径大小，使萃取柱具有良好的渗透性和较低的传质阻力，实现对蛋白质样品快速、高效的选择性富集。本发明使用的解析溶液具有良好的效果，减少了试剂的用量和时间的消耗，贯彻绿色化学的理念。在检测过程中，检测毛细管内径可进行调节，有助于摸索并实现不同检测物最优的检测条件。
利用该发明中制备的管内固相微萃取柱对单磷酸肽进行萃取，证实该萃取柱良好的富集效果。通过管内固相微萃取与紫外检测联用技术成功实现萃取及解析后的目标分析物的检测。该联用技术操作简单、条件可控、方便快捷，灵敏度高，适用于对微量甚至痕量磷酸肽的预处理及检测。解决了复杂蛋白体系中磷酸肽受到非磷酸肽的干扰不易检测的问题，满足了对磷酸化位点深入研究的需求。
附图说明
图1是本发明中制备的TiO2-GO复合物的扫描电镜图。
图2是本发明中制备的TiO2-GO复合物的透射电镜图。
图3是本发明中应用的GO的红外测试谱图。
图4是本发明中制备的TiO2-GO复合物的红外测试谱图。
图5是本发明中制备的萃取柱放大700倍的扫描电镜图。
图6是本发明中制备的萃取柱方法9000倍的扫描电镜图。
图7是本发明中萃取及解析过程装置图，其中：1.萃取柱；2.收集萃取后溶液离心管；3.密封垫；4.样品离心管。
图8是本发明中紫外检测过程装置图，其中，1.紫外检测毛细管；2.收集解析后溶液离心管；3.密封垫；4.样品离心管；5.紫外检测窗口。
图9是本发明中对萃取解析后的末端收集液进行紫外检测图。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实例对本发明进行详细说明，以便相关领域人员更好的理解本发明方案，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
TiO2-GO复合物的制备：
准确称取0.06g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(META)于一定量的超纯水中，超声分散。将10mL、0.5mg/mL的石墨烯氧化物水溶液滴加到上述META溶液中，搅拌1h后离心洗涤，在分散至20mL超纯水中，既得GO-META产物。称取15mg粒径为15nm的TiO2颗粒分散至2mL超纯水中，滴加到上述GO-META溶液中，搅拌7-14h后，离心洗涤，于60℃条件下烘干，既得TiO2-GO复合物。
对产物进行表征及测试。如附图1所示为本发明中制备的TiO2-GO复合物的扫描电镜图，附图2所示为本发明中制备的TiO2-GO复合物的透射电镜图，从图中看出TiO2颗粒均匀的分布在GO片层上。本发明中GO不仅作为TiO2颗粒的骨架，更由于其具有较大的比表面积，增加了萃取相活性位点，提高了萃取效果。附图3、4分别为GO及TiO2-GO复合物的红外测试谱图，通过对比可以看出在波数1000cm-1-1750cm-1范围内峰型产生了明显变化，其中附图3中1714cm-1为C＝O伸缩振动峰，1614cm-1为C-C伸缩振动峰，1371cm-1为O-H变形振动峰，1217cm-1为C-OH伸缩振动峰，1037cm-1为C-O伸缩振动峰，证明了GO中所带的含氧官能团。附图4中1627cm-1为C＝C的伸缩振动峰，1408cm-1处甲基的对称及不对称伸缩振动峰重叠，证明了META的存在。1048cm-1为C-O伸缩振动峰，相比于GO的红外谱图，该位置发生明显的蓝移，因此证明GO-META形成复合物。箭头所标记的峰为该测试条件下TiO2的特征峰，结合上述分析认为成功制备出TiO2-GO复合物。
管内固相微萃取柱的制备：
S1毛细管的预处理：
截取内径100μm、长100cm的具有聚四氟乙烯涂层的熔融石英毛细管，用1mol/LNaOH冲洗1h后，再分别用超纯水、1mol/L HCl及超纯水冲洗毛细管内壁20min，最后用丙酮冲洗30min并用氮气吹干。
将3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯与丙酮的混合溶液(v:v＝1:1)注入经过干燥的毛细管中，将毛细管两端用硅胶塞封堵，室温下避光静置24h进行硅烷化反应，反应结束后用丙酮充分冲洗毛细管内壁，以除去未反应的硅烷偶联试剂。最后将毛细管内壁用氮气吹干，两端插入干净离心管中待用。
S2有机聚合物溶液的配置：
分别配置由正丙醇、1,4-丁二醇、水组成的三元致孔剂溶液(v:v:v＝60:30:10)，和由甲基丙烯酸丁酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮组成的单体溶液。准确称取一定量的致孔剂溶液加入到单体溶液中，再加入制备的TiO2-GO粉末，既得有机预聚合整体柱溶液。将配置好的溶液充分震荡，超声除气后待用。
S3萃取柱的制备：
截取20cm长S1中硅烷化的毛细管，注入S2中配置的预聚合溶液，两端用硅胶塞封堵。于紫外反应箱中进行光引发聚合反应20min。反应结束将毛细管连接到色谱泵上利用甲醇冲洗未反应的单体及致孔剂溶液，并初步判断萃取柱的渗透性。冲洗干净既得管内固相微萃取柱。
附图5为制备的萃取柱放大700倍的扫描电镜图，从图中能够看出聚合颗粒形成三维交错孔结构，平均孔径2μm，保证了萃取柱良好的渗透性。图6为制备的萃取柱放大9000倍的扫描电镜图，从图中看出聚合颗粒形成了均匀的整体柱结构骨架，箭头所示为GO片层，证明了TiO2-GO复合物通过META的甲基丙烯酸基团与单体溶液组分的聚合作用与整体柱结构骨架生长在一起。
磷酸肽样品的配置：
将一定量氨基酸序列为FQ-pSEEQQQTEDELQDK的单磷酸肽粉末溶解至pH＝3-4，0.1％(v/v)乙酸溶液中，逐步稀释至50μmol/L-100μmol/L。
磷酸肽样品的管内固相微萃取及解析：
S1磷酸肽的萃取：
准确量取10μL、50μmol/L配置的单磷酸肽溶液于离心管中，如附图7所示，将该离心管放入图中4号位置，放入两层密封垫，旋紧耐压钢瓶。在针头的引导下，将制备的萃取柱穿透密封垫插到离心管底部，出口端插入收集离心管中，如图7中2号所示位置。在压力的驱动下使单磷酸肽溶液流经萃取柱，并通过Lewis酸碱作用结合在萃取相TiO2颗粒上。
S2磷酸肽的解析：
准确量取10μL、1％的氨水溶液于离心管中，如附图7所示，将该离心管放入图7中4号位置，放入两层密封垫，旋紧耐压钢瓶。在针头的引导下，将S1中所用的萃取柱穿透密封垫插到离心管底部，出口端插入新的收集离心管中，如图7中2号位置所示。在压力的驱动下使解析溶液流经萃取柱，将单磷酸肽洗脱下来。
磷酸肽的紫外检测：
离线模式下，利用压力驱动进样，对实施例四中末端收集液进行紫外检测。设定紫外检测波长为214nm，检测用毛细管内径为25μm，流动相为超纯水。如附图8所示，将实施例四中末端收集液置于4号位置，放入两层密封垫，旋紧耐压钢瓶，将其命名为样品瓶。按照相同方法，在另一耐压钢瓶中的4号位置放入盛有超纯水的离心管后旋紧，命名为洗脱瓶。检测用毛细管具有检测窗口一端连接紫外检测器，另一端在针头引导下穿透密封垫插入到样品瓶底部离心管中。在200psi压力驱动下进样3s，快速拔出检测毛细管末端，在针头引导下插入洗脱瓶中离心管底部，在200psi压力驱动下连续洗脱。
附图9为本实施例中对萃取解析后的末端收集液进行紫外检测图。从图中看出解析后响应信号强度与50μmol/L单磷酸肽样品信号相当，说明解析效果良好。萃取后收集液出现响应较弱的信号，明显低于50μmol/L单磷酸肽样品，说明利用管内固相微萃取技术成功地对单磷酸肽进行富集。实施过程中萃取柱的有效长度12cm，低于一般整体柱结构萃取柱的有效长度；并且样品量浓度较高(约2μg)，因此证明本发明中制备的TiO2-GO复合物萃取相具有较高的萃取容量。
Claims (7)
1.一种管内固相微萃取复合物柱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 二氧化钛-石墨烯氧化物复合物的制备：
将一定浓度的石墨烯氧化物水溶液滴加至甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液中，充分搅拌后离心、洗涤，再分散超纯水中，滴入一定浓度纳米二氧化钛浆液，搅拌7-14 h后离心、洗涤、干燥；
(2)管内固相微萃取柱的制备：
将由单体、交联剂、引发剂、致孔剂及步骤（1）中制备的二氧化钛-石墨烯氧化物复合物组成的溶液注入到硅烷化的毛细管中，在紫外反应箱中光聚5-30 min；其中单体是甲基丙烯酸丁酯，交联剂是乙二醇二甲基丙烯酸酯，引发剂是2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮，致孔剂由正丙醇、1,4-丁二醇和水组成三元致孔剂，硅烷化的毛细管所用的硅烷化试剂为3-( 三甲氧基甲硅基) 甲基丙烯酸丙酯；
上述制备过程中，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为桥梁，不仅通过π-π堆叠作用与石墨烯氧化物结合，通过静电作用与二氧化钛结合，而且其具有的甲基丙烯结构能够与单体、交联剂溶液聚合，使二氧化钛复合物生长在整体柱结构中；
步骤（1）二氧化钛与石墨烯氧化物质量比为1:（1-3.5），二氧化钛与META的比为1:（1-5）。
2.按照权利要求1的一种管内固相微萃取复合物柱的制备方法，其特征在于，步骤（2）单体、交联剂、引发剂、致孔剂的质量比为60:40:1:144。
3.按照权利要求1的一种用于萃取磷酸肽的管内固相微萃取复合物柱的制备方法，其特征在于，致孔剂中正丙醇、1,4-丁二醇和水的体积百分含量为50-70%，20-40%，10%。
4.按照权利要求1-3的任一方法制备得到的管内固相微萃取复合物柱。
5.按照权利要求1-3的任一方法制备得到的管内固相微萃取复合物柱用于对微量甚至痕量磷酸肽的富集或检测。
6.按照权利要求1-3的任一方法制备得到的管内固相微萃取复合物柱用于对微量甚至痕量磷酸肽的萃取和解析的方法，其特征在于：
磷酸肽样品的管内固相微萃取：
在200 psi-500 psi压力驱动下，使配制的单磷酸肽样品乙酸溶液流经制备的管内固相微萃取柱，分析物与萃取相结合留在萃取柱中，用离心管收集萃取柱末端溶液；
磷酸肽样品的解析：
在200 psi-500 psi压力驱动下，使解析液流经萃取柱进行解析；萃取物从萃取相洗脱下来，用离心管收集萃取柱末端溶液；
乙酸溶液pH=3-4，体积百分比0.1%；解析液为pH=9-11，0.01%-1%（v/v）的氨水。
7.权利要求6的方法所得的萃取液与解析液的分析方法，其特征在于磷酸肽样品的紫外检测： 离线模式下，利用压力驱动进样，对萃取液、解析液分别进行紫外检测，紫外检测波长设定为214 nm，检测用毛细管内径为10 μm-25 μm，进样时间3 s-6 s，流动相为超纯水。
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