CN105664861A

CN105664861A - 一种磁性共价有机骨架纳米复合材料及制备方法和应用

Info

Publication number: CN105664861A
Application number: CN201610246124.7A
Authority: CN
Inventors: 林子俺; 林国
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2036-04-20
Also published as: CN105664861B

Abstract

本发明公开了一种磁性共价有机骨架纳米复合材料及制备方法和应用，通过溶剂热反应法，以四氧化三铁纳米粒子、1,3,5-三（4-氨苯基）苯和对苯二甲醛为原料，在醋酸的催化作用下，制备出一种能够用于分离和富集带苯环结构的肽段或疏水性肽段的磁性共价有机骨架纳米复合材料。本发明的制备过程简单有效，试剂消耗少且产率高；所得的磁性共价有机骨架纳米复合材料不仅具有多孔性、结构稳定、比表面积大等共价有机骨架材料的优点：且具有分散性好、易于分离、磁场感应性好等磁性材料的优点。该磁性共价有机骨架纳米复合材料在蛋白组学、肽组学等领域有良好的应用前景。

Description

一种磁性共价有机骨架纳米复合材料及制备方法和应用

技术领域

本发明属于无机有机复合材料和分析技术领域，具体涉及一种磁性共价有机骨架纳米复合材料及制备方法和应用。

背景技术

低丰度蛋白或肽段的鉴定是蛋白质组学的研究难点之一。目前用于低丰度蛋白和肽段的富集分离方法主要有有机溶剂沉淀法、超滤、溶剂蒸发法、电洗脱富集方法、色谱分析法、固相微萃取等方法。这些方法存在着过程复杂、操作繁琐、低丰度蛋白或肽段易损失、易引入杂质等一系列问题。这些问题会影响内源性肽段的富集，因此发展一种高效、便捷的分离富集手段成为蛋白质组学亟待解决的问题。

金属有机骨架材料(metal-organicframeworks,MOFs)是由金属离子和有机配体自组装形成的多孔材料。由于其高孔隙度、优秀的机械稳定性和可控的表面性质，在化学、材料科学和生物医药等诸多领域得到广泛的应用，由于其比表面积大，表面性质可控等特点，逐渐被开发用来富集分离低丰度蛋白和肽段(J.N.Zheng,Z.A.Lin,G.Lin,H.H.Yang,L.Zhang,J.Mater.Chem.B,2015,3(10),2185-2191.)。但是MOFs材料也存在着结构不稳定等问题，而且在疏水性肽段的富集上效果并不理想，因此发展一种结构更加稳定的材料来富集疏水性肽段是非常有必要。2005年，Cote课题组首次发现共价有机骨架材料。共价有机骨架材料是一种通过共价键紧密结合的材料，具有结构稳定，耐高温，孔径大小可以调节等优势，在气体存储/吸附、光电、催化等领域有着良好的应用前景。此外，共价有机骨架材料中有着大量的苯环结构，具有好的疏水性(P.J.Waller,F.Gandara,O.M.Yaghi,Z.Liu,Accountsofchemicalresearch,201548(12),3053-3063;A.P.Cote,A.I.Benin,N.W.Ockwig,etal.Science,2005,310(5751),1166-1170.)。

磁性纳米材料是具有纳米尺寸的磁性材料，与常规的磁性材料相比，其具有超顺磁性、高矫顽力、低居里温度和高磁化率等优点。并且磁性纳米材料具有易于表面修饰、低毒性、溶液分散性好及磁场感应灵敏等优点；这些均为其应用于蛋白质组学中富集低丰度蛋白和肽段提供了可能。

本发明基于共价有机骨架材料和磁性纳米粒子的优良性质，制备一种磁性共价有机骨架纳米复合材料，既具有着磁性纳米材料易分离、分散性好、磁场感应性好等优点，又具有共价有机骨架材料结构稳定、比表面积大等优点。通过π-π共轭作用和疏水性能够对含苯环结构的肽段或疏水性的肽段进行高效地分离富集；而且材料具有磁性能够使吸附和分离过程更加简单、高效。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性共价有机骨架纳米复合材料及制备方法和应用，以简单有效的方法制得磁性共价有机骨架纳米复合材料，其同时具有多孔性、结构稳定、比表面积大等共价有机骨架材料的优点和分散性好、易于分离、磁场感应性好等磁性材料的优点；在吸附含苯环结构的肽段或疏水性的肽段有着独特的优势，在蛋白质组学和肽组学等领域有良好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

磁性共价有机骨架纳米复合材料是在室温下通过醋酸的催化将共价有机骨架材料直接包覆在四氧化三铁磁性纳米粒子表面，包括如下步骤：

（1）使用溶剂热反应法合成四氧化三铁纳米粒子；

（2）在室温下，将四氧化三铁纳米粒子、1,3,5-三（4-氨苯基）苯和对苯二甲醛在有机溶剂中混合，分散均匀后在醋酸的催化下直接发生反应，在四氧化三铁纳米粒子表面进行共价连接，生成磁性共价有机骨架纳米复合材料。

其制备方法的具体步骤如下：

（1）四氧化三铁纳米粒子的制备

在乙二醇中加入可溶性三价铁离子盐，醋酸钠和柠檬酸钠，配成澄清溶液，将该溶液移入密闭加热容器中，在180-220℃条件下进行溶剂热反应，反应5-12h，得到四氧化三铁纳米粒子；

所述的可溶性三价铁离子盐是氯化铁、醋酸铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种；

所述的三价铁离子、醋酸钠和柠檬酸钠的摩尔比为1-5:10-20:0-4；

（2）磁性共价有机骨架纳米复合材料的制备

将步骤（1）所得的四氧化三铁纳米粒子、1,3,5-三（4-氨苯基）苯和对苯二甲醛分散在有机溶剂中，室温下超声25min后，在醋酸的催化下生成磁性共价有机骨架纳米复合材料；

所述的四氧化三铁纳米粒子的质量与有机溶液的体积之比为30-460mg：20-100mL；

所述的四氧化三铁纳米粒子、1,3,5-三（4-氨苯基）苯和对苯二甲醛的质量比为100-700：105.4：50-100；

所述的有机溶剂为二甲基亚砜或间甲酚；

所述的醋酸为质量分数是36-98%；

磁性共价有机骨架纳米复合材料应用于分离或富集带苯环结构的肽段或疏水性肽段。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

（1）本发明公开的磁性共价有机骨架纳米复合材料结合了共价有机骨架材料多孔性、结构稳定、比表面积大等优点和磁性纳米粒子分散性好、磁场感应性好、易于分离（采用简单的磁性作用即可实现分离）等优点。其合成步骤简单，试剂消耗少且产率高。

（2）本发明所得的磁性共价有机骨架纳米复合材料，由于其表面覆盖着大量苯环结构，通过π-π共轭作用和疏水性能够高效、快速地对含苯环结构的肽段或疏水性肽段进行富集和分离，因此，该材料适用在蛋白组学和肽组学等领域应用，从而拓展了共价有机骨架材料的应用。

附图说明

图1为实施例1所合成的四氧化三铁纳米粒子(A)和磁性共价有机骨架纳米复合材料(B)的透射电镜图。

图2为实施例1所合成的磁性共价有机骨架纳米复合材料分散在水溶液中后，在外加磁场前(A)和在外加磁场后(B)的图片。

图3为实施例1所合成的四氧化三铁纳米粒子(A)和磁性共价有机骨架纳米复合材料(B)的红外谱图。

图4为实施例1所合成的磁性共价有机骨架纳米复合材料对肽段L2(FGFG)及肽段L7(RPPGFSPFR)的吸附等温线。

图5为实施例1所合成的磁性共价有机骨架纳米复合材料对肽段L7(RPPGFSPFR)和健康人血清的混合液的分离富集色谱图；标准液（a），上清液（b）和洗脱液（c）。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

本发明采用的原材料可在市场购得，或可用本领域已知的方法合成。

实施例1：

磁性共价有机骨架纳米复合材料的合成，其包括如下步骤：

（1）将8.1gFeCl₃·6H₂O和12.0g分散剂醋酸钠加入到200mL乙二醇溶液中混匀；

（2）添加1.5g二水合柠檬酸三钠作为静电稳定剂；

（3）然后将该溶液移入密闭加热容器中，在200℃条件下进行溶剂热反应，反应8h，得到四氧化三铁纳米粒子；

（4）取所合成的50mg四氧化三铁纳米粒子分散在15mL异丙醇中，

（5）加入26.5mg1,3,5-三（4-氨苯基）苯和15mg对苯二甲醛，在室温下超声25min使其分散均匀；

（6）继续超声，边超声边加入0.5mL醋酸，随后继续超声20min。

图1A为实施例1中所合成的四氧化三铁纳米粒子的透射电镜图，从图中可以看出四氧化三铁纳米粒子的粒径在200nm左右，分散性良好。图1B实施例1得到的磁性共价有机骨架纳米复合材料的透射电镜图，可以看出其具有明显的核-壳结构，说明磁性纳米粒子成功地包覆上共价有机骨架外壳。

图2为实施例1所合成的磁性共价有机骨架纳米复合材料分散在水溶液中后，在外加磁场前(A)和在外加磁场后(B)的图片。加外磁场前，如图A所示，磁性共价有机骨架纳米复合材料在水溶液中均匀分散，加外磁场后，如图B所示，磁性共价有机骨架纳米复合材料被吸附到磁铁所放置的那一侧，这说明了所制得的磁性共价有机骨架纳米复合材料具有磁性。

图3为实施例1所合成的四氧化三铁纳米粒子(A)和磁性共价有机骨架纳米复合材料(B)的红外谱图。从红外谱图可以看出：在(B)图中，磁性共价有机骨架纳米复合材料在1619cm^-1处出现很强的吸收峰，这说明了1,3,5-三（4-氨苯基）苯和对苯二甲醛形成了亚按键（-C=N-）；1697cm^-1和3027cm^-1处出现的弱峰分别为共价有机骨架末端还存在的醛基和胺基。584cm^-1处出现的峰为四氧化三铁中的Fe-O键的吸收峰。对比（A）和（B）图，可以明显得看出共价有机骨架材料成功覆盖在四氧化三铁纳米粒子表面。

实施例2：

磁性共价有机骨架纳米复合材料用于含苯环结构肽段的富集

称取一系列5mg实施例1所合成的磁性共价有机骨架纳米复合材料于5mL离心管中，分别与1mL不同浓度的肽段L2(FGFG)及肽段L7(RPPGFSPFR)混合均匀。混合液置于室温下的摇床上2h以确保达到吸附平衡。吸附平衡后用磁铁分离磁性粒子与肽段混合液，通过紫外-可见分光光度计对反应后上清液进行吸光度测试，计算吸附量。如图4所示，磁性共价有机骨架纳米复合材料对肽段L7的饱和吸附量大于7.5mg/g，而对肽段L2的饱和吸附量只达到1.5mg/g，说明磁性共价有机骨架纳米复合材料对含苯环结构的肽段有着良好的吸附和分离作用。肽段上的苯环结构越多，本发明中的磁性共价有机骨架纳米复合材料对其吸附性能越好。

实施例3：

磁性共价有机骨架纳米复合材料用于含苯环结构肽段和血清实际样的分离富集

称取一系列5mg实施例1所合成的磁性共价有机骨架纳米复合材料于5mL离心管中，与1mL标准液(含稀释50倍的健康人血清和50ppm的L7(RPPGFSPFR))混合。混合液置于室温下的摇床上保持2h以确保达到吸附平衡。吸附平衡后用磁铁分离磁性粒子与肽段混合液，收集上清液。用200ul洗脱液（50%乙腈+50%水）对吸附后的材料进行洗脱，混合均匀后在摇床上保持1h，收集洗脱液。通过高效液相色谱对标准液、上清液和洗脱液进行色谱分离。图5为标准液、上清液和洗脱液的色谱图，图中标L7的峰为肽段L7的峰，其他的峰为血清样品的峰（除了2min处的溶剂峰外），从图中可以看出经过磁性共价有机骨架纳米复合材料吸附后，上清液的肽段L7的峰消失了，而血清样品的峰基本没有减少，洗脱液中的肽段L7的峰经过富集后高于标准液中的峰，而血清样品的峰基本没有。说明磁性共价有机骨架纳米复合材料对含苯环结构的肽段有着良好的吸附和分离作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种磁性共价有机骨架纳米复合材料，其特征在于：利用溶剂热反应法合成四氧化三铁纳米粒子；以1,3,5-三（4-氨苯基）苯和对苯二甲醛为原料，在醋酸的催化作用下，在四氧化三铁纳米粒子表面进行共价连接，生成所述磁性共价有机骨架纳米复合材料。

2.一种如权利要求1所述的磁性共价有机骨架纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）四氧化三铁纳米粒子的制备

在乙二醇中加入可溶性三价铁离子盐、醋酸钠和柠檬酸钠，配成澄清溶液，将该溶液移入密闭加热容器中，在180-220℃条件下进行溶剂热反应，反应5-12h，得到四氧化三铁纳米粒子；

（2）磁性共价有机骨架纳米复合材料的制备

将步骤（1）所得四氧化三铁纳米粒子和1,3,5-三（4-氨苯基）苯及对苯二甲醛分散在有机溶剂中，室温下超声25min后，在醋酸的催化作用下生成磁性共价有机骨架纳米复合材料。

3.根据权利要求2所述磁性共价有机骨架纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述的可溶性三价铁离子盐、醋酸钠和柠檬酸钠的摩尔比为1-5:10-20:0-4；其中可溶性三价铁离子盐为氯化铁、醋酸铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种。

4.根据权利要求2所述磁性共价有机骨架纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述的四氧化三铁纳米粒子、1,3,5-三（4-氨苯基）苯和对苯二甲醛的质量比为100-700：105.4：50-100。

5.根据权利要求2所述磁性共价有机骨架纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述的四氧化三铁纳米粒子的质量与有机溶剂的体积之比为30-460mg：20-100mL。

6.根据权利要求2所述磁性共价有机骨架纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为二甲基亚砜或间甲酚。

7.根据权利要求2所述磁性共价有机骨架纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述的醋酸的质量分数为36-98%。

8.一种如权利要求1所述的磁性共价有机骨架纳米复合材料的应用，其特征在于：用于分离和富集带苯环结构的肽段或疏水性肽段。