CN106810723A

CN106810723A - 一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶及其制备方法

Info

Publication number: CN106810723A
Application number: CN201710034959.0A
Authority: CN
Inventors: 付飞亚; 顾家源; 刘向东; 张瑞鸿; 沈荣盛
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2017-06-09
Anticipated expiration: 2037-01-18
Also published as: CN106810723B

Abstract

本发明公开了一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶及其制备方法，属于复合材料领域。一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶及其制备方法，其特征在于：所述的一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶由纤维素、纳米ZnO和纳米Au构成。所述的一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶的制备方法为：第一步配制NaOH/尿素/锌酸钠水溶剂并预冷；第二步将聚集态纤维素浸入预冷的NaOH/尿素/锌酸钠水溶剂中高速搅拌使其溶解；第三步向得到的纤维素水溶液中加入氯金酸溶液，搅拌均匀并静置；第四步将溶液流延成膜并浸入乙二醇或丙三醇中通过溶胶‑凝胶转变制得一种纤维素基Au@ZnO纳米复合水凝胶。

Description

一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶及其制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

毛细管电泳是一种强大的分离分析工具，在环境监控、药物分析以及手性分离等领域发挥了重要的作用。然而，其在碱性蛋白质分离方面的应用十分有限，这是因为碱性蛋白质很容易通过静电引力和疏水相互作用吸附到毛细管壁上，从而造成峰变宽，峰拖尾，蛋白质回收率、柱效、分离度以及重现性的下降，甚至会污染毛细管柱。目前最常用的是涂层方法(Analytical Chemistry 2013, 85, 9824-9831)，已有多种高分子被用作涂层材料来抑制毛细管壁对蛋白质的吸附。它们通过掩盖毛细管内壁的硅羟基来屏蔽蛋白质的吸附位点，或反转毛细管内壁所带电荷，通过静电斥力阻止蛋白质的吸附(Analytical Chemistry2008,80,1806-1812)达到抑制碱性蛋白质吸附的目的。另一方面，Au纳米粒子具有比表面积高，易表面改性以及优异的稳定性等独特的理化性质，在毛细管电泳和微流控芯片电泳中被用作涂层材料；在毛细管电色谱中则充当准固定相材料。研究表明：往上述体系中加入高分子量的聚环氧乙烷能够与Au纳米粒子形成复合物并进一步提高蛋白质的分离效率。在其它体系中也观察到类似现象。例如，1.6%聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDAC）溶液中添加少量的 Au NPs 即可显著提高蛋白质的分离速度和分离效率(Electrophoresis 2008, 29,3024-3031)。上述方法存在着明显的缺点和不足：1）添加的高分子与Au纳米粒子结合不牢固，重复利用率低。2）制备Au纳米粒子的过程繁琐，能耗大。3）制备得到的复合涂层材料价格较高，难以工业化。

因此，现有技术中存在如下技术问题：毛细管电泳是一种强大的分离分析工具，在环境监控、药物分析以及手性分离等领域发挥了重要的作用。Au纳米粒子具有比表面积高，易表面改性以及优异的稳定性等独特的理化形式，在毛细管电泳和微流控芯片电泳中被用作涂层材料，将 Au 纳米粒子和高分子结合起来用作毛细管电泳的动态涂层会显著提高蛋白质的分离效率。然而现在一般利用强还原剂NaBH₄或高压高温水热反应来还原得到Au纳米离子，过程繁琐、能耗大，阻碍了其进一步的发展。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶及其制备方法。所述的一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶由纤维素纳米微纤、纳米ZnO以及纳米Au构筑而成，其中纳米ZnO的粒径为30~80 nm，纳米Au的粒径为5~20nm，具有催化以及毛细管电泳分离蛋白质的作用。具体技术方案如下：

一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶的制备方法，所述的具有分离蛋白质作用的复合水凝胶以纤维素/纳米ZnO为主体，纳米Au生长在纳米ZnO表面，形成核壳异质结构，包括如下步骤：第一步：配制NaOH/尿素/锌酸钠水溶剂并预冷至-11~-14℃，其中水溶剂由5~12wt% NaOH、0.8~1.5 wt% 锌酸钠、3~12 wt% 尿素和水组成；第二步：将聚集态纤维素浸入预冷的NaOH/尿素/锌酸钠水溶剂中，快速搅拌使其溶解；第三步：向得到的纤维素水溶液中加入0.2~1.0 mmol/L的氯金酸溶液20~100 ml，搅拌均匀并静置5~12小时，静置温度为5~35℃；第四步：将静置后的溶液流延成膜并浸入丙酮或乙醇或乙二醇或丙三醇中使其发生溶液凝胶化转变，使用去离子水洗至中性最终制得纤维素基Au@ZnO纳米复合水凝胶。

进一步的，第四步中，溶液凝胶化转变过程中温度为20~80 ℃，时间为5~30 min。

进一步的，所述的具有分离蛋白质作用的复合水凝胶中纳米ZnO的粒径为30~80nm，占干重的5~15 wt%；纳米Au的粒径为5 ~ 20 nm，占干重的2~8 wt%。

与已有技术相比较，采用本发明技术方案有显著进步，且能取得有益效果：本发明首先利用生物大分子维素使锌酸钠矿化结晶纳米ZnO，然后利用ZnO在紫外光照射条件下会产生电子以及电子空穴来还原金离子得到纳米Au，最终得到Au包裹在纳米ZnO外部，形成核壳异质结构，达到了很好的效果：a）实验过程简单，过程绿色，条件温和；b）制备得到的一种纤维素/纳米ZnO/纳米Au复合水凝胶的催化、毛细管电泳分离蛋白质的能力优异。

附图说明

图1是本发明的具有分离蛋白质作用的复合水凝胶的放大结构图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案进一步地说明。

实施例1

第一步配置NaOH/锌酸钠/尿素水溶剂并冷冻至-12℃，组合水体系由7 wt%氢氧化钠，0.8 wt%锌酸钠，6 wt%尿素和水组成；第二步将聚集态纤维素浸入预冷的NaOH//锌酸钠/尿素水溶剂，快速搅拌使其溶解；第三步向得到的纤维素水溶液中加入0.2~1mmol/L的氯金酸溶液20~100ml，搅拌均匀并放置2~12小时；第四步将溶液流延成膜并浸入乙二醇或丙三醇中通过溶胶-凝胶转变最终制得一种纤维素基Au@ZnO纳米复合水凝胶；第五步使用去离子水洗至中性。

制得的复合水凝胶由纤维素纳米微纤、纳米ZnO、纳米Au构筑而成，其中纤维素纳米纤维的直径为40 nm，纳米ZnO的粒径为40 nm，纳米Au的粒径为10nm，所得复合水凝胶具有毛细管电泳分离蛋白质的作用，其理论塔板数与纤维素涂层毛细管内相比提高1.5倍，电渗流测定结果也显示复合水凝胶涂层毛细管内EOF值比纤维素增加了约14%。

实施例2

第一步配置NaOH/锌酸钠/尿素水溶剂并冷冻至-13℃，组合水体系由8 wt%氢氧化钠，1.0 wt%锌酸钠，10 wt%尿素和水组成；第二步将聚集态纤维素浸入预冷的NaOH//锌酸钠/尿素水溶剂，快速搅拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于乙二醇中制得纤维素/纳米ZnO复合水凝胶；第四步将制得的纤维素/ZnO纳米复合膜浸入制得的纤维素/纳米ZnO/纳米Au复合水凝胶浸入3×10^-5mol/L的氯金酸溶液中1h后拿出，并使用30W的紫外灯照射1小时；第五步使用去离子水洗至中性。

制得的复合水凝胶由纤维素纳米微纤、纳米ZnO、纳米Au构筑而成，其中纤维素纳米纤维的直径为30 nm，纳米ZnO的粒径为30 nm，纳米Au的粒径为8nm，所得复合水凝胶具有毛细管电泳分离蛋白质的作用，其理论塔板数与纤维素涂层毛细管内相比提高1.9倍，电渗流测定结果也显示复合水凝胶涂层毛细管内EOF值比纤维素增加了约17%。

实施例3

第一步配置NaOH/锌酸钠/尿素水溶剂并冷冻至-14℃，组合水体系由12 wt%氢氧化钠，1.5 wt%锌酸钠，8 wt%尿素和水组成；第二步将聚集态纤维素浸入预冷的NaOH//锌酸钠/尿素水溶剂，快速搅拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于丙三醇中制得纤维素/纳米ZnO复合水凝胶；第四步将制得的纤维素/ZnO纳米复合膜浸入制得的纤维素/纳米ZnO/纳米Au复合水凝胶浸入4×10^-5mol/L的氯金酸溶液中1.5h后拿出，并使用40W 的紫外灯照射1.5小时；第五步使用去离子水洗至中性。

制得的复合水凝胶由纤维素纳米微纤、纳米ZnO、纳米Au构筑而成，其中纤维素纳米纤维的直径为35 nm，纳米ZnO的粒径为60 nm，纳米Au的粒径为20nm，所得复合水凝胶具有毛细管电泳分离蛋白质的作用，其理论塔板数与纤维素涂层毛细管内相比提高1.3倍，电渗流测定结果也显示复合水凝胶涂层毛细管内EOF值比纤维素增加了约12%。

实施例4

第一步配置NaOH/锌酸钠/尿素水溶剂并冷冻至-12℃，组合水体系由10 wt%氢氧化钠，1.2 wt%锌酸钠，6 wt%尿素和水组成；第二步将聚集态纤维素浸入预冷的NaOH//锌酸钠/尿素水溶剂，快速搅拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于丙三醇中制得纤维素/纳米ZnO复合水凝胶；第四步将制得的纤维素/ZnO纳米复合水凝胶浸入制得的纤维素/纳米ZnO/纳米Au复合水凝胶浸入2×10^-5mol/L的氯金酸溶液中2h后拿出，并使用20W的紫外灯照射0.5小时；第五步使用去离子水洗至中性。

实施例5

第一步配置NaOH/锌酸钠/尿素水溶剂并冷冻至-13℃，组合水体系由7 wt%氢氧化钠，1.5 wt%锌酸钠，12 wt%尿素和水组成；第二步将聚集态纤维素浸入预冷的NaOH//锌酸钠/尿素水溶剂，快速搅拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于乙二醇中制得纤维素/纳米ZnO复合水凝胶；第四步将制得的纤维素/ZnO纳米复合水凝胶浸入制得的纤维素/纳米ZnO/纳米Au复合水凝胶浸入5×10^-5mol/L的氯金酸溶液中2.5h后拿出，并使用50W 的紫外灯照射2小时；第五步使用去离子水洗至中性。

制得的复合水凝胶由纤维素纳米微纤、纳米ZnO、纳米Au构筑而成，其中纤维素纳米纤维的直径为40 nm，纳米ZnO的粒径为30 nm，纳米Au的粒径为5nm，所得复合水凝胶具有毛细管电泳分离蛋白质的作用，其理论塔板数与纤维素涂层毛细管内相比提高2.3倍，电渗流测定结果也显示复合水凝胶涂层毛细管内EOF值比纤维素增加了约20%。

实施例6

第一步配置NaOH/锌酸钠/尿素水溶剂并冷冻至-12℃，组合水体系由8 wt%氢氧化钠，1.3 wt%锌酸钠，12 wt%尿素和水组成；第二步将聚集态纤维素浸入预冷的NaOH//锌酸钠/尿素水溶剂，快速搅拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于乙二醇中制得纤维素/纳米ZnO复合水凝胶；第四步将制得的纤维素/ZnO纳米复合水凝胶浸入制得的纤维素/纳米ZnO/纳米Au复合水凝胶浸入3×10^-5mol/L的氯金酸溶液中3h后拿出，并使用40W 的紫外灯照射1.5小时；第五步使用去离子水洗至中性。

制得的复合水凝胶由纤维素纳米微纤、纳米ZnO、纳米Au构筑而成，其中纤维素纳米纤维的直径为45 nm，纳米ZnO的粒径为50nm，纳米Au的粒径为12nm，所得复合水凝胶具有毛细管电泳分离蛋白质的作用，其理论塔板数与纤维素涂层毛细管内相比提高1.7倍，电渗流测定结果也显示复合水凝胶涂层毛细管内EOF值比纤维素增加了约18%。

实施例7

第一步配置NaOH/锌酸钠/尿素水溶剂并冷冻至-12℃，组合水体系由7 wt%氢氧化钠，0.8 wt%锌酸钠，6 wt%尿素和水组成；第二步将聚集态纤维素浸入预冷的NaOH//锌酸钠/尿素水溶剂，快速搅拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于乙二醇中制得纤维素/纳米ZnO复合水凝胶；第四步将制得的纤维素/ZnO纳米复合水凝胶浸入制得的纤维素/纳米ZnO/纳米Au复合水凝胶浸入2.5×10^-5mol/L的氯金酸溶液中3.5h后拿出，并使用25W 的紫外灯照射1小时；第五步使用去离子水洗至中性。

制得的复合水凝胶由纤维素纳米微纤、纳米ZnO、纳米Au构筑而成，其中纤维素纳米纤维的直径为45 nm，纳米ZnO的粒径为55nm，纳米Au的粒径为25nm，所得复合水凝胶具有毛细管电泳分离蛋白质的作用，其理论塔板数与纤维素涂层毛细管内相比提高1.6倍，电渗流测定结果也显示复合水凝胶涂层毛细管内EOF值比纤维素增加了约15%。

Claims

1.一种具有分离蛋白质作用的复合水凝胶的制备方法，所述的具有分离蛋白质作用的复合水凝胶以纤维素/纳米ZnO为主体，纳米Au生长在纳米ZnO表面，形成核壳异质结构，其特征在于：包括如下步骤：第一步：配制NaOH/尿素/锌酸钠水溶剂并预冷至-11~-14℃，其中水溶剂由5~12 wt% NaOH、0.8~1.5 wt% 锌酸钠、3~12 wt% 尿素和水组成；第二步：将聚集态纤维素浸入预冷的NaOH/尿素/锌酸钠水溶剂中，快速搅拌使其溶解；第三步：向得到的纤维素水溶液中加入0.2~1.0 mmol/L的氯金酸溶液20~100 ml，搅拌均匀并静置5~12小时，静置温度为5~35 ℃；第四步：将静置后的溶液流延成膜并浸入丙酮或乙醇或乙二醇或丙三醇中使其发生溶液凝胶化转变，使用去离子水洗至中性最终制得纤维素基Au@ZnO纳米复合水凝胶。

2.如权利要求1所述的具有分离蛋白质作用的复合水凝胶的制备方法，其特征在于：第四步中，溶液凝胶化转变过程中温度为20~80 ℃，时间为5~30 min。

3.如权利要求1所述的具有分离蛋白质作用的复合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的具有分离蛋白质作用的复合水凝胶中纳米ZnO的粒径为30~80 nm，占干重的5~15 wt%；纳米Au的粒径为5 ~ 20 nm，占干重的2~8 wt%。