CN107398094A - 一种抗蛋白吸附的毛细管柱及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉一种抗蛋白吸附的毛细管柱，其特征在于，所述毛细管内壁修饰有抗蛋白吸附共价键合涂层，所述的抗蛋白共价键合涂层是由感光重氮树脂和环糊精经紫外光照射发生光固化交联反应形成，所述抗蛋白共价键合涂层的厚度为1～10nm。其制备方法是利用环糊精和感光聚合物重氮树脂的静电自组装和光固化交联反应在石英毛细管柱的内壁上构筑共价键合抗蛋白吸附涂层。该涂层的制备可以通过层层自组装的方式在水相中进行，制备过程简单、快捷、无毒、成本低，涂层的化学键合是通过利用感光重氮树脂与环糊精光固化交联反应实现，具有良好的亲水性，优异的抗蛋白吸附能力，因此应用于毛细管内壁涂层时不易出现毛细管堵塞等质量问题。

Description

一种抗蛋白吸附的毛细管柱及其制备方法

技术领域

本发明涉及毛细管柱分离的技术领域，具体涉及一种抗蛋白吸附的毛细管柱以及这种毛细管柱的制备方法。

背景技术

毛细管电泳不仅具有灵敏度高、分辨率高、进样少、溶剂用量低、速度快、检测方法多样等特点，它还可以分离从离子到中性分子、从小分子到生物大分子的一系列化合物，尤其是多肽、蛋白质、DNA等生物大分子的分离分析，因此近几年来毛细管电泳得到了迅猛的发展。然而未经修饰的毛细管内壁与被分析样品尤其是生物大分子样品相互作用，使蛋白质在毛细管内壁产生非特异性吸附，往往会导致峰拖尾、峰缺失、结果重现性差等结果，严重影响了毛细管电泳的分离性能。目前，对毛细管内壁进行涂层改性是抑制分析物与毛细管内壁间吸附作用，提高毛细管电泳的分离效果和重现性的最有效、最常用的方法。毛细管涂层柱对提高毛细管电泳的分离效果和重现性非常关键，这就对所修饰的涂层性能要求越来越高。

近年来，利用硅烷化试剂作为偶联剂所制备的抗蛋白吸附共价键合涂层柱在毛细管电泳中得到了广泛的应用。此方法虽然具有抗蛋白吸附性但是效果没有本专利提出的方法抗蛋白吸附性好，而且这一方法还存在很多不足，不仅制备中所用的硅烷化试剂的毒性大而且操作复杂；毛细管内的聚合反应也很难控制,容易造成涂层的不均一性、不规整性、甚至阻塞毛细管。如：(1)Timperman等在《Analytical Chemistry》杂志2006,78,4326-4333报道了利用含聚乙二醇(PEG)的硅烷化试剂制备了抗蛋白吸附的毛细管芯片电泳共价键合涂层柱。制备过程繁琐、耗时较长，所用的硅烷化试剂具有毒性、易水解、成本昂贵。(2)专利CN1236892A报道了交联聚丙烯酰胺类涂层毛细管柱辐射制备方法。该方法不仅步骤繁琐，还用到了有毒且易水解的硅烷化试剂。(3)专利CN101498699A公开报道了一种毛细管电泳涂层柱，聚乙烯醇(PVA)和氨丙基三乙氧基硅烷化试剂制备了抗蛋白吸附的毛细管电泳共价键合涂层柱，制作过程分为毛细管预处理、硅烷化试剂涂覆、引入含醛基功能分子，聚合物涂层缩醛化等多个步骤，而且氨丙基三乙氧基硅烷化试剂有毒、易水解。

以上所列的毛细管电泳涂层柱的制备方法，工艺流程复杂，操作条件苛刻，生产过程毒性较大，生产效率偏低，生产成本偏高，所制备抗蛋白吸附毛细管电泳涂层柱的稳定性及重现性差，限制了它们在蛋白质分离分析中的应用。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有的制备工艺流程复杂、操作条件苛刻、生产过程毒性大、生产效率低、生产成本高、所制备抗蛋白吸附毛细管电泳共价键合涂层柱质量不佳的问题，进而提供一种抗蛋白吸附的毛细管柱及其制备方法，其工艺流程简便、生产过程环保、生产效率高、生产成本低、所制备抗蛋白吸附毛细管电泳共价键合涂层柱质量好。涂层的化学键合是通过利用感光重氮树脂与环糊精光固化交联反应实现，具有良好的亲水性，优异的抗蛋白吸附能力，因此应用于毛细管内壁涂层时不易出现毛细管堵塞等质量问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种抗蛋白吸附的毛细管柱，所述毛细管内壁修饰有抗蛋白吸附共价键合涂层，所述的抗蛋白共价键合涂层是由感光重氮树脂和环糊精经紫外光照射发生光固化交联反应形成，所述抗蛋白共价键合涂层的厚度为1～10nm。

一种抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，包括下述步骤：

S1、浓度为2-6mg·ml^-1的感光重氮树脂溶液，水，浓度为2-6mg·ml^-1的环糊精水溶液和水先后缓慢注入活化后的毛细管内；所述感光重氮树脂和所述环糊精的质量比为1:(1-1.3)；

S2、干燥步骤S1制备的毛细管，在将其置于波长为248nm～365nm的紫外灯下曝光10min～30min，即可构筑具有重氮树脂-环糊精复合结构的抗蛋白吸附的毛细管柱。

所述感光重氮树脂的重均分子量Mw为700-5500，优选为2000-4000。

所述感光重氮树脂溶液的浓度为2-4mg·ml^-1，环糊精水溶液的浓度位2-4mg·ml^-1。

所述的步骤S1在温度为10至50℃的条件下进行。

所述的步骤S1重复1-7次，优选为1-3次。

所述的抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，还包括下述步骤：

S0、毛细管内部活化预处理

先后分别用强碱溶液、水、盐酸溶液、水及甲醇冲洗毛细管，冲洗时间分别为25-35min、8-12min、25-35min、8-12min和8-12min，然后用惰性气体吹干毛细管，即可得到活化的毛细管；

所述氢氧化钠溶液份浓度为0.09-0.11mol·L^-1，所述盐酸溶液的浓度为0.09-0.11mol·L^-1。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明提供的抗蛋白吸附的毛细管柱的内壁修饰有抗蛋白吸附共价键合涂层，所述的抗蛋白共价键合涂层是由感光重氮树脂和环糊精经紫外光照射发生光固化交联反应形成，即经过紫外光照发生光固化交联反应，使原来的氢键转化成共价键，从而在石英毛细管内壁上形成稳定的共价键合涂层，不易出现毛细管堵塞等质量问题，因此具有优异的抗蛋白吸附性能。

(2)本发明抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，利用感光重氮树脂和环糊精进行静电自组装发生光固化交联反应在毛细管内壁构筑稳定的抗蛋白吸附共价键合涂层。具体地，将感光重氮树脂溶液，水，环糊精水溶液和水先后缓慢注入毛细管内，所述的感光重氮树脂溶液及环糊精溶液分别在注射器驱动力的作用下先后沿着石英毛细管内壁组装生长，经过紫外光照射后，感光重氮树脂分别与毛细管内壁上的硅羟基和环糊精上的巯基发生光固化交联反应形成涂层。该涂层的制备可以通过自组装的方式在水相中进行，制备过程简单快捷。涂层的化学键合是通过利用感光重氮树脂与环糊精光固化交联反应实现，其中环糊精具有良好的亲水性，优异的抗蛋白吸附能力，因此应用于毛细管内壁涂层时不易出现毛细管堵塞等质量问题。

(3)本发明提供的温敏性可再生毛细管的制备方法，还包括毛细管内壁的预处理方法，分别用氢氧化钠溶液、蒸馏水、盐酸溶液、水及甲醇冲洗毛细管，然后用惰性气体吹干毛细管，经过预处理活化后的毛细管内壁毛细管内壁暴露许多的硅羟基(Si-OH)，与感光重氮树脂DR形成氢键，经紫外曝光后，转化为共价键。

(4)本发明的毛细管内壁的涂层为环糊精利用感光重氮树脂经紫外光照射后光固化交联而成，避免使用毒性高、价格昂贵的偶联剂硅烷化试剂，简化了制备毛细管抗蛋白吸附的共价键合涂层的流程，重复性好，原料价格低，生产过程绿色环保。

(5)本发明方法制备的抗蛋白吸附毛细管电泳共价键合涂层柱，可用于对蛋白质、糖蛋白、肽链、激素、酶等生物样品分离检测和纯化。

附图说明

图1为四种常见蛋白质电泳分离性能的对比分析图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。

本发明提供了一种抗蛋白吸附的毛细管柱，所述毛细管内壁修饰有抗蛋白吸附共价键合涂层，所述的抗蛋白共价键合涂层是由感光重氮树脂和环糊精经紫外光照射发生光固化交联反应形成，所述抗蛋白共价键合涂层的厚度为1～10nm。

一种抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，包括下述步骤：

S1、浓度为2-6mg·ml^-1的感光重氮树脂溶液，水，浓度为2-6mg·ml^-1的环糊精水溶液和水先后缓慢注入活化后的毛细管内；所述感光重氮树脂和所述环糊精的质量比为1:(1-1.3)；

S2、干燥步骤S1制备的毛细管，在将其置于波长为248nm～365nm的紫外灯下曝光10min～30min，即可构筑具有重氮树脂-环糊精复合结构的抗蛋白吸附的毛细管柱。

所述感光重氮树脂的重均分子量Mw为700-5500，重氮树脂的重均分子量太小时，交联度不好影响涂层效果；重均分子量太大时，重氮树脂的溶解度不好，不仅涂层困难还会影响涂层的效果，所以感光重氮树脂的重均分子量Mw优选为2000-4000。感光重氮树脂溶液的浓度为2-4mg·ml^-1，环糊精水溶液的浓度位2-6mg·ml^-1。

所述的步骤S1在温度为10至50℃的条件下进行。

所述的步骤S1重复1-7次，优选重复1-3次。

所述的感光重氮树脂，环糊精具有式(2)所示结构式：

式(1)中n为2-10的整数。

所述的抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，还包括下述步骤：

S0、毛细管内部活化预处理

先后分别用强碱溶液、水、盐酸溶液、水及甲醇冲洗毛细管，冲洗时间分别为25-35min、8-12min、25-35min、8-12min和8-12min，然后用惰性气体吹干毛细管，即可得到活化的毛细管；

所述氢氧化钠溶液份浓度为0.09-0.11mol·L^-1，所述盐酸溶液的浓度为0.09-0.11mol·L^-1。

本发明的蛋白质分离性能由CL-1020型毛细管电泳仪测得，被分析物中四种蛋白质(1、溶菌酶，2、牛血清白蛋白，3、核糖核酸酶A，4、肌红蛋白)的浓度均为0.5mg/ml，紫外检测波长均为214nm，共价键合涂层柱与石英毛细管裸柱的有效长度均为41cm、内径均为75μm，柱温均为25℃，分离电压均为+15kV，分离介质均为40mM浓度的磷酸盐缓冲溶液(pH＝3.0)。

实施例1

本实施了提供的一种抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，包括下属步骤：

S0、毛细管内部活化预处理

先后分别用浓度为0.1mol·L^-1的氢氧化钠溶液、蒸馏水、浓度为0.1mol·L^-1的盐酸溶液、蒸馏水及甲醇冲洗毛细管，冲洗时间分别为30min、10min、30min、10min和10min，然后用N₂吹干毛细管，即可得到活化的毛细管。

S1、在温度为10℃的条件下，用浓度为2mg·ml^-的感光重氮树脂溶液(Mw＝2500)对毛细管柱冲洗10min，蒸馏水对毛细管柱冲洗2min。接着用浓度为2mg·ml^-1的环糊精水溶液对毛细管柱冲洗10min，然后再用蒸馏水对毛细管柱冲洗1分钟，这样就完成了1个静电自组装循环；重复该步骤1次；感光重氮树脂的重均分子量Mw为700。

S2、将步骤S1制备的毛细管置于波长为325nm的紫外灯下曝光，曝光时间为15min，即可构筑具有重氮树脂-环糊精复合4层复合结构的抗蛋白吸附共价键的毛细管柱，所述抗蛋白共价键合涂层的厚度约为2.5nm。

由于石英毛细管内壁上的硅羟基与涂层间发生共价交联反应而被屏蔽，因此该共价键合涂层柱具有良好的抗蛋白吸附性能。

如图1所示，环糊精的毛细管共价键合的涂层能够对常见的四种蛋白质进行很好的分离，而毛细管裸柱则无法对这四种蛋白质进行分离。

本实施例提供的一种新型的抗蛋白共价键合毛细管涂层的制备方法，通过感光重氮树脂将具有抗蛋白吸附性能的环糊精键合在毛细管内壁，从而形成有效而稳定的聚合物涂层应用于毛细管电泳分离蛋白质。

实施例2

本实施了提供的一种抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，包括下属步骤：

S0、毛细管内部活化预处理

先后分别用浓度为0.09mol·L^-1的氢氧化钠溶液、蒸馏水、浓度为0.11mol·L^-1的盐酸溶液、蒸馏水及甲醇冲洗毛细管，冲洗时间分别为35min、8min、35min、8min和8min，然后用N₂吹干毛细管，即可得到活化的毛细管。

S1、在温度为20℃的条件下，用浓度为3mg·ml^-的感光重氮树脂溶液(Mw＝750)对毛细管柱冲洗10min，蒸馏水对毛细管柱冲洗2min。接着用浓度为2mg·ml^-1的环糊精水溶液对毛细管柱冲洗10min，然后再用蒸馏水对毛细管柱冲洗1分钟，这样就完成了1个静电自组装循环；感光重氮树脂的重均分子量Mw为2000。

S2、将步骤S1制备的毛细管置于波长为248nm的紫外灯下曝光，曝光时间为25min，即可构筑具有重氮树脂-环糊精复合2层复合结构的抗蛋白吸附共价键的毛细管柱，所述抗蛋白共价键合涂层的厚度约为1nm。

由于石英毛细管内壁上的硅羟基与涂层间发生共价交联反应而被屏蔽，因此该共价键合涂层柱具有良好的抗蛋白吸附性能。

实施例3

本实施例的温敏性可再生毛细管的结构同实施例，其制备方法，包括下述步骤：

S0、毛细管内部活化预处理

先后分别用浓度为0.11mol·L^-1的氢氧化钠溶液、蒸馏水、浓度为0.11mol·L^-1的盐酸溶液、蒸馏水及甲醇冲洗毛细管，冲洗时间分别为25min、12min、25min、12min和8min，然后用N₂吹干毛细管，即可得到活化的毛细管。

S1、在温度为50℃的条件下，用浓度为6mg·ml^-的感光重氮树脂溶液(Mw＝5000)对毛细管柱冲洗10min，蒸馏水对毛细管柱冲洗2min。接着用浓度为8mg·ml^-1的环糊精水溶液对毛细管柱冲洗10min，然后再用蒸馏水对毛细管柱冲洗1分钟，这样就完成了1个静电自组装循环；重复该步骤2次，完成3个静电自组装循环；感光重氮树脂的重均分子量Mw为5500。

S2、将步骤S1制备的毛细管置于波长为365nm的紫外灯下曝光，曝光时间为10min，即可构筑具有重氮树脂-环糊精复合6层复合结构的抗蛋白吸附共价键的毛细管柱，所述抗蛋白共价键合涂层的厚度约为5nm。

由于石英毛细管内壁上的硅羟基与涂层间发生共价交联反应而被屏蔽，因此该共价键合涂层柱具有良好的抗蛋白吸附性能。

实施例4

本实施例的温敏性可再生毛细管的结构同实施例，其制备方法，包括下述步骤：

S0、毛细管内部活化预处理

先后分别用浓度为0.1mol·L^-1的氢氧化钠溶液、蒸馏水、浓度为0.1mol·L^-1的盐酸溶液、蒸馏水及甲醇冲洗毛细管，冲洗时间分别为28min、9min、32min、11min和10min，然后用N₂吹干毛细管，即可得到活化的毛细管。

S1、在温度为40℃的条件下，用浓度为6mg·ml^-的感光重氮树脂溶液(Mw＝1500)对毛细管柱冲洗10min，蒸馏水对毛细管柱冲2min。接着用浓度为2mg·ml^-1的环糊精水溶液对毛细管柱冲洗10min，然后再用蒸馏水对毛细管柱冲洗1分钟，这样就完成了1个静电自组装循环；重复该步骤3次，完成4个静电自组装循环；感光重氮树脂的重均分子量Mw为4000。

S2、将步骤S1制备的毛细管置于波长为288nm的紫外灯下曝光，曝光时间为20min，即可构筑具有重氮树脂-环糊精复合8层复合结构的抗蛋白吸附共价键的毛细管柱，所述抗蛋白共价键合涂层的厚度约为8nm。

由于石英毛细管内壁上的硅羟基与涂层间发生共价交联反应而被屏蔽，因此该共价键合涂层柱具有良好的抗蛋白吸附性能。

实施例5

本实施例的温敏性可再生毛细管的结构同实施例，其制备方法，包括下述步骤：

S0、毛细管内部活化预处理

先后分别用浓度为0.1mol·L^-1的氢氧化钾溶液、蒸馏水、浓度为0.1mol·L^-1的盐酸溶液、蒸馏水及甲醇冲洗毛细管，冲洗时间分别为18min、10min、31min、10min和10min，然后用N₂吹干毛细管，即可得到活化的毛细管。

S1、在温度为30℃的条件下，用浓度为4mg·ml^-的感光重氮树脂溶液(Mw＝5000)对毛细管柱冲洗10min，蒸馏水对毛细管柱冲洗2min。接着用浓度为5mg·ml^-1的环糊精水溶液对毛细管柱冲洗10min，然后再用蒸馏水对毛细管柱冲洗1分钟，这样就完成了1个静电自组装循环；重复该步骤2次，完成3个静电自组装循环；感光重氮树脂的重均分子量Mw为3000。

S2、将步骤S1制备的毛细管置于波长为325nm的紫外灯下曝光，曝光时间为20min，即可构筑具有重氮树脂-环糊精复合8层复合结构的抗蛋白吸附共价键的毛细管柱，所述抗蛋白共价键合涂层的厚度约为8nm。

由于石英毛细管内壁上的硅羟基与涂层间发生共价交联反应而被屏蔽，因此该共价键合涂层柱具有良好的抗蛋白吸附性能。

图1中曲线a为裸毛细管对溶菌酶、牛血清白蛋白、核糖核酸酶A和肌红蛋白四种混合蛋白质的分离效果，曲线b为实施例环糊精共价键合制备的抗蛋白吸附的毛细管柱和裸管毛细管柱对溶菌酶、牛血清白蛋白、核糖核酸酶和肌红蛋白四种混合蛋白质的分离效果，其中波峰1为溶菌酶，波峰2为牛血清白蛋白，波峰3为核糖核酸酶A，波峰4为肌红蛋白。分离条件:紫外波长为214nm，缓冲溶液为pH＝3.0的磷酸盐溶液，蛋白质溶液浓度为0.5mg·L^-1。

从图中可以看出a中的蛋白质没有分离开，这主要是蛋白质吸附在毛细管内壁上的原因；b中的四种蛋白质完全分离开(1、2、3、4分别对应四种蛋白质)，并且分离效果很好。从图中可以得出环糊精共价键合涂层毛细管具有很好的抗蛋白吸附，适用于对蛋白质等生物大分子的毛细管电泳分离检测和纯化。

上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种抗蛋白吸附的毛细管柱，其特征在于，所述毛细管内壁修饰有抗蛋白吸附共价键合涂层，所述的抗蛋白共价键合涂层是由感光重氮树脂和环糊精经紫外光照射发生光固化交联反应形成，所述抗蛋白共价键合涂层的厚度为1～10nm。

2.一种抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、浓度为2-6mg·ml^-1的感光重氮树脂溶液，水，浓度为2-6mg·ml^-1的环糊精水溶液和水先后缓慢注入活化后的毛细管内；所述感光重氮树脂和所述环糊精的质量比为1:(1-1.3)；

S2、干燥步骤S1制备的毛细管，在将其置于波长为248nm～365nm的紫外灯下曝光10min～30min，即可构筑具有重氮树脂-环糊精复合结构的抗蛋白吸附的毛细管柱。

3.根据权利要求2所述抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，其特征在于，所述感光重氮树脂的重均分子量Mw为700-5500。

4.根据权利要求3所述抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，其特征在于，所述感光重氮树脂的重均分子量Mw为2000-4000。

5.根据权利要求1所述抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，其特征在于，所述感光重氮树脂溶液的浓度为2-4mg·ml^-1，环糊精水溶液的浓度位2-4mg·ml^-1。

6.根据权利要求5所述抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1在温度为10至50℃的条件下进行。

7.根据权利要求6所述的抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1重复1-7次。

8.根据权利要求7所述的抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1重复1-3次。

9.根据权利要求2所述的抗蛋白吸附的毛细管柱的制备方法，其特征在于，还包括下述步骤：

S0、毛细管内部活化预处理

先后分别用强碱溶液、水、盐酸溶液、水及甲醇冲洗毛细管，冲洗时间分别为25-35min、8-12min、25-35min、8-12min和8-12min，然后用惰性气体吹干毛细管，即可得到活化的毛细管；

所述氢氧化钠溶液份浓度为0.09-0.11mol·L^-1，所述盐酸溶液的浓度为0.09-0.11mol·L^-1。