CN107899422A - 一种共混离子交换膜的制备和应用方法 - Google Patents

一种共混离子交换膜的制备和应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共混离子交换膜的制备方法，以及在蛋白质分离上的应用方法。其制备包括如下步骤：以N‑甲基吡咯烷酮为溶剂，以磺化聚芳醚酮和聚砜为膜材料制备铸膜液，以异丙醇水溶液为凝固浴，利用刮刀在无纺布上制备共混膜。其应用在等电聚焦薄膜电泳系统，装置由离子交换膜分割为多个膜室，以三(羟甲基)氨基甲烷为缓冲溶液，通过酸碱自动滴定将各膜室的pH值控制在一定梯度；利用不同蛋白质及生物分子间等电点的不同，在电场条件下将不同蛋白质分离至不同的膜室中。本发明的共混离子交换膜最高可使产物纯度接近100％。

Description

一种共混离子交换膜的制备和应用方法
技术领域
本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种共混离子交换膜的制备和应用方法。
背景技术
等电聚焦电泳技术是蛋白质的高效分离技术，其原理是利用两性电解质在凝胶中创造一个pH梯度，同时利用蛋白质具有两性解离和等电点的特点，对蛋白质进行分离分析。蛋白质等电聚焦电泳技术分离效率高、分离富集同时完成等优点。
等电聚焦薄膜电泳技术是利用离子交换膜将连续液相分割成数个膜室，通过控制膜室的pH形成梯度，从而在电场作用下达成分离效果。该技术可以对蛋白质及生物分子进行高效分离、富集，并保证蛋白质损失降低到最低程度。
等电聚焦薄膜电泳技术的关键之一是离子交换膜的性能，膜的离子交换能力和孔径对分离效果影响显著。孔径过小，将降低膜通量，甚至截留蛋白质分子，从而降低分离效果；孔径过大，则难以控制膜室pH，难以达成分离效果。
发明内容
本发明目的在于提供了一种共混离子交换膜的制备和应用方法。本发明的方法能够提高PH梯度的可调控性，有效地分离蛋白质，能够得到高纯度的产物。
本发明公开了一种共混离子交换膜的制备和应用方法，涉及一种分离纯化蛋白质的共混离子交换膜及其分离装置，包括如下步骤：以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，以磺化聚芳醚酮和聚砜为膜材料制备铸膜液，利用刮刀在无纺布上制备复合膜；分离装置由复合膜分割为四个膜室，以三(羟甲基)氨基甲烷为缓冲溶液，将四个膜室的PH值控制在一定梯度；分离腔的两侧分别设置有一电极室，其中一电极室内设置有一正电极，另一电极室内设置有负电极；在分离腔上设置有缓冲液输和样品进口和出口，通过酸碱自动滴定控制各膜室pH；实验过程中通过控制各膜室的pH，使不同等电点的蛋白质在电场作用下分开停留在两个不同膜室中，达成分离效果。
所述的分离膜采用共混离子交换膜，将磺化聚芳醚酮和聚砜溶解在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，两聚合物的质量分数分别为10％～15％和15％～10％,脱气过夜后，将溶液浇铸在无纺布上，用配有厚度为150～250μm刮刀的涂膜机制备刮膜后，浸入50-100％异丙醇水溶液的凝固浴中15分钟，清洗后在纯水浸泡备用。使用前，用0.5M盐酸进行后处理，得到共混离子交换膜。
所述的缓冲溶液为三(羟甲基)氨基甲烷。
所述的阳极的电极液为磷酸、硫酸、盐酸、或上述混合溶液的酸性电解质，且酸性电解质浓度为0.1～0.5M；阴极的电极液为氢氧化铵、氢氧化钠、或上述混合溶液的碱性电解质，且碱性电解质的浓度为0.1～0.5M。
通过调控各膜室的pH，电流等参数，使不同等电点的蛋白质在电场作用下分开停留在两个不同膜室中，达成分离效果。
附图说明
图1为本发明一种共混离子交换膜的应用方法(等电聚焦薄膜电泳系统)原理简易图；其中，数字1-4表示膜室1-4，5为本发明中的共混离子交换膜；A，牛血清蛋白；B，肌球素。
表1为本发明实施例中共混离子交换膜的制备和应用方法使用的电极液、缓冲溶液、电流大小、膜通量以及相应膜室3中肌球素纯度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
本实施例的一种共混离子交换膜的制备和应用方法，涉及一种分离肌球素和牛血清白蛋白的共混离子交换膜及其分离装置，包括如下步骤：以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，制备含10％磺化聚芳醚酮和15％聚砜为的铸膜液，利用250μm刮刀在无纺布上制备共混膜，得到膜孔径在 20nm的离子交换膜
分离装置由复合膜分割为四个膜室，以20mM的三(羟甲基)氨基甲烷为缓冲溶液，通过酸碱自动滴定控制四个膜室的PH值分别为4、4.8、7.0、9.5。阳极的电极液为浓度为0.033M磷酸溶液，阴极的电极液为浓度为0.1M氢氧化钠溶液，膜室2中装有待分离的质量浓度为0.5g/L牛血清蛋白和质量浓度为2.5g/L肌球素混合液，实验过程中电流的大小控制在50mA。在电场作用下，肌球素将迁移至膜室3，而牛血清蛋白停留在膜室2。通过液相色谱，测得肌球素通量为1.54mg/LMh,在膜室3中的纯度为92％。
实施例2
将上述等电聚焦薄膜系统的阳极的电极液为浓度改为0.033M磷酸溶液，阴极的电极液为浓度为0.1M氢氧化钠溶液，缓冲溶液浓度为50mM，实验过程中电流的大小控制在80mA，测得肌球素通量为2.47mg/LMh,在膜室3中的纯度为98.9％。
实施例3
将上述等电聚焦薄膜系统的阳极的电极液为浓度改为0.1M磷酸溶液，阴极的电极液为浓度为0.2M氢氧化钠溶液，缓冲溶液浓度为35mM，实验过程中电流的大小控制在80mA，测得肌球素通量为4.79mg/LMh,在膜室3中的纯度接近100％。
表1
H3PO4(M) NaOH(M) 缓冲溶(mM) 电流(mA) 通量(mg/Lh) 肌球素纯度(％)
0.033 0.1 20 50 1.54 92
0.033 0.1 50 80 2.47 98.9
0.1 0.2 35 80 4.79 ～100

Claims (6)

1.一种共混离子交换膜的制备和应用方法，涉及一种分离纯化蛋白质的共混离子交换膜及其分离装置，包括如下步骤：以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，以磺化聚芳醚酮和聚砜为膜材料制备铸膜液，利用刮刀在无纺布上制备复合膜；分离装置由复合膜分割为四个膜室，以三(羟甲基)氨基甲烷为缓冲溶液，将四个膜室的PH值控制在一定梯度；分离腔的两侧分别设置有一电极室，其中一电极室内设置有一正电极，另一电极室内设置有负电极；在分离腔上设置有缓冲液输和样品进口和出口，通过酸碱自动滴定控制各膜室pH；实验过程中通过控制各膜室的pH，使不同等电点的蛋白质在电场作用下分开停留在两个不同膜室中，达成分离效果。
2.根据权利要求1所述的一种共混离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述的分离膜采用共混离子交换膜；铸膜液以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，溶质分别为磺化聚芳醚酮和聚砜，质量分数分别为10％～15％，15％～10％；支撑层为无纺布，凝固浴为50％-100％的异丙醇水溶液，膜厚度为150-250μm，孔径10-20nm。
3.根据权利要求1所述的一种共混离子交换膜的应用方法，其特征在于：等电聚焦薄膜系统所用分离膜为上述制备的共混离子交换膜，其作用是分隔各膜室中溶液以协助控制pH。
4.根据权利要求1所述的一种共混离子交换膜的应用方法，其特征在于：所述的缓冲溶液为三(羟甲基)氨基甲烷。
5.根据权利要求1所述的一种共混离子交换膜的应用方法，其特征在于：所述的阳极的电极液为磷酸、硫酸、盐酸、或上述混合溶液的酸性电解质，且酸性电解质浓度为0.1～0.5M；阴极的电极液为氢氧化钾、氢氧化钠、或上述混合溶液的碱性电解质，且碱性电解质的浓度为0.1～0.5M。
6.根据权利要求1所述的一种共混离子交换膜的应用方法，其特征在于：通过调控各膜室的pH，电流等参数，使不同等电点的蛋白质在电场作用下分开停留在两个不同膜室中，达成分离效果。
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