CN1542034A

CN1542034A - 双螺旋dna改性的高分子多孔微球和膜及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN1542034A
Application number: CNA2003101108547A
Authority: CN
Inventors: 赵长生
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2004-11-03
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: CN1216093C

Abstract

一种双螺旋DNA改性的高分子多孔微球和膜及其制造方法和用途，其特点是将合成高分子5～30份，溶剂60～90份，添加剂0.1～20份配制成高分子溶液。在另一容器内将双螺旋DNA0.01～0.5份溶解于0.1～10份水中制得DNA水溶液。DNA水溶液与高分子溶液混合制得DNA－高分子混合溶液，利用该混合溶液制备DNA共混改性的高分子多孔微球和膜；或者先用高分子溶液制成微球或膜，然后浸入DNA水溶液，室温干燥后，经紫外照射制备DNA表面改性高分子微球或膜。DNA改性的高分子微球和膜可以直接用于吸附柱，或制成超滤组件在超滤过程中使用，选择性清除环境荷尔蒙和重金属离子，其清除率分别为0.5～60mg/g和0.1～10.0mg/g。

Description

双螺旋DNA改性的高分子多孔微球和膜及其制备方法和用途

一、技术领域

本发明涉及一种双螺旋DNA改性的高分子多孔微球和膜及其制备方法和用途。属于改性功能高分子材料领域。

二、背景技术

核酸DNA是生物体一种重要的遗传物质，同时也是一种具有特殊结构和特殊功能的生物高分子。双螺旋DNA作为一种生物高分子材料，用于改性合成高分子材料，如聚砜和聚醚砜微球等，国内外至今尚无研究报道和产品问世。本发明者用单螺旋DNA改性聚砜平板膜，已经有研究报道，Journal of membrane Science，2003，214：179，Biomaterials，2003，24：3747，并已经申请日本专利。双螺旋DNA材料化的研究报道是将DNA制成膜，经紫外线照射交联，制备成不溶性的膜，用于吸附具有平面结构的环境荷尔蒙物质，Nucleic Acids Symp.Ser.2000，44：255；Environmental Science andTechnology.2002，36：949。用双螺旋DNA改性玻璃微球，即将DNA接枝到玻璃微球上，用于选择性吸附重金属离子，Nucleic Acids Symp.Ser.2000，44，221-222。通过高分子吸附方式清除环境荷尔蒙物质，是利用聚二甲基硅氧烷和环境荷尔蒙物质的疏水相互作用，只对辛醇-水分配系数大的环境荷尔蒙选择性清除，Journal of MembraneScience，2003，213：137。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种双螺旋DNA改性合成高分子多孔微球和膜及其制造方法和用途，其特点是将双螺旋DNA通过共混或接枝改性合成高分子微球和膜，不仅可以吸附具有平面结构的环境荷尔蒙物质，而且也吸附辛醇-水分配系数大的环境荷尔蒙物质，同时能够选择性吸附重金属离子。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

双螺旋DNA改性的高分子多孔微球和膜的配方组分为：

合成高分子 5～30份

溶剂 60～90份

添加剂 0.1～20份

双螺旋DNA 0.01～0.5份

水 0.1～10份

其中合成高分子为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈和/或聚氨酯中的至少一种。

溶剂为N-甲基-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和/或二甲基亚砜中的至少一种。

添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和/或丙二醇中的至少一种。

双螺旋DNA改性高分子微球和膜的制造方法：

1.溶液的制备

将合成高分子5～30份，溶剂60～90份和添加剂0.1～20份三组分放入容器内，在搅拌下于温度75～95℃溶解2～24小时，经过滤、脱泡、放置“熟化”制得高分子溶液；在另一容器内将双螺旋DNA 0.01～0.5份溶解于0.1～10份水中，在室温下混合均匀。然后将DNA水溶液分批缓慢加入高分子溶液中，搅拌混合均匀，制备均匀的DNA-高分子混合溶液。

2.微球的制备

将上述高分子混合溶液通过单孔喷丝头或注射针头，注入高分子的非溶剂中，并搅拌，制备多孔微球。其直径为1～3mm。

3.平板膜的制备

将上述高分子混合溶液平铺于玻璃板上，在空气中放置1～60分钟，成初生膜，然后将初生膜连同玻璃板一起放入非溶剂中成型获得平板膜，其厚度为0.1～2mm。

4.中空纤维膜的制备

将上述高分子混合溶液压滤，通过计量泵经两个同心圆的中空纤维喷丝头挤出，纺丝液挤出速度为3～15ml/min；初生纤维在空气中经5～50cm距离后于温度为20～50℃水浴中凝固成型；再经塑化浴牵伸卷绕，速度为5～50m/min，获得中空纤维膜。其内径为200～1000μm，膜厚度为50～500μm。

5.后处理

将上述多孔微球和膜在室温下放置入脱离子水中，时间为0.5～3天，以除去残留的溶剂和添加剂。多孔微球和膜的孔隙率为30～95％。DNA在共混改性微球和膜中的量为0.2～50.0mg/g，或1.0～100.0μg/cm²。

双螺旋DNA表面改性高分子微球和膜的制造方法：

1.多孔高分子微球和膜的制备

将合成高分子5～30份，溶剂60～90份和添加剂0.1～20份三组分放入容器内，在搅拌下于温度75～95℃溶解2～24小时，经过滤脱泡，放置“熟化”制得高分子溶液。用该不含有DNA的高分子溶液，制备多孔高分子微球和膜。制备方法同前。

2.DNA表面改性高分子微球和膜

将上述的高分子微球和膜浸入含有0.2～10％DNA的水溶液中，时间为8～48小时。然后在室温下空气中干燥，经紫外线照射2～10小时，光强度为2200～11200μW/cm²，将DNA变成水不溶性，并固定在微球或膜的表面上。

3.后处理

将上述DNA改性的高分子微球和膜放入去离子水中，洗脱掉没有反应的DNA，获得DNA稳定的表面改性的合成高分子微球和膜。表面改性高分子多孔微球和膜DNA的固定量为0.2～10.0mg/g，或1.0～30.0μg/cm²。

双螺旋DNA改性高分子微球和膜的用途

将DNA改性高分子微球和膜直接制成吸附柱，或者制成超滤组件在超滤过程中使用，选择性清除环境荷尔蒙物质。

1.吸附柱的制备将微球填充于分离吸附柱，体积可根据需要调整，制备微球吸附柱；平板膜可以直接应用，超滤时使用，也可以裁剪成一定体积填充制备吸附柱；中空纤维膜等长截切，得到中空短纤维填充制备吸附柱，中空纤维膜也可以直接用于吸附或通过超滤使用。

2.DNA改性高分子多孔微球和膜用于选择性吸附环境荷尔蒙物质。对环境荷尔蒙物质的清除率(每克含有DNA的合成高分子微球或膜吸附环境荷尔蒙物质的毫克数)为0.5～60mg/g，详见表1。

3.DNA改性高分子多孔微球和膜用于选择性清除重金属离子。对重金属离子的清除率(每克含有DNA的微球或膜吸附重金属离子的毫克数)为0.1～10.0mg/g，详见表2。

本发明具有如下优点：

1.将核酸双螺旋DNA材料化，改性合成高分子多孔微球和膜，方法简单易行。

2.制备的DNA改性高分子微球和膜，可以制作成吸附柱的形式使用，也可以膜在超滤过程中使用。

3.制备的DNA改性高分子微球和膜，对环境荷尔蒙物质的清除范围广，清除率高。结合了DNA对具有平面结构的环境荷尔蒙物质的选择性吸附，同时对不具有平面结构而辛醇-水分配系数大的环境荷尔蒙物质的吸收的双重功能。

4.制备的DNA改性高分子微球和膜，对重金属离子具有选择性吸附，而对镁离子等轻金属离子不吸附。

5.采用自己的技术路线，制作多孔性的DNA改性合成高分子微球和膜，填补了国内空白。

四、具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例：

1.将聚醚砜10克，聚乙二醇2克，N-甲基吡咯烷酮82.9克，加入容器内，在温度80℃下搅拌4小时，获得高分子溶液。将双螺旋DNA 0.1克溶解于5克水中获得DNA水溶液，然后将DNA水溶液注入高分子溶液，配制成混合溶液。通过0.4mm的注射针头将上述混合溶液注入水中，在100rpm速度下搅拌。微球直径为1.9mm，在去离子水中放置24小时除去残留的溶剂，制成吸附柱，对二苯呋喃的清除量为15mg/g。对金属银离子的清除率为4mg/g。

2.将聚砜18克，聚乙烯吡咯烷酮2克，二甲基甲酰胺77.45克，加入容器内，在温度90℃下搅拌4小时，获得高分子溶液。将双螺旋DNA0.05克溶解于2.5克水中获得DNA水溶液，然后将DNA水溶液注入高分子溶液，配制成混合溶液。将混合溶液平铺于玻璃板上，在空气中放置15分钟，成初生膜，然后将初生膜连同玻璃板一起放入去离子水中成型获得平板膜，其膜厚度0.5mm。对联苯的清除量为15mg/g。对金属铅离子的清除率为2mg/g。

3.将聚醚砜25克，丙二醇4克，二甲基乙酰胺66.92克，加入容器内，在温度85℃下搅拌混匀，获得高分子溶液。将双螺旋DNA 0.08克溶解于4克水中获得DNA水溶液，然后将DNA水溶液注入高分子溶液，配制成混合溶液。将混合溶液脱泡，压滤，经有两个同心圆的中空纤维喷丝头，在温度30℃水浴中凝固成型，纺丝液挤出速度6ml/min，卷绕速度30m/min，空气段距离30cm。纺制的中空纤维膜经经处理，制成中空短纤维吸附柱，二苯-p-二恶荚的清除量为9mg/g，对金属铬离子的清除率为5mg/g。

4.将聚砜15克，聚乙烯吡咯烷酮4克，二甲基亚砜84克，加入容器内，在温度85℃下搅拌混匀，获得高分子溶液。通过0.4mm的注射针头将聚醚砜高分子溶液滴入水中，在100rpm速度下搅拌。得到的微球为直径为1.9mm，经水煮除去残留的溶剂。再将微球浸于2％的双螺旋DNA溶液中24小时，取出于室温干燥，经紫外线照射5小时，光强度为5600μW/cm²。然后再用去离子水中清洗，获得表面改性的聚醚砜微球，制成吸附柱。对二苯呋喃的清除量为12mg/g。对金属银离子的清除率为6mg/g。

5.将聚丙烯腈12克，聚乙二醇0.1克，二甲基甲酰胺85.35克，加入容器内，在温度90℃下搅拌混匀，获得高分子溶液。将双螺旋DNA 0.05克溶解于2.5克水中获得DNA水溶液，然后将DNA水溶液注入高分子溶液，配制成混合溶液。通过0.4mm的注射针头将上述混合溶液注入25％的硫氰酸钠水中，在100rpm速度下搅拌。微球直径为1.9mm，在去离子水中放置24小时除去残留的溶剂，制成吸附柱，对双酚A的清除量为3.5mg/g。对金属铜离子的清除率为1.5mg/g。

6.将聚氨酯12克，丙二醇0.1克，二甲基甲酰胺85.35克，加入容器内，在温度90℃下搅拌混匀，获得高分子溶液。将双螺旋DNA 0.05克溶解于2.5克水中获得DNA水溶液，然后将DNA水溶液注入高分子溶液，配制成混合溶液。通过0.4mm的注射针头将上述混合溶液注入水中，在100rpm速度下搅拌。微球直径为1.9mm，在去离子水中放置24小时除去残留的溶剂，制成吸附柱，对己烯雌粉的清除量为5mg/g。对金属锌离子的清除率为1.5mg/g。

表1双螺旋DNA改性高分子多孔微球和膜对部分环境荷尔蒙物质的清除率

环境荷尔蒙物质中文名称环境荷尔蒙物质英文缩写清除率(mg/g)

联苯 BP 10～30

二苯呋喃 DBF 12～40

二苯-p-二恶荚 DBD 5～35

双酚A BPA 0.5～10

己烯雌酚 DES 1～10

注：清除率为每克聚砜微球或膜所吸附的环境荷尔蒙物质的毫克数。

表2双螺旋DNA改性高分子多孔微球和膜对部分重金属离子的清除率

金属离子清除率(mg/g)

Zn²⁺ 0.1～1.5

Cu²⁺ 0.1～1.5

Ag⁺ 0.2～6.0

Pb²⁺ 0.2～8.0

Cd²⁺ 0.1～1.5

Claims

1.双螺旋DNA改性的高分子多孔微球和膜，其特征在于该多孔微球和膜的配方组分按重量计为：

合成高分子 5～30份

溶剂 60～90份

添加剂 0.1～20份

双螺旋DNA 0.01～0.5份

水 0.1～10份

2.按照权利要求1所述双螺旋DNA改性的高分子多孔微球或膜，其特征在于溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和/或二甲基亚砜中的至少一种。

3.按照权利要求1或2所述双螺旋DNA改性的高分子多孔微球或膜，其特征在于添加剂为聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮，和/或丙二醇至少一种。

4.按照权利要求1～3所述双螺旋DNA改性高分子多孔微球或膜的制造方法，其特征在于：

(1)溶液的制备

将合成高分子5～30份，溶剂60～90份和添加剂0.1～20份放入容器内，在搅拌下于温度75～95℃溶解2～24小时，经过滤、脱泡、放置“熟化”制得高分子溶液；在另一容器内将双螺旋DNA 0.01～0.5份溶解于0.1～10份水中，在室温下混合均匀，然后将DNA水溶液分批缓慢加入高分子溶液中，搅拌混合均匀，制备均匀的DNA-高分子混合溶液，

(2)微球的制备

将上述DNA-高分子混合溶液通过单孔喷丝头或注射针头注入非溶剂中，并搅拌，制备多孔微球，其直径为1～3mm，

(3)平板膜的制备

将上述DNA-高分子混合溶液平铺于玻璃板上，在空气中放置1～60分钟，形成初生膜，然后将初生膜连同玻璃板一起放入非溶剂中成膜，其膜厚度为0.1～2mm，

(4)中空纤维膜的制备

将上述DNA-高分子混合溶液压滤，通过计量泵经两个同心圆的中空纤维喷丝头挤出，纺丝液挤出速度为3～15ml/min；初生纤维在空气中经5～50cm距离后于温度20～50℃水浴中凝固成型；再经塑化浴牵伸卷绕，速度为5～50m/min，获得中空纤维膜，其内径为200～1000μm，膜壁厚度50～500μm，

(5)后处理

将上述多孔微球和膜在室温下放置入去离子水中，时间为0.5～3天，以除去残留的溶剂和添加剂，多孔微球和膜的孔隙率在30～95％，DNA在共混改性微球和膜中的量为0.2～50.0mg/g，或1.0～100.0μg/cm²，

或者将双螺旋DNA表面改性高分子多孔微球或膜

(1)多孔高分子微球和膜的制备

将上述合成高分子、溶剂和添加剂三组分放入容器内，在同前的工艺条件下制备不含有DNA的高分子微球和膜，

(2)DNA表面改性高分子微球和膜

将上述高分子微球和膜浸入0.2～10％DNA的水溶液，时间为8～48小时，在室温下空气中干燥，经紫外线照射2～10小时，光强度为2200～11200μw/cm²，将DNA变成水不溶性，并固定在微球或膜的表面上，

(3)后处理

将微球和膜放入去离子水中，洗脱掉没有反应的DNA，得到DNA稳定的、改性合成高分子微球和膜，表面改性对DNA的固定量为0.2～10.0mg/g或1.0～30.0μg/cm²。

5.按照权利要求1～5所述双螺旋DNA改性的高分子多孔微球和膜的用途，其特征在于该多孔微球和膜可以直接制成吸附柱，或者制成超滤组件在超滤过程中使用，选择性清除环境荷尔蒙物质和重金属离子，对环境荷尔蒙物质的清除率为0.5～60mg/g，对重金属离子的清除率为0.1～10.0mg/g。