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基于甲基丙烯酸接枝聚合的聚合物微球HEMA/NVP对溶菌酶吸附及表面印迹的研究

作　者: 付红艳
导　师: 高保娇
学　校: 中北大学
专　业: 应用化学
关键词: 生物相容性聚合物接枝微球甲基丙烯酸碱性蛋白溶菌酶表面印迹
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)与甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)的均聚物是两种具有良好生物相容性甚至具有血液相容性的聚合物材料,在生物、医药学领域均具有重要的应用。本研究在两者的交联共聚微球HEMA/NVP表面接枝了聚甲基丙烯酸,制得功能微球PMAA-HEMA/NVP,深入研究了该功能微球对碱性蛋白溶菌酶(lysozyme,Lyz)的吸附性能与机理,在此基础上,又以微球HEMA/NVP为基质,对溶菌酶进行了分子表面印迹,制得了对Lyz具有高结合容量和特异识别性能的印迹材料MIP-HEMA/NVP。本课题研究在蛋白质分子印迹以及生物医用材料领域具有重要的科学意义与价值。本文首先对制备交联微球HEMA/NVP的工艺条件进行了改进,重点考察了二次蒸馏水、分散剂用量以及油水两相比对微球粒径的影响。研究结果表明,在适宜条件下,采用反相悬浮聚合法可以制备出球形度良好、粒径在90μm左右的HEMA/NVP交联微球。使用甲基丙烯酰氯(MAOC)对交联微球进行了表面化学改性,将可聚合双键引入微球表面,制得了改性微球MAO-HEMA/NVP;然后采用“接出”法(“grafting from”method),实施了甲基丙烯酸(MAA)在改性微球表面的接枝聚合,得到了接枝微球PMAA-HEMA/NVP;采用红外光谱(FTIR)对其化学结构进行了表征,使用扫描电镜(SEM)观察了形貌;重点考察了主要因素对MAA接枝聚合的影响。结果表明,使用甲基丙烯酰氯对交联微球HEMA/NVP进行了表面改性后,可以顺利地实现MAA在微球表面的接枝聚合;在接枝聚合过程中,微球表面所产生的接枝聚合物层会形成动力学位垒,使得反应12h后PMAA接枝度几乎不再发生变化,且在接枝度～温度曲线及接枝度～引发剂用量曲线上出现最高点。本接枝聚合体系,最佳的反应温度为70℃,单体浓度w(MAA)=5%,引发剂用量为单体质量的0.3%,在此适宜条件下,可制得接枝度为19.57g/100g的接枝微球PMAA-HEMA/NVP。以溶菌酶为碱性蛋白模型,深入研究了接枝微球PMAA-HEMA/NVP对碱性蛋白的吸附性能与吸附机理。测定了接枝微球的zeta电位,考察了PMAA接枝度、介质pH值及离子强度等因素对接枝微球PMAA-HEMA/NVP吸附性能的影响。研究结果表明,在较大的pH范围内,接枝微球PMAA-HEMA/NVP的zeta电位为绝对值较大的负值,即其表面携带有高密度的负电荷。在强静电相互作用的驱动下,接枝微球PMAA-HEMA/NVP对溶菌酶表现出很强的吸附能力。随介质pH值的升高,接枝微球对溶菌酶的吸附容量呈现先增大后减小的变化趋势,在与溶菌酶等电点接近的pH值处(pH=9),具有最大的吸附容量(90mg/g);离子强度对接枝微球的吸附能力也有较大的影响,结果表明,当pH<9时,溶菌酶吸附容量随NaCl浓度的增高而减小;当pH>9时,吸附容量随NaCl浓度的增高而增大。以改性微球MAO-HEMA/NVP为基质微球,以甲基丙烯酸为功能单体,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,以溶菌酶为模板分子,实施了溶菌酶分子的表面印迹,制得了溶菌酶表面印迹材料MIP-HEMA/NVP。以牛血红蛋白为对比物,考察了溶菌酶印迹材料MIP-HEMA/NVP对溶菌酶的结合性能与识别特性。研究结果表明,该印迹材料对溶菌酶具有特异的识别选择性与优良的结合亲和性,最高吸附量可达到216mg/g。相对于参比物牛血红蛋白,溶菌酶印迹材料对溶菌酶的吸附选择系数为31.070。此外,溶菌酶印迹材料也具有良好的解吸性能,以碳酸氢钠水溶液作为洗脱液,洗脱效率可达96.86%。在印迹过程中还发现,制备高结合选择性能溶菌酶印迹材料的条件是:pH=9,交联剂用量与功能单体MAA量之比为11.7:1。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
1 本课题的研究背景及意义  12-20
  1.1 血液灌流吸附材料  12-13
  1.2 具有生物相容性的高分子材料  13-14
  1.3 分子印迹技术  14-15
  1.4 蛋白质印迹材料的研究现状  15-18
    1.4.1 国外研究现状  15-17
    1.4.2 国内研究现状  17-18
  1.5 本课题的研究目标和意义  18-20
2 交联微球 HEMA  20-26
  2.1 实验部分  20-22
    2.1.1 原料与仪器  20-21
    2.1.2 交联微球HEMA/NVP 的制备过程  21
    2.1.3 交联微球HEMA/NVP 的表征  21
    2.1.4 考察各种因素对交联微球粒径的影响  21-22
  2.2 结果与讨论  22-25
    2.2.1 交联微球HEMA/NVP 的制备过程  22
    2.2.2 交联微球HEMA/NVP 的红外表征  22-23
    2.2.3 交联微球HEMA/NVP 的外观形貌  23
    2.2.4 各种因素对共聚合体系成球性能及对微球粒径的影响  23-25
  2.3 本章小结  25-26
3 接枝微球 PMAA-HEMA  26-36
  3.1 实验部分  26-28
    3.1.1 原料与仪器  26
    3.1.2 改性微球MAO-HEMA/NVP 的制备与表征  26-27
    3.1.3 接枝微球PMAA-HEMA/NVP 的制备与表征  27-28
    3.1.4 考察主要因素对MAA 接枝聚合的影响  28
  3.2 结果与讨论  28-34
    3.2.1 接枝微球PMAA-HEMA/NVP 的制备过程  28-29
    3.2.2 微球的表征  29-31
    3.2.3 接枝率随双键含量的变化  31
    3.2.4 各种因素对MAA 接枝聚合的影响  31-34
  3.3 本章小结  34-36
4 接枝微球 PMAA-HEMA  36-49
  4.1 实验部分  36-39
    4.1.1 原料与仪器  36-37
    4.1.2 接枝微球PMAA-HEMA/NVP 的Zeta 电位测定  37
    4.1.3 接枝微球PMAA-HEMA/NVP 对溶菌酶的吸附实验  37-38
    4.1.4 考察各种因素对溶菌酶—接枝微球体系吸附作用的影响  38-39
  4.2 结果与讨论  39-48
    4.2.1 溶菌酶的化学结构  39-40
    4.2.2 接枝微球PMAA-HEMA/NVP 的Zeta 电位  40-41
    4.2.3 接枝微球PMAA-HEMA/NVP 对溶菌酶的等温吸附行为与吸附机理  41-45
    4.2.4 不同吸附条件对吸附作用的影响  45-48
  4.3 本章小结  48-49
5 溶菌酶分子印迹聚合物的制备及其结合特性  49-62
  5.1 实验部分  49-54
    5.1.1 原料与仪器  49-50
    5.1.2 溶菌酶分子印迹聚合物的制备  50
    5.1.3 吸附动力学曲线的测定  50
    5.1.4 静态法考察印迹材料对溶菌酶的结合特性  50-51
    5.1.5 动态法考察印迹材料对溶菌酶的结合特性  51-52
    5.1.6 考察溶菌酶印迹材料的结合选择性  52-53
    5.1.7 考察溶菌酶印迹材料的动态洗脱性能  53
    5.1.8 考察印迹条件对印迹材料性能的影响  53-54
  5.2 结果与讨论  54-61
    5.2.1 溶菌酶表面分子印迹材料的制备过程  54-55
    5.2.2 溶菌酶印迹材料对溶菌酶的吸附动力学曲线  55
    5.2.3 溶菌酶印迹材料对溶菌酶的结合特性  55-58
    5.2.4 溶菌酶印迹材料对溶菌酶的选择性系数  58-59
    5.2.5 溶菌酶印迹材料的脱附性能  59-60
    5.2.6 印迹条件对印迹材料性能的影响  60-61
  5.3 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-72
攻读硕士学位期间取得的研究成果  72-73
致谢  73

基于甲基丙烯酸接枝聚合的聚合物微球HEMA/NVP对溶菌酶吸附及表面印迹的研究

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