PNIPAm水凝胶复合膜制备及高效吸附蛋白质研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ivyJZ2009
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随着分子生物学的快速发展,蛋白质的分离和纯化在分子诊断、药物制造与输送以及生命科学等领域有重要应用。传统的蛋白质分离方法中普遍存在操作复杂、能耗大、蛋白质易变性失活等不足,无法实现微量蛋白质纯化的同时保持蛋白质活性和分子结构完整,制约了相关疾病发病机制诊断、疫苗研发以及临床治疗等研究。因此,探索具有良好生物相容性且能高通量吸附蛋白质的新型分离材料迫在眉睫。水凝胶是一类具有三维(3D)网络结构且能够在水中溶胀而不溶解的凝胶,与人体组织结构相似,作用上与细胞外基质相似,溶胀后可降低与周围组织的相互碰撞,具有良好的生物相容性,网络结构可调性,在调控蛋白质的吸附分离方面引起了广泛关注。因此,本文以具有温敏特性的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体,聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为交联剂,2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(Irgacure2959)为光引发剂,在紫外光下交联反应得到水凝胶复合膜PEGDA-PNIPAm。通过表征,发现该水凝胶具有低临界溶解温度(LCST)32.2℃,在该点处水凝胶网络发生“溶胀-收缩”的转变,低于LCST时,水凝胶中的亲水基团与水分子形成氢键,分子链伸展,凝胶溶胀,反之,疏水基团异丙基之间的作用增强,氢键减弱,分子链由伸展的链状变成球体,网络收缩。同时,通过拉伸测试发现,水凝胶复合膜材料具有良好的机械性能,在一定的条件下能够重复使用。将该水凝胶复合膜用于吸附牛血清蛋白质(BSA),研究发现,在p H=4.8时,PEGDA-PNIPAm水凝胶复合膜在32℃时对BSA的吸附效果最佳,最大吸附量达到457.0 mg g-1。将壳聚糖(CS)添加到上述水凝胶预聚物中,采用光引发聚合法以CS、PNIPAm、为单体,PEGDA为交联剂制备了CS-PNIPAm水凝胶复合膜。CS中含有大量的羟基和氨基等亲水基团,改变了PNIPAm中的亲/疏水平衡,使得CS-PNIPAm水凝胶复合膜具有更高的LCST=57.5℃,在一般的温度范围内(10~40℃)对温度不敏感,具有结构稳定性。在吸附BSA的研究中发现,在酸性环境下,CS中的-NH2质子化转化为-NH3+,CS-PNIPAm中的分子链伸展,水凝胶网络溶胀,利于蛋白质吸附。其次,探究了温度对CS-PNIPAm吸附BSA的影响,结果表明,在较宽的实验操作温度范围内(10~37℃)能够高通量吸附蛋白质,平均吸附量达到296.4±50 mg g-1。基于PNIPAm水凝胶吸附蛋白质的基础上,进一步将镓(Ga)离子添加到水凝胶预聚物中,采用原位聚合法制备含稼水凝胶敷料(Ga-PNIPAm),研究发现,Ga-PNIPAm水凝胶敷料具有优异的机械性能和弹性,溶胀吸水率可以达到537%。该敷料能够对镓离子进行缓慢释放,60 h可释放完全,并对金黄色葡萄球菌表现出长时间优异的抗菌效果,该水凝胶为伤口敷料的发展提供了新的思路和研究方向。
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