聚电解质接枝界面蛋白吸附机制及其在蛋白质层析中应用

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聚合物接枝离子交换层析介质因其展现出较高的吸附容量和较快的传质速率而成为了当前生物医药领域最有前途的层析介质之一。深入解析蛋白质在聚合物接枝离子交换层析介质内的吸附机理对于改善聚合物接枝离子交换层析介质的性能和推动其在生物制药行业中的应用至关重要。本文从聚电解质接枝界面上蛋白质的吸附行为研究出发,制备了一系列聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯(p SPM)接枝界面并利用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)和大孔介质系统地研究了蛋白质在p SPM接枝界面上的吸附性能。首先,合成了具有不同接枝密度及链长的p SPM接枝芯片,利用QCM-D原位研究了溶菌酶、γ-球蛋白和重组人乳铁蛋白(r HLF)的吸附行为。结果表明,三种蛋白质在p SPM接枝芯片表面的吸附过程都展现出典型的两阶段吸附特征,即初始的快速吸附阶段及其随后的缓慢吸附阶段。随接枝密度和链长的增大,芯片表面蛋白质的吸附从单层吸附向多层吸附转变。快速吸附阶段中,溶菌酶的耗散因子(ΔD)呈现单调减小,而γ-球蛋白和r HLF的ΔD值由增大转为减小。ΔD的减小意味着吸附层的刚性的增大,不利于“链传递”的发生。此外,缓慢吸附阶段中γ-球蛋白和r HLF的ΔD/-Δf斜率随接枝密度增大而减小,表明蛋白质在聚合物层中更难进行结构调整,从而进一步抑制了“链传递”的发生。然后,本文进一步利用QCM-D原位研究了反离子种类对γ-球蛋白在p SPM接枝芯片上吸附行为的影响。结果表明,γ-球蛋白在p SPM接枝芯片表面的两阶段吸附特征不具有离子特异性,但是γ-球蛋白在p SPM接枝芯片上的吸附量和吸附层特性则随着反离子种类不同而变化。随p SPM接枝密度的增大,在Na+和K+存在条件下,γ-球蛋白的吸附从单层吸附向多层吸附转变;但在NH4+和Mg2+存在条件下,γ-球蛋白维持较大的吸附量且基本不变。此外,在各种反离子条件下,ΔD都随接枝密度的增大而减小,其不利于蛋白质在聚合物链中的迁移。最后,本文制备了不同链长(离子交换容量,IC)的p SPM接枝大孔介质并研究了γ-球蛋白的吸附性能。结果表明,γ-球蛋白的平衡吸附量随IC值的增大而增加,证实了QCM-D实验中吸附层转变的结论。S-P-105的吸附量(qc值)为37.7 mg/m L,而接枝的G-P-140和G-P-200的qc值低于37.7 mg/m L,但G-P-310和G-P-525的qc值高于37.7 mg/m L。当IC值增至525 mmol/L时,介质G-P-525的吸附容量、传质速率和动态结合容量分别提高了1.8倍、5.7倍和2.1倍,因此其展现出了最好的吸附效果,具有很好的应用前景。
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