在过去的十几年中,蛋白质组学虽然获得了快速的发展,但仍然处于组学研究工作的初期,因为蛋白组样品的的复杂性和蛋白丰度的极大差别远远超过目前任何分析平台的鉴定能力。对样品进行预处理以降低它的复杂性是获得良好质谱鉴定结果的有效途径,尤其是对于那些丰度很低,却可能在临床诊断上很有意义的蛋白／肽段。因此,发展新型的低丰度蛋白／肽段富集技术和内源性肽选择分离技术成为了当前蛋白组学研究的热点。另一方面,随着生物医学和生物工程相关领域研究的发展,功能化磁性微球越来越受到人们的广泛关注。探索磁性微球的功能化、智能化以及将这些微球应用于药物释放、生物大分子分离、生物传感器和固定化酶等方面是磁性微球一个重要的研究方向。本论文针对蛋白质组学研究中低丰度蛋白／肽段富集和内源性肽选择性分离方面的热点难点问题,开发了一系列新型功能磁性微纳米材料,并将它们与蛋白组低丰度富集研究结合,发展了以功能化磁性微纳米材料为基础的蛋白质组学低丰度富集和肽组学富集分析新技术新方法,并进行了实际生物样品的应用研究,取得了一些创新性的研究结果。本论文围绕功能化磁性微纳米材料为基础的蛋白质组学低丰度富集和肽组学富集分析这一主题,共分五章,主要内容如下：第一章介绍了蛋白质组学研究背景和技术的发展,蛋白／肽段的低丰度富集在这蓬勃发展的蛋白组和肽组分析领域的重要性；就目前生物样品预处理技术,以及固相微萃取富集技术的发展进行了综述,而磁性材料则因为其简便有效的操作性而在蛋白组学的应用中受到越来越多的人的关注；概述了功能化磁性微球及其在蛋白组学分析中的应用；最后提出了本论文选题的目的和意义。第二章探索线性疏水基作为亲和配体的磁性微纳米材料的合成,并将它们用于低丰度肽段的富集研究。一、通过一锅法(one-pot method)合成粒径仅约1511m的油酸修饰的磁性纳米粒子,这些粒子比表面积大,分散性好,具有超顺磁性和磁响应性,对肽段的富集容量大,被用于富集标准肽段、标准蛋白酶解液和人血清样品中的低丰度肽段。这是首次将合成如此简便的油酸修饰的纳米粒子用于低丰度蛋白或肽段的富集研究。二、为克服线性疏水基的材料存在的常见缺点——水中分散性差,我们合成了C8修饰的磁性聚合碳微球。该微球通过三步简单的反应合成。首先制得Fe304磁性核,然后在核外包覆聚合碳层。由于聚合碳层上含有大量易于修饰的羟基、醛基、羧基等,随后易于修饰上C8。该微球表面既含有疏水C8链,又含有大量未被修饰的亲水官能团,所以能很好地分散在水中,具有良好的生物样品相容性。用该材料富集肽段后可以不经过洗脱步骤,将富集到的肽段连同材料点到靶板上进行MALDI-TOF MS分析。最后材料还被用于实际蛋白组分析,即从胶上酶解蛋白提取液中富集肽段。这两种材料合成简单,磁响应性良好,富集过程简单,富集后的肽段用MALDI-TOF MS进行鉴定,结果显示富集效果良好。两种材料都在实际蛋白质组研究中得到应用,结果显示这种磁性富集方法对实际样品表现出了极好的可行性。第三章基于C60与肽段／蛋白之间的独特相互作用,合成了C60修饰的磁性硅球,并用于低丰度肽段／蛋白的富集研究。先在四氧化三铁磁球表面包覆硅层,然后再在磁性硅球表面键合C60。采用傅立叶变换红外光谱仪等对产物进行了表征,确认C60已被成功修饰到磁性硅球上。用C60修饰的磁性硅球富集低丰度蛋白／肽段,优化富集条件,对浓度低至1nM的肽段水溶液依然具有良好的富集效果,富集后肽段信噪比能提高10。左右。然后将这一优化之后的条件应用到未经过任何预分离处理的人尿液中,富集之后,直接进行基质辅助激光解析飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)分析,检测出了十条左右的尿液肽段。整个分析过程快速简便。这一结果证明了磁性材料低丰度富集技术的巨大潜力,该技术大大增进了蛋白质组学的通量性,降低了检测限,预示了其在临床诊断应用上的前景。第四章进一步改进磁性材料表面的功能修饰物,发展了磁性聚合物富集分离蛋白／肽段的新方法,在磁性硅球表面修饰上聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate) (PMMA))。PMMA修饰的磁性硅球合成工艺简单,比表面积大,在蛋白／肽段富集和质谱分析过程中具有许多独特的优势。首先,该材料在水体中分散性好,伸展的线性PMMA链对目标蛋白／肽段具有很好的捕获性能；其次,材料具有顺磁性,在磁体帮助下富集分离操作简便；此外,因为PMMA与极性分子作用很小,材料富集肽段／蛋白时无机盐不会被载带下来；最后,由于PMMA固定于无机核上,蛋白／肽段不能进入材料深处,在使用MALDI-TOF MS分析时便于蛋白／肽段的激发,也减少了PMMA片段的干扰峰。该磁性PMMA微球在蛋白／肽段低丰度富集中的应用论证了磁性微纳米材料在蛋白组学中的实际应用性。第五章基于肽组学分析中对内源性肽段选择性富集分析的需要,发展了一种用介孔层包覆的磁性微球分离分析内源性肽的新方法。该微球以Fe3O4粒子为核心,中间是紧密SiO2层,最外是介孔SiO2层。该微球经过透射电镜、氮吸附等表征,确认其结构组成。该材料被用于肽段的选择性富集并经过条件优化后,在鼠脑内源性肽的分离分析研究中得到应用并表现出了许多优越性。首先该介孔层的孔径约2nm,可以选择性允许分子量相对较小的内源性肽进入孔内并将较大的蛋白排阻在孔道之外；其次,该微球比表面积大,经过煅烧增强了表面疏水性而捕获内源性肽；在中间紧密SiO2层的保护下材料具有良好的稳定性、分散性和样品相容性；材料具有顺磁性,在磁体作用下从基体溶液中分离十分方便。富集鼠脑内源性肽后,经过溶剂洗脱和LC-MS分析,共检测出60条不同的鼠脑肽段。该磁性介孔分离分析内源性肽段的新方法简便有效,为大规模开展肽组学研究开辟了新的道路。