聚合物接枝GMA离子交换微球的合成及蛋白质吸附行为研究

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传统的离子交换色谱介质对蛋白质的吸附容量仍然不能满足上游产量快速增长的重组蛋白对分离纯化的要求。提升蛋白质在色谱介质上吸附容量的关键之一在于色谱介质能够尽可能多的提供有效结合位点。基于上述的思路,本文利用表面引发原子转移自由基聚合反应(Surface-initiated atom transfer radical polymerization,SI-ATRP)技术在聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(pGMA)微球粒子表面接枝单体化合物甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC),合成了一种新型的高容量蛋白质离子交换色谱介质,并对该介质的物化性质和蛋白质吸附性能开展了系统的研究。首先,通过改变引发剂和单体的用量,合成了一系列不同聚合物链长或密度的聚合物接枝离子交换介质,并对色谱介质性质进行了系统地表征。结果表明,基于pGMA微球的聚合物接枝离子交换介质的粒径随着单体加入量的增加而增大,而在干燥条件下聚合物接枝离子交换介质的粒径远小于其在水溶液中的粒径。这归咎于干燥条件下接枝聚合物链的急剧塌缩。聚合物接枝离子交换介质的离子交换容量和含水量不仅远高于非接枝的离子交换介质pGMA-NH2并均随单体DMC接枝量的增加而升高。在此基础上,本文研究了聚合物接枝离子交换介质的蛋白质静态吸附行为,系统地考察了聚合物链密度、链长以及盐浓度对蛋白吸附的影响。研究结果表明,聚合物接枝离子交换介质对γ球蛋白的饱和吸附容量随着聚合物链密度的增加呈现先增加后减小的趋势。这归因于聚合物链密度增加引起的蛋白质吸附位点数目的提高与聚合物链空间排阻作用间的相互竞争关系。然而,随着聚合物链长的增加,聚合物接枝离子交换介质的γ球蛋白饱和吸附容量持续增加至808 mg/g湿球,达到非接枝离子交换介质pGMA-NH2的9倍。聚合物接枝离子交换介质的吸附容量展现了较非接枝离子交换介质更高的盐敏感性。随着盐离子浓度的增加,聚合物接枝离子交换介质的吸附容量急剧减小。最后,接枝离子交换pGMA微球对γ球蛋白的吸附动力学的初步研究表明,γ球蛋白的吸附在10 min内达到平衡,而有效孔扩散模型拟合出的De/D0仅为0.24,表明有效孔扩散模型不适用于描述聚合物接枝离子交换pGMA微球对蛋白质的吸附动力学行为。本实验利用SI-ATRP法合成的接枝离子交换微球具有高吸附容量以及快速吸附等特点,在蛋白质的分离纯化方面具有广阔的应用前景。
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