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血清白蛋白是血浆中最丰富的蛋白质,它有许多重要的生理功能。一直以来,血清白蛋白都被作为一种模型蛋白质而大量应用于工业生产和学术研究领域。同时,由于它在血液蛋白质大规模生产方面的快速发展,血清白蛋白的分离研究已经引起人们的广泛关注。
染料配体亲和色谱是一种高效简便的蛋白质纯化分离技术,染料配体价格便宜,易于合成,能通过共价键牢固的结合到亲和载体上,与蛋白质的结合容量高,化学性质稳定,不易为生物降解,从而越来越多地取代了天然生物配体,成为最有潜力的一类亲和配体,在大规模纯化方面具有广阔的应用前景。
甲壳素是自然界中含量仅次于纤维素的天然多糖,其脱乙酰基产物壳聚糖是一种来源丰富的环境可再生资源,具有无毒、无味、生物可降解和生物相容性等特性,它们被广泛应用于纺织、印染、污水处理、生物医药、食品、造纸、日用化工等许多领域,国内外已进行了较为深入的研究。近年来国内外学者对这类资源的改性及应用也做了不少工作,不断开发它在生物和医学等方面的应用。但是,文献报导的染料修饰的交联壳聚糖微球(或膜)对白蛋白的吸附量不是很大,分析其原因,一方面是由于吸附剂负载染料配体的量不够高,另一方面是由于血清白蛋白的分子量较大,占有较大的体积空间,染料配体如仅仅存在于微球的表面,由于位点-位点隔离效应(site-siteiso1ation)会影响其对蛋白分子的吸附。
本文将制备的交联壳聚糖微球作为一种亲和基质材料,三嗪染料作为亲和配体,两者偶联后得到一种新型的染料配体亲和吸附剂,并将其用于蛋白质的纯化分离,主要做了以下研究工作:
首先,本文以戊二醛作交联剂,采用反相悬浮交联法制备交联壳聚糖微球(CS),为了增强壳聚糖微球上的氨基含量,在制备过程中用甲醛对壳聚糖上的游离氨基进行保护,并研究了一些制球的影响因素。实验表明,在壳聚糖乙酸溶液浓度为3-5%,油水比为1/1,改变交联剂戊二醛的用量,可得到性能较好的壳聚糖微球树脂。并用红外光谱仪和扫描电子显微镜(SEM)对壳聚糖树脂进行了表征。结果表明,本实验制得的壳聚糖树脂呈很好的球形,粒径在150-250μm。
考虑到染料配体与蛋白之间的空间位阻效应,同时也为了进一步增强壳聚糖微球上活性基团的含量,也就是提高微球上的氨基含量,本文在壳聚糖微球的分子结构中分别引入了羟丙基和胺基,作为染料配体与基质之间的间隔臂,制备一系列在空间手臂末端以及壳聚糖微球表面均具有游离胺基的交联壳聚糖微球(HDA-CS)。以HDA-CS微球为基质,偶联两种染料配体CibacronBlueF3GA(简称CBF)和ProcionBlueMX-R(简称PBM),制得了两种染料亲和吸附剂CBF-HDA-CS和PBM-HDA-CS,通过硫元素分析的测定,以及红外光谱仪和扫描电子显微镜的表征,证明了染料的偶联反应是成功的。值得注意的是,相比于CBF-CS微球,有间隔臂的CBF-HDA-CS微球有较高的染料结合量;相比于单氯染料CBF,双氯染料PBM具有更高的反应活性,从而有较高的染料结合量。同时研究了该染料吸附剂配体密度的控制以及染料泄漏率等。
其次,以CBF-HDA-CS和PBM-HDA-CS为亲和吸附剂,研究了其对牛血清白蛋白(BSA)的吸附性能。实验表明,两种亲和吸附剂对BSA的吸附最佳pH值为5.0,离子强度增大会显著降低BSA的吸附量。两种亲和吸附剂对BSA的吸附行为遵循Langmuir吸附模型,CBF-HDA-CS对BSA的理论饱和吸附量(qm)为108.7mg/g;PBM-HDA-CS为50.3mg/g。结果表明,相较于文献报导的壳聚糖染料亲和吸附剂,CBF-HDA-CS有较高的BSA吸附量。考察了几种洗脱剂的洗脱性能,发现pH8.0的Tris-HCl缓冲溶液(含1.0MNaSCN)能将BSA很好的洗脱下来,洗脱率高达99%。采用圆二色谱法研究了缓冲溶液中离子强度(NaCl调节)对BSA构象的影响,结果表明,BSA的二级结构没有发生改变。
最后,以CBF-HDA-CS为亲和吸附剂,选取染料配体含量为494μmol/g,研究了其对人血清白蛋白(HSA)的吸附性能。实验表明,CBF-HDA-CS对HSA的吸附最佳pH值为5.0,吸附量达到最大值79.8mg/gwetbeads,离子强度增大会显著降低HSA的吸附量。测得了吸附等温线,发现CBF-HDA-CS对HSA的吸附行为遵循Langmuir吸附模型,对HSA的理论饱和吸附量(qm)为89.3mg/g。考察了几种洗脱剂的洗脱性能,发现pH8.0的Tris-HCl缓冲溶液(含1.0MNaSCN)能将HSA很好的洗脱下来,洗脱率高达100%。经过五个吸附-洗脱周期后,吸附剂的吸附量仅减少了4.9%,证明此染料亲和吸附剂的重复使用性能良好。采用圆二色谱法研究了缓冲溶液中离子强度(NaCl调节)对HSA构象的影响,结果表明,HSA的二级结构没有发生改变。