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由磁性纳米Fe3O4经SiO2包埋形成的Fe3O4@SiO2微球不仅具有超顺磁性,还具有良好的生物相容性和化学稳定性,较大的比表面积,易于使用硅烷偶联剂进行表面修饰的特点。这些特点使Fe3O4@SiO2微球具有相当广阔的应用前景,且在脱氧核糖核酸(DNA)提取、蛋白质和多肽纯化等生物医药领域有着重要的应用。本实验经过一系列的工艺条件优化制备了螯合Cu2+的Fe3O4@SiO2微球(Fe3O4@SiO2-Cu2+)作为亲和介质,以具有降血压活性的乳源血管紧张素转化酶抑制肽组氨酰-亮氨酰-脯氨酰-亮氨酰-脯氨酸(HLPLP)为模型分子,研究了Fe3O4@SiO2-Cu2+对HLPLP分子的亲和吸附规律,为开展磁性固定化金属离子亲和介质(IMAN)分离血管紧张素转化酶(ACE)抑制肽等活性小分子提供了理论依据。
采用化学共沉淀法制备了纳米Fe3O4粒子,考察了反应温度等因素对纳米Fe3O4平均粒径的影响,得到了制备纳米Fe3O4粒子的最优工艺条件为:以4.0 g FeCl2·4H2O和10.8 g FeCl3·6H2O为原料,反应温度为333 K,搅拌转速为700 rpm,加入25%浓氨水(w/w)的的量为24 mL,加入浓氨水速度为2 mL·min-1。在此工艺条件下制得纳米Fe3O4平均粒径为66 nm,且大部分粒径分布在50~80 nm之间,该Fe3O4的比饱和磁化强度为103.358emu·g-1,具有超顺磁性。
采用反相细乳液法制备了Fe3O4@SiO2微球,考察了各因素对 Fe3O4@SiO2微球平均粒径的影响,优化后Fe3O4@SiO2微球的制备工艺为:以0.1g纳米Fe3O4粒子为原料,加入正硅酸乙酯(TEOS)1 mL,Trition X-100为0.2 mL,乙醇和水的比例为1∶1,反应时间为2h,搅拌转速为500rpm,在此工艺条件下制得Fe3O4@SiO2微球的平均粒径为284nm,其粒径主要分布在200~500nm之间。同时,Fe3O4@SiO2微球的比饱和磁化强度为31.349emu·g-1,具有超顺磁性。
使用硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)在Fe3O4@SiO2微球的表面引入活性基团环氧基,考察了反应时间等因素对Fe3O4@SiO2微球表面环氧基密度的影响,得到最优工艺条件为:以0.1 gFe3O4@SiO2微球为原料,反应时间为20 h,加入GLYMO的量为2.5 mL,加入乙醇的量为40 mL。在此最优工艺条件下得到的Fe3O4@SiO2微球表面环氧基密度为75μmol·g-1。使用亚氨基二乙酸(IDA)修饰环氧基活化后的Fe3O4@SiO2微球,考察反应时间等因素对了Fe3O4@SiO2微球表面螯合金属离子配基密度的影响,得到最优工艺条件如下:以0.1g环氧基活化后的Fe3O4@SiO2微球为原料,反应时间为6h,搅拌转速为150rpm,反应温度为363 K。在此最优工艺条件下得到了Cu2+密度为28.8μmol·g-1的Fe3O4@SiO2-Cu2+亲和介质。
以乳源中发现的ACE抑制肽HLPLP选为模型化合物,并考察了Fe3O4@SiO2-Cu2+对HLPLP的亲和吸附效果,优化了Fe3O4@SiO2-Cu2+对HLPLP的亲和吸附条件,结果如下:HLPLP的适宜浓度为0.35 mg·mL-1,pH值为7.5,吸附时间为60 min,此时Fe3O4@SiO2-Cu2+对HLPLP的最大吸附量可达到32.2 mg·g-1。同时还考察了Fe3O4@SiO2对HLPLP的非特异性吸附和亲和介质的重复使用性,结果显示:Fe3O4@SiO2微球对HLPLP的非特异性作用很小;Fe3O4@SiO2-Cu2+可至少重复使用三次且保持对HLPLP较高的吸附量。最后研究了Fe3O4@SiO2-Cu2+介质对HLPLP的吸附模型。结果表明:HLPLP在Fe3O4@SiO2-Cu2+介质上的吸附行为符合Freundlich模型描述;Fe3O4@SiO2-Cu2+介质对HLPLP的吸附动力学性能符合伪二级动力学模型。