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    南開大學趙漢英教授課題組提出一種在溫和條件下利用二氧化硅分子刷分離純化響應性聚合物-蛋白質生物綴合物的方法
    2018-11-15  來源:中國聚合物網

      環境刺激響應性聚合物-蛋白質綴合物結合了響應性高分子的特性和天然蛋白質的生物功能性,是一類具有廣泛應用前景的生物材料。制備響應性聚合物-蛋白質生物綴合物主要有“grafting to”和“grafting from”兩種方法,由于大分子位阻的影響,制備生物綴合物的過程中不可避免的會存在游離蛋白質。熱沉淀法是一種用于分離溫敏聚合物-蛋白質綴合物的常用方法,通常需要在高濃度和高轉速離心下將綴合物在LCST以上沉淀下來,產率較低。1特別對于一些微量或者低濃度的反應體系,如何分離出高純度的生物綴合物是一個難點。

      先前的研究表明聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(PS-b-PDMAEMA)嵌段共聚物可以在選擇溶劑和二氧化硅表面聚苯乙烯分子刷(SiO2-PS)共組裝形成尺寸及形態結構可調控的表面膠束。2基于這項研究,近期南開大學化學學院聚合物分子刷趙漢英教授課題組提出一種在溫和條件下利用二氧化硅分子刷分離純化響應性聚合物-蛋白質生物綴合物的方法。在本研究中,將天然牛血清白蛋白(BSA)和一端修飾有吡啶基二硫基團的三硫酯反應,通過Ellman試劑檢測得知有43%的BSA含有游離的巰基并接枝上三硫酯,并以接有三硫酯的BSA為鏈轉移劑進行N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)的RAFT聚合,得到了BSA-PNIPAM和BSA的混合物。同時,在二氧化硅表面接枝了均聚物PNIPAM,得到PNIPAM分子刷(SiO2-PNIPAM)。將BSA/BSA-PNIPAM和SiO2-PNIPAM在冰水浴條件下分散在0.3M的Na2SO4溶液中,此條件下PNIPAM的LCST降至17.5 °C,將溫度逐漸升至25 °C并保溫10分鐘,離心(9500rpm, 1-2min)得到固體,將此固體在LCST以下重新分散在溶液中,可以釋放出在分子刷表面共組裝的BSA-PNIPAM,以此達到純化和分離聚合物-蛋白質綴合物的目的,流程如圖1 所示。3

    圖1 BSA/BSA-PNIPAM 和SiO2-PNIPAM共組裝以及BSA-PNIPAM的分離純化示意圖

      為了證明這種方法的有效性,作者做了SiO2-PNIPAM和一系列濃度的BSA-PNIPAM的共組裝分離實驗,發現在低濃度下(小于2 mg/mL),SiO2-PNIPAM可以高效地分離純化BSA-PNIPAM;在高濃度下(大于10 mg/mL),可以通過多次和SiO2-PNIPAM的共組裝分離純化BSA-PNIPAM。作者通過水相GPC和SDS-PAGE表征了BSA-PNIPAM的分離效果,如圖2所示,結果表明通過二氧化硅分子刷的共組裝分離方法,可以完全除去游離的BSA。

    圖2 (a) BSA(曲線1),BSA-CTA(曲線2),未純化的BSA/BSA-PNIPAM94k(曲線3),未純化的BSA/BSA-PNIPAM182k(曲線4),通過分子刷純化后的BSA-PNIPAM94k(曲線5) ,通過分子刷純化后的BSA-PNIPAM182k(曲線6)的GPC曲線。(b) SDS-PAGE圖,通道1:marker(還原型);通道2:BSA;通道3:BSA-CTA;通道4:被分子刷純化后的上層清液中游離BSA;通道5:通過分子刷純化后的BSA-PNIPAM94k;通道6:未純化的BSA/BSA- PNIPAM94k;通道7:通過分子刷純化后的BSA-PNIPAM182k;通道8:未純化的BSA/BSA- PNIPAM182k。

      這項研究中,作者提出了一種利用聚合物分子刷在溫和條件下對溫敏聚合物-蛋白質生物綴合物進行高效分離純化的方法。利用這種共組裝的方法,有望對其他環境響應性,例如光響應性,pH響應性等聚合物-蛋白質生物綴合物進行分離和純化。以上研究在線發表在Biomacromolecules(DOI: 10.1021/acs.biomac.8b01355)論文第一作者是化學學院博士二年級學生侯王蒙,通訊作者是化學學院趙漢英教授劉麗副教授

    參考文獻:

    【1】 Priyadarsi De, Ming Li, Sudershan R. Gondi, and Brent S. Sumerlin*. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11288–11289

    【2】 Wangmeng Hou, Yuan Feng, Baohui Li, and Hanying Zhao. Macromolecules. 2018, 51, 1894?1904

    【3】 Wangmeng Hou, Lin Wei, Li Liu,* and Hanying Zhao*. Biomacromolecules. DOI: 10.1021/acs.biomac.8b01355

      論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Facs.biomac.8b01355

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