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金属硫蛋白印迹聚合物研究

蔡震峰  
【摘要】: 金属硫蛋白(metallothionein,MT)是一类具有低分子量、高巯基含量,能大量结合重金属离子的活性蛋白质。本文介绍了金属硫蛋白的研究进展,在综述了分子印迹技术(molecular imprintedtechnology,MIT)的基本理论、制备技术及应用研究的基础上,制备了具有分子识别能力的分子印迹聚合物(molecular imprinted polymer,MIP),采用静态吸附、特异性吸附、扫描电镜等方法对聚合物进行了表征,同时对印迹聚合物的印迹机理进行了初步探讨。论文的主要研究内容和结论如下: ①考察了工业化生产金属硫蛋白粗品的生产工艺,并提出了精品的生产工艺。同时对诱导后家兔肝、肾和肺中金属硫蛋白的含量进行了比较,对诱导次数以及采用生理盐水作为诱导剂进行了研究。 ②采用沉淀聚合法,以金属硫蛋白为印迹分子、丙烯酸(AA)为功能单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂、偶氮二异丁腈(AIBN)为光引发剂、氯仿为溶剂制备了金属硫蛋白印迹聚合物。考察了丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈的用量以及聚合物粒径大小对聚合物吸附量的影响,同时对聚合物的吸附动力学和解吸率进行了研究。实验结果表明,采用5mg左右的金属硫蛋白作为印迹分子,丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯的最佳比例关系为1∶2(V/V);聚合物粒径越小,吸附性能就越好;聚合物的吸附平衡时间以及解吸率分别为4h和54.91%。 ③采用本体聚合法制备了金属硫蛋白的印迹聚合物。研究了本体聚合法合成印迹聚合物的最佳条件,溶液的用量等。结果表明,当丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯的最佳用量比例关系为1∶1(V/V)时,采用光引发制备的金属硫蛋白印迹聚合物具有较好的吸附效果;印迹聚合物对金属硫蛋白具有特异性吸附,吸附量明显高于非印迹分子。 ④通过紫外光冷引发制备了金属硫蛋白的印迹复合膜(MT-ICMs),比较了以尼龙膜、聚偏二氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜为支撑体形成的印迹聚合物的吸附性能,重点研究了以尼龙膜为支撑体的金属硫蛋白印迹复合膜的性能。结果显示,该膜表面均匀,韧性较好,对金属硫蛋白具有良好的选择性,且吸附平衡和解吸时间都较短,有利于工业化应用,同时该研究也为其生产应用提供了实验基础。 ⑤以金属硫蛋白为印迹分子,超薄纳米二氧化钛作为吸附和印迹基质,采用表面溶胶凝胶分子印迹技术制备了新型的分子印迹聚合物,使用石英晶体微天平现场技术研究了金属硫蛋白在超薄纳米二氧化钛印迹膜和非印迹膜表面的吸附行为。通过印迹,金属硫蛋白在纳米二氧化钛表面的吸附量比非印迹膜提高了3倍,吸附平衡常数为47.9L·g~(-1)(金属硫蛋白浓度为0.4mg/mL)。印迹膜对金属硫蛋白具有良好的特异性识别能力,而对非印迹分子的吸附量明显较低。此实验为进一步研究金属硫蛋白的性质及其应用提供了理论依据。 ⑥通过红外光谱、平衡结合方法、Scatchard分析以及透射电镜(TEM)等手段对金属硫蛋白印迹聚合物的印迹机理进行了初步探讨。采用红外光谱研究了加入金属硫蛋白后功能单体丙烯酸官能团谱峰的变化,结果表明金属硫蛋白分子中的-SH与丙烯酸中的C=O在氯仿溶液中能形成π-π键,由聚合物的吸附特性和Scatchard分析可以得出,金属硫蛋白印迹聚合物至少存在三种结合位点,其高、中、低的最大吸附量分别为3.3896mg/g、0.9362mg/g、1.6583mg/g;通过透射电镜可以观察到,金属硫蛋白在聚合过程中主要以分子两端的巯基作为结合位点,不同位置的巯基受到的空间位阻不同,导致产生了三种不同的结合位点。 本文的研究为进一步利用分子印迹技术进行金属硫蛋白的分离纯化、生产工艺的简化提供了一个新的方法,并为其更好的应用提供了实验基础。


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