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二茂铁—肽的生物电化学研究以及纳米磁性粒子的表面修饰

王芳斌  
【摘要】: 生物分子识别及相互作用是生命的基础,研究多肽、小分子等与蛋白质相互作用在疾病诊断、药物研发和生物环境行为等的研究方面具有广阔的应用前景。在本论文中,将具有生物活性的多肽与具有电化学活性及良好生物相容性的二茂铁相结合,合成了系列二茂铁-多肽化合物,研究了它们的结构及电化学性质,以及它们与蛋白质、金属离子等的相互作用;另一方面,制备了Fe304磁性纳米粒子,对其进行了化学修饰。主要研究工作如下: 以二茂铁为原料,用苯并三氮唑-N,N,N’,N’-四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)及水溶性碳化三亚胺(EDC)N-烃基琥珀酰亚胺(NHS)为缩合剂,合成了1’-半胱胺-1-甲酸甲酯二茂铁(产率为30%)、1’-半胱胺-1-二茂铁甲酸(90%)、氨基二茂铁(98%)、谷胱甘肽-二茂铁(91%),并用核磁共振和红外光谱等进行表征,确认了它们的结构。并将上述含巯基的分子在金电极上组装成单分子自组装膜修饰电极。表面电化学实验结果表明二茂铁-多肽分子在电极表面进行单电子准可逆氧化还原反应。 合成了谷胱甘肽-二茂铁化合物,用电化学方法研究了化合物与牛血清蛋白(BSA)的相互作用。谷胱甘肽-二茂铁与牛血清蛋白作用后,其氧化还原峰发生正移,由原来的Epa=0.257V, Epc=0.132V移到了Epa=0.262 V, Epc=0.159 V。 1’-半胱胺-1-谷胱甘肽二茂铁修饰电极的氧化还原峰电位分别为0.748 V和0.645 V,而与Cd2+配位后,氧化还原峰电位为Epa=0.820 V和Epc=0.680 V,与配位前的氧化还原峰电位相比,正移72 mV,且氧化还原峰电位与Cd2+的浓度成线性关系,因此该电极用来定量分析水中Cd2+的浓度,最低检测限为0.1 nmol/L。 以HBTU为缩合剂合成了Gly-Gly-Tyr-Arg四肽,以及它与二茂铁的化合物Boc-HN-Fca-Gly-Gly-Tyr-Arg-OMe(83%)和Boc-HN-Fca-Gly-Gly-Tyr-Arg-OH (80%)。用循环伏安(CV)方法对产物的电化学性能进行了研究,发现Boc-HN-Fca-Gly-Gly-Tyr-Arg-OMe的氧化和还原峰电位分别为0.385V和0.346 V,峰电位差△E为41 mV,峰电流密度之比Jpa/Jpc=1.055。Boc-HN-Fca-Gly-Gly-Tyr-Arg-OH的氧化和还原峰电位分别为0.532V和0.453 V,峰电位差△EP为79 mV,峰电流密度之比Jpa/Jpc=0.928。用电化学方法研究了Boc-HN-Fca-Gly-Gly-Tyr-Arg-OMe与木瓜蛋白酶的相互作用。 磁性分离具有快速,高效,成本低等优点,将磁性纳米粒子进行表面修饰后,能提高纳米粒子的稳定性和生物兼容性。采用氧化水热法制备了Fe304纳米颗粒,通过乳液交联法成功获得了Fe304/壳聚糖磁性纳米粒子。经IR、XRD、TEM、TG等方法表征分析,该复合磁性纳米粒子的平均粒径为25 nm左右,具备超顺磁性,复合物中磁性物质的含量为37.8%。并对壳聚糖包覆机理进行了探讨。 采用化学共沉淀法制备了Fe304磁性纳米粒子,用羧甲基葡聚糖包裹修饰磁性Fe304纳米粒子,制备了复合Fe304/葡聚糖磁性纳米粒子。利用红外光谱、透射电镜、XRD等测试手段对纳米粒子进行表征,实验发现修饰后的Fe304仍保持原来的晶相结构,在水溶液中的胶体稳定性显著提高。并将其用于牛血清白蛋白(BSA)的吸附/解吸研究,考察了蛋白质浓度、温度、离子强度、pH值对吸附蛋白质的影响。结果表明亲和磁性复合纳米粒子的吸附行为满足Langmuir吸附等温式,且对离子强度和pH值依赖性强。当pH=4.7,BSA的最大吸附量达到22.37 mg/g。低浓度时,表面修饰磁性纳米粒子比裸磁珠BSA吸附量提高了67%。


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