壳聚糖衍生物吸附剂的制备及其对DNA的提取

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DNA与人类的生活紧密相关,对其分离纯化技术方法要求也越来越高。DNA存在于动植物细胞中,其存在体系较为复杂。DNA分离与纯化的吸附方法在文献中也鲜有报道,与传统方法相比,吸附方法有操作简单,成本低,没有有机溶剂污染,处理时间短等优点。壳聚糖是唯一带正电的天然高分子,其良好的生物相容性和官能性、安全性等优点,在诸多领域的应用研究取得重大进展。以壳聚糖为载体合成新型吸附剂在处理工业废水中重金属应用较为广泛。本论文通过对壳聚糖进行化学改性,制备了多种壳聚糖衍生物,并用于DNA纯化。具体工作如下:1.以戊二醛为交联剂合成了两种交联壳聚糖微球,并用透射电子显微镜、傅里叶红外光谱对其进行了表征。将微球用于DNA的分离纯化,考察了聚乙二醇含量、离子强度、溶液酸度、交联度等因素对洗脱率的影响。实验结果表明:在室温下,吸附液组成为20%PEG8000和2.0mol·L-1NaCl,吸附时间10min,7%交联度时,交联壳聚糖微球对DNA的回收率为100.0%;在室温下,吸附液组成为20%PEG8000和2.0mol·L-1NaCl,吸附时间10min,9%交联度时,交联降解壳聚糖微球对DNA的回收率为88.32%。从玉米DNA的凝胶电泳和紫外结果表明,DNA已成功提取并洗脱下来,纯度较高。2.制备并表征了氯化和氨化壳聚糖微球,以甲醛为保护剂将乙二胺接枝壳聚糖微球的氨基基团掩蔽合成了掩蔽氨基壳聚糖微球。用傅里叶红外光谱、XPS谱对其进行了表征。以制备的两种壳聚糖微球为吸附剂,DNA为吸附对象进行了吸附条件实验。优化吸附条件,壳聚糖氨基衍生物对DNA的最佳吸附条件为pH7.5,0.4mol·L-1NaCl,室温,吸附时间10min,吸附率可达73.85%;掩蔽氨基壳聚糖微球对DNA的最佳吸附条件为pH5.5,2.0mol·L-1NaCl,室温,吸附时间10min,吸附率可达25.67%。两种壳聚糖微球均能从新鲜玉米粒中分离出DNA,通过凝胶电泳分析和紫外浓度测定表明DNA纯度高和浓度较大。3.以亚氨基二乙酸为螯合配基制备螯合金属离子壳聚糖微球。通过傅里叶红外光谱、XPS谱及金属离子螯合量的测定对其进行了表征。将螯合了Zn2+、Mn2+、Ni2+的三种壳聚糖微球分别用于DNA的吸附,探讨了影响吸附实验因素对吸附行为的影响。实验结果表明:螯合了Zn2+、Mn2+、Ni2+的壳聚糖微球实验最大吸附量分别为33.45mg·g-1、26.74mg·g-1、15.68mg·g-1。用Langmuir和Freundlich模型对吸附等温线进行模拟,三种壳聚糖微球对DNA的吸附过程符合两种吸附模型,表明DNA的吸附既有单分子层吸附又有多分子层吸附。将三种吸附剂用于玉米样品DNA的分离,螯合Mn2+的壳聚糖微球成功提取出纯度较高浓度较大DNA溶液。4.以尿素为介质,在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,将磷酸修饰在交联壳聚糖表面。在将Zn2+、Zr4+、Ga3+螯合在磷酸化壳聚糖上制备成磷酸化壳聚糖金属螯合吸附剂。傅里叶红外光谱、XPS谱及金属离子螯合量的测定表征结果均能显示磷酸成功的接枝在交联壳聚糖微球的表面。探讨了磷酸化壳聚糖金属螯合吸附剂对DNA的吸附行为,实验结果表明:螯合了Zn2+、Zr4+、Ga3+的壳聚糖微球实验最大吸附量分别为27.81mg·g-1、24.76mg·g-1、18.86mg·g-1。用Langmuir和Freundlich模型对吸附等温线进行模拟,三种壳聚糖微球对DNA的吸附过程符合两种吸附模型,表明DNA的吸附单分子层吸附多分子层吸附同时存在。将三种吸附剂用于玉米样品DNA的分离,螯合Zn2+、Zr4+的壳聚糖微球成功提取出纯度较高浓度较大DNA溶液。
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