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近年来,高纯度的蛋白质的产品应用范围变得越来越广泛,在这些蛋白质产品中,溶菌酶不仅用于食品防腐、医药、科学研究,更广泛地用于畜牧业、环保等领域。正因为溶菌酶极为广泛的应用,市场对高纯度溶菌酶产品的需求也日益增长。在工业化生产高纯度溶菌酶产品的过程中,分离纯化步骤极为重要,因为它不仅直接决定了最终产品的纯度,更极大的影响着生产的效率与生产成本。然而,传统的多孔颗粒蛋白质分离材料普遍存在传质效率低、液体介质流通阻力大等不足,导致当前蛋白质分离纯化广泛采用的方法仍然面临着处理通量低、能耗大、操作复杂等问题。因此,设计制备蛋白质吸附和纯化性能优异、工艺简单、成本低廉的蛋白质分离吸附材料对于制备蛋白质产品极为关键。
在众多的蛋白质吸附分离纯化材料中,金属螯合亲和蛋白质层析材料对表面暴露有大量组氨酸残基的目标蛋白质具有极高的特异性选择吸附性能,且其制备过程中所使用的螯合剂和金属离子亲和配体的成本相对低廉。此外,其实际使用和再生过程也较为简单,因而受到了科研和产业界的广泛关注。但是传统的金属螯合亲和层析材料大多使用的是颗粒类材料,使用过程中,存在着传质效率低、压降大等问题,影响纯化效率。而纳米纤维膜材料拥有比表面积大、孔隙率高,孔隙互连的特点,可有效避免以上这些缺陷,是一种理想的蛋白质吸附材料。
本课题以操作简单、成本低廉、原料范围广泛、聚合物成纤过程可控性强的静电纺丝技术为基础,纺制的纤维连续性高,还具有良好的机械性能,并且纺丝过程中各工艺可控,可调控纤维的形貌结构等性能。选用醋酸纤维素为原材料,配制纺丝液后,采用静电纺丝技术纺制醋酸纤维素纳米纤维膜(CA NFMs)。使用 0.5M 氢氧化钠溶液对其进行水解。实验发现,在60℃下水解2小时时,水解效果最好, CA表面的酯基被完全水解为活性羟基基团。此时,所获得的再生纤维素纳米纤维膜(RC NFMs)依然保持着良好的形貌与结构。随后对获得的RC NFMs进行表面接枝改性,通过依次将中间体(三聚氯氰)、螯合剂(亚氨基二乙酸)和亲和配体Fe3+离子,修饰于RC NFMs表面。结果表明,固定了Fe3+离子的RC NFMs(RC-CC-IDA-Fe3+NFMs)在吸附溶菌酶时,可以在4小时内快速达到吸附平衡,同时吸附量高达 365mg g-1。此外,通过控制蛋白质溶液的性质和浓度、吸附条件等,可以有效地调节其吸附性能。RC-CC-IDA-Fe3+NFMs还具有优越的循环使用性能,在 5 次吸附-洗脱循环中,吸附量一直保持在原始饱和吸附量的 93%以上,5 次循环后形貌结构几乎保持不变。同时, RC-CC-IDA-Fe3+NFMs还具有良好的再生性能,再生的RC-CC-IDA-Fe3+NFMs对溶菌酶进行吸附,其吸附量超过原始饱和吸附量的85%。RC-CC-IDA-Fe3+ NFMs 的成功制备可能为蛋白质纯化和其他潜在的生物技术领域提供一种新型的亲和吸附材料。
在众多的蛋白质吸附分离纯化材料中,金属螯合亲和蛋白质层析材料对表面暴露有大量组氨酸残基的目标蛋白质具有极高的特异性选择吸附性能,且其制备过程中所使用的螯合剂和金属离子亲和配体的成本相对低廉。此外,其实际使用和再生过程也较为简单,因而受到了科研和产业界的广泛关注。但是传统的金属螯合亲和层析材料大多使用的是颗粒类材料,使用过程中,存在着传质效率低、压降大等问题,影响纯化效率。而纳米纤维膜材料拥有比表面积大、孔隙率高,孔隙互连的特点,可有效避免以上这些缺陷,是一种理想的蛋白质吸附材料。
本课题以操作简单、成本低廉、原料范围广泛、聚合物成纤过程可控性强的静电纺丝技术为基础,纺制的纤维连续性高,还具有良好的机械性能,并且纺丝过程中各工艺可控,可调控纤维的形貌结构等性能。选用醋酸纤维素为原材料,配制纺丝液后,采用静电纺丝技术纺制醋酸纤维素纳米纤维膜(CA NFMs)。使用 0.5M 氢氧化钠溶液对其进行水解。实验发现,在60℃下水解2小时时,水解效果最好, CA表面的酯基被完全水解为活性羟基基团。此时,所获得的再生纤维素纳米纤维膜(RC NFMs)依然保持着良好的形貌与结构。随后对获得的RC NFMs进行表面接枝改性,通过依次将中间体(三聚氯氰)、螯合剂(亚氨基二乙酸)和亲和配体Fe3+离子,修饰于RC NFMs表面。结果表明,固定了Fe3+离子的RC NFMs(RC-CC-IDA-Fe3+NFMs)在吸附溶菌酶时,可以在4小时内快速达到吸附平衡,同时吸附量高达 365mg g-1。此外,通过控制蛋白质溶液的性质和浓度、吸附条件等,可以有效地调节其吸附性能。RC-CC-IDA-Fe3+NFMs还具有优越的循环使用性能,在 5 次吸附-洗脱循环中,吸附量一直保持在原始饱和吸附量的 93%以上,5 次循环后形貌结构几乎保持不变。同时, RC-CC-IDA-Fe3+NFMs还具有良好的再生性能,再生的RC-CC-IDA-Fe3+NFMs对溶菌酶进行吸附,其吸附量超过原始饱和吸附量的85%。RC-CC-IDA-Fe3+ NFMs 的成功制备可能为蛋白质纯化和其他潜在的生物技术领域提供一种新型的亲和吸附材料。