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蛋白质吸附分离用纳米纤维材料研究取得重要进展

发布者: 网站管理员   发布时间: 2015-10-06

近期,东华大学丁彬研究员带领的“功能纳米纤维材料”研究团队在高效蛋白质吸附纯化材料研究方面取得了突破性的进展。他们通过将国际前沿纤维材料“静电纺纳米纤维”与原位化学接枝的方法相结合,成功制备出了具有纤维直径细、吸附配体分布密度大、孔径分布集中、孔道曲折程度高且连通性好的纳米纤维蛋白质吸附膜材料,该材料对蛋白质具有高效、快速、大吸附载量的纯化处理能力。相关研究成果以“Highly Carbonylated Cellulose Nanofibrous Membranes UtilizingMaleic Anhydride Grafting for Efficient Lysozyme Adsorption”为题发表在界面材料研究领域的权威杂志《ACS Applied Materials & Interfaces》上(ACS Appl. Mater. Interfaces 2015,7,15658-15666)。

 

                 (a)纳米纤维膜改性过程及蛋白质吸附示意图 b改性纳米纤维膜的蛋白质吸附性能

近年来,大量的免疫诊断与治疗、生命科学研究工作对高纯度蛋白质产品提出了巨大的需求,而分离纯化过程作为蛋白质产品制备的关键步骤,直接决定蛋白质产品的纯度与生产效率。当前常用的分离纯化材料主要为凝胶颗粒类材料,蛋白质吸附位点大多分布在材料内部细小的半封闭孔隙中,导致其在使用过程中存在传质效率低、阻力压降大、洗脱速率低等问题,难以满足高效、大批量蛋白质产品生产的要求。此外,目前所使用的纤维基蛋白质吸附材料虽然能够有效降低操作过程中的阻力压降,但其较大的纤维直径(多在微米级以上)导致其面临比表面积小、吸附配体数量少等不足,制约了其在实际工业生产中的应用。

为此,该团队以静电纺醋酸纤维素纳米纤维为原材料,通过对其脱乙酰基过程进行精确调控,在保证其机械强度的前提下,大幅度提升了纤维膜表面活性羟基负载量,获得了具有超亲水特性的纤维素纳米纤维。进一步地,通过引入双官能团羧基化偶联剂对所得纤维进行吸附功能基团接枝改性处理,实现了负电性羧酸基团在纤维表面的高效、均质铆接,从而赋予了纤维膜高效的蛋白吸附纯化性能。所得材料对溶菌酶的吸附量高达160mg/g,吸附平衡时间仅为12h,且其重力驱动下的动态吸附量可达118mg/g,与商品化再生纤维素纤维膜相比有较大幅度提升。此外,改性过程中纤维间形成的牢固的化学交联结构以及纤维素稳定的化学性质,赋予其良好的耐久性与循环使用性能,未来将有望在生物蛋白质药物制备、疾病诊断等领域得到广泛应用。

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