磁性二氧化硅复合微球的制备及其在DNA和蛋白质分离中的应用

论文摘要

近年来,设计和合成单分散的磁性功能微球引起了广泛的关注,并被应用于生物分离,分子诊断和免疫测定等方面。其中,磁性二氧化硅微球由于其多方面的优点得到越来越多的关注。本文结合本组在磁性聚合物微球制备、功能化方面的长期工作,利用三种不同方法,成功制备了具有高磁含量单分散的二氧化硅复合微球,初步取得了以下几个方面的研究结果:1.采用正相细乳液法来制备单分散的可控成分的超顺磁性二氧化硅复合微球并应用于质粒DNA的分离。研究了不同的催化剂和磁流体用量对复合微球形态、磁性粒子性质和生物分离的影响。该研究工作提供了一种比以往更简单有效的方法来制备单分散性,快速磁场响应性的磁性二氧化硅复合微球,而这对于生物分离是非常重要的特性。并同商品磁性粒子的DNA分离效果进行比较,结果证明我们制备的磁性二氧化硅微球潜在的良好应用价值。2.采用改性的细乳液法来制备单分散高磁含量的二氧化硅复合微球,其磁含量可高达62.1%,这要远高于以往方法制备的超顺磁性二氧化硅复合微球的磁含量。接着,采用溶胶凝胶法,在该复合微球表面包覆介孔和无定形二氧化硅壳层,制备了核壳结构的磁性二氧化硅复合微球,提高微球表面的生物相容性。这也是首次在由磁性纳米粒子形成的复合微球表面包覆介孔二氧化硅壳层。进一步将磁性介孔和无定形的核壳微球用于质粒DNA的分离,并对分离结果加以分析比较,丰富了我们的研究体系。3.制备高磁含量的二氧化硅核壳微球,并对其表面进行改性,接枝聚丙烯酸线形链,用于溶菌酶的选择性吸附分离研究。首先,改进了以前的氧化沉淀法,缩短反应时间得到亚微米四氧化三铁磁簇。接着,采用溶胶凝胶法在该四氧化三铁磁簇表面包覆了可控厚度的二氧化硅壳层,制备Fe3O4@silica复合微球。然后,通过在二氧化硅表面接枝聚丙烯酸线形链,制备Fe3O4@silica-g-PAA复合微球,明显提高了磁性微球对溶菌酶的吸附量。该产物同以往的磁性吸附载体相比,在保证较高的蛋白吸附量的情况下,具有更快的磁场响应性和更短的吸附平衡时间,这对于发展磁性载体应用于批量化的生物分离具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 磁性材料与生物技术
• 1.2 磁性纳米微粒的研究进展
• 1.2.1 磁性纳米微粒的制备研究
• 1.2.2 纳米相磁簇的制备研究
• 1.3 磁性聚合物微球的分类和研究进展
• 1.3.1 磁性有机聚合物微球的制备
• 1.3.2 磁性二氧化硅微球的制备
• 1.3.3 介孔微球
• 1.4 磁性复合微球在生物医学领域的应用
• 1.4.1 核酸研究
• 1.4.2 蛋白质分离
• 1.4.3 固定化酶
• 1.4.4 靶向药物
• 1.5 本论文工作
• 参考文献
• 第二章 磁性二氧化硅复合微球的制备及用于DNA分离研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料
• 3O₄/SiO₂微球的制备'>2.2.2 单分散超顺磁性Fe₃O₄/SiO₂微球的制备
• 3O₄纳米粒子'>2.2.2.1 沉淀法制备油基Fe₃O₄纳米粒子
• 3O₄/SiO₂复合微球的制备'>2.2.2.2 Fe₃O₄/SiO₂复合微球的制备
• 3O₄/SiO₂微球纯化质粒DNA'>2.2.3 Fe₃O₄/SiO₂微球纯化质粒DNA
• 2.2.4 琼脂糖凝胶电泳测试
• 2.2.5 样品的表征与测试
• 2.3 结果与讨论
• 3O₄/SiO₂复合微球的制备'>2.3.1 Fe₃O₄/SiO₂复合微球的制备
• 2.3.2 磁性复合微球用于质粒DNA的分离
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 磁性介孔和无定形核壳微球的制备和研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料和仪器
• 3.2.2 磁性无定形和介孔核壳微球的制备
• 3.2.2.1 高固含量磁流体的制各
• 3O₄/SiO₂复合微球的制备'>3.2.2.2 高磁含量Fe₃O₄/SiO₂复合微球的制备
• 3.2.2.3 无定形核壳微球的制备
• 3.2.2.4 介孔核壳微球的制备
• 3.2.2.5 核壳微球用于质粒DNA的分离
• 3.2.2.6 琼脂糖凝胶电泳测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 磁性无定形和介孔核壳微球的制备与形态表征
• 3.3.2 磁性的核壳微球的磁学性能和晶体结构表征
• 3.3.3 磁性的介孔微球的孔径等性能表征
• 3.3.4 不同壳层厚度的无定形和介孔微球对质粒DNA的吸附
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 高磁含量核壳微球的制备、修饰和初步应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料和仪器
• 3O₄粒子的制备'>4.2.2 亚微米超顺磁性Fe₃O₄粒子的制备
• 3O₄/SiO₂微球的制备'>4.2.3 核壳结构Fe₃O₄/SiO₂微球的制备
• 3O₄@SiO₂微球的表面修饰'>4.2.4 核壳结构Fe₃O₄@SiO₂微球的表面修饰
• 4.2.5 磁性微球用于吸附溶菌酶测试
• 3O₄@SiO₂-g-PAA微球用于分离二元蛋白体系'>4.2.6 Fe₃O₄@SiO₂-g-PAA微球用于分离二元蛋白体系
• 4.2.7 样品的表征与测试
• 4.3 结果与讨论
• 3O₄粒子形态的影响及形成机理的研究'>4.3.1 合成条件对Fe₃O₄粒子形态的影响及形成机理的研究
• 4.3.1.1 反应物比例的影响
• 4.3.1.2 机械搅拌的影响
• 3O₄/SiO₂核壳微球'>4.3.2 制备不同壳层厚度的Fe₃O₄/SiO₂核壳微球
• 3O₄微球表面处理的影响'>4.3.2.1 Fe₃O₄微球表面处理的影响
• 4.3.2.2 反应物用量和超声功率的影响
• 3O₄@SiO₂核壳微球的磁学性能和晶体结构表征'>4.3.2.3 Fe₃O₄@SiO₂核壳微球的磁学性能和晶体结构表征
• 3O₄@SiO₂核壳微球的表面功能化'>4.3.3 Fe₃O₄@SiO₂核壳微球的表面功能化
• 4.3.4 磁性核壳微球用于分离溶菌酶
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 附录
• 致谢