[发明专利]一种表面富含镍离子的核壳式磁性复合微球的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米功能材料技术领域，具体涉及一种表面富含镍离子的核壳式磁性复合微球的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，有机-无机杂化复合微球，尤其是磁性复合微球正受到人们的广泛关注。由于磁性高分子微球同时具有有机高分子的表面可修饰性和无机磁性材料的磁响应性，可以在外加磁场下方便、快速、高效的分离目标生物分子。因此，在蛋白分离纯化、细胞分离、磁共振成像和磁靶向载药等生物医学领域具有广泛的应用前景。

目前，通过乳液聚合方法可以制备出不同结构的磁性聚合物复合微球。但是乳液聚合对于结构以及磁含量的控制相对较差，且对单体选择性高。要获得结构较好、磁含量可控的复合微球，通常需要借助过渡层（如二氧化硅），但是包覆中间的二氧化硅层会降低整个微球的磁饱和强度。另外由于乳液聚合大多采用过硫酸钾等带电水溶性引发剂，反应结束后往往使微球带上相应的电荷，会一定程度上影响后续的应用。并且该方法常常需要共聚疏水性单体，这会使得表面官能团密度下降。为了解决这一问题，回流沉淀聚合可以不用借助过渡层，直接在磁性纳米粒子表面包覆聚合物壳层，可以用不带电的油溶性引发剂，并且无需共聚其他单体，表面官能团密度较大。该方法简便易行，成本低廉，开发利用回流沉淀法直接包覆聚合物壳层是十分必要的。

磁性载体固定金属离子亲和色谱分离法是从生物混合体系中分离出高纯度的目标生物分子的方法，它将亲和配基偶联在磁性分离载体表面，在磁场定向控制下，通过亲和吸附、清洗和解吸等操作步骤，实现目标蛋白的分离纯化。磁性载体固定金属离子亲和色谱分离法具有分离速度快、选择性好、载体不易污染、回收率高等显著优势，在生物产品大规模分离纯化方面具有重要的发展潜力。近年常用来富集组氨酸蛋白的金属离子是镍离子或者铜离子，而用来固定这些离子的配体通常是氨三乙酸或者亚氨基二乙酸，但作为配体前者价格较为昂贵，而后者效果相比前者络合镍离子的能力较差，开发一种新型的效果较好且成本低廉的配体用于固定金属离子是很有必要的。这里我们用乙烯基咪唑作为单体，通过回流沉淀制备表面富含咪唑基团的壳层，然后通过咪唑基团作为配体来络合镍离子。相比以前的后修饰上配体而言，该方法能将一整个壳层的配体直接包覆于磁簇上再螯合镍离子，官能团密度大大增加，可实现高选择性地分离纯化组氨酸蛋白。

组氨酸蛋白最常见的是血液中的血红蛋白和血清蛋白，这两种高丰度蛋白在动物体内大量存在。而目前很多癌症的生物标志物都是低丰度蛋白，由于大量高丰度蛋白的存在，这些低丰度的蛋白信号常常会被掩盖，所以先把高丰度蛋白去除有利于低丰度蛋白的分析和检测。该类微球能高效去除高丰度蛋白，意义重大。6个组氨酸标记的蛋白是目前最为常见的重组蛋白之一，这些蛋白通常是有功能性的，比如重组纤维素酶，对纤维素水解意义重大，而这些蛋白在自然界中含量极微，要获得相对大量的蛋白必须通过大肠杆菌等表达，但是表达出来的蛋白需要从复杂的体系中纯化出来，就需要某种材料来达成这个富集分离的目标，所以开发这样一种新型的表面富含镍离子的核壳结构微球对于高丰度组氨酸蛋白的去除和低丰度组氨酸标记蛋白的富集分离都有着巨大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备时间短，过程简单高效，磁含量高，能大量特异性富集组氨酸蛋白的富含镍离子的核壳式磁性复合微球的制备方法及其应用。

本发明针对背景技术中所存在的问题，提出了无需过渡层直接制备以磁簇为核，聚乙烯基咪唑为壳层的核壳式磁性复合微球的制备方法，并进一步进行镍离子的络合，由于镍离子和组氨酸中的咪唑基团有很强的配位络合作用，且表面纯净无杂质，都是镍离子，所以能高效循环的富集组氨酸蛋白。本发明提出的富含镍离子的核壳式磁性复合微球的制备方法，具体步骤为： 

1、首先，以六水合三氯化铁、醋酸盐和柠檬酸盐为原料制备柠檬酸钠稳定的磁性纳米粒子团簇（简称磁簇）；

2、接着，使用溶胶凝胶法对磁簇表面进行修饰，使其表面带上活性的乙烯基官能团；

3、然后，以表面含有乙烯基的磁簇为种子，通过回流沉淀聚合的方法在磁簇表面包覆一层致密的含咪唑基团的聚合物交联网络，得到以磁簇为核、含咪唑基团的聚合物网络为壳的磁性聚合物复合微球；

4、再利用六水合氯化镍与前述表面富含咪唑基团的核壳式复合微球进行镍离子的络合，使其表面具有大量镍离子；

5、最后用该表面富含镍离子的磁性微球，进行富集分离组氨酸蛋白的实验。