一种蛋白吸附载体的构建及其制备方法
【专利摘要】本发明属于生物科学【技术领域】。本发明的目的在于提供蛋白吸附的材料以及该材料的制备方法。该材料以石墨烯为基材，将其与纳米材料复合，利用石墨烯特有的二维结构和表面性能，达到蛋白吸附的功能。该蛋白吸附材料可以大量、快速吸附蛋白，不仅可用于蛋白分离、纯化等试验研究、分析使用，还可用于生物下游规模化加工、生产使用。
【专利说明】一种蛋白吸附载体的构建及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可吸附蛋白的石墨烯载体材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 蛋白质和酶在生物体内催化代谢反应，协调物质运转，同时控制着机体各种机能、 生长与发育等等。因此，研究蛋白质对了解生命的规律、指导工业生产、医药开发和实践等 都有着重大的理论指导意义。而蛋白质的分离纯化是蛋白质研究中必不可少的一个环节。
[0003] 分离纯化某一蛋白质首先要将蛋白质从原来的组织中释放出来，将杂质吸附去 除，再根据需求采用适当的办法分离纯化。在实际工作中，很难用单一的方法实现蛋白质的 分离纯化，往往要综合几种方法才能提纯出一种蛋白质。理想的蛋白质分离提纯方法，要求 产品纯度和总回收率越高越好，但实际上两者难以兼顾。因此，考虑分离提纯的条件和方法 时，不得不在两者之间做适当的选择。一般情况下，科研上要产品纯度高，而工业上更希望 回收率越高越好。
[0004] 以往，在医药品制造工序等生物工艺中，对蛋白质等有价值的物质的吸附回收或 者对杂质的吸附去除等吸附精制操作是通过将被处理液通入多孔性凝胶颗粒作为吸附体 来进行的。此类凝胶颗粒内部具有很多细孔，通过细孔增加比较面积，从来确保蛋白质的吸 附容量。将在培养皿中的含有目的蛋白质和杂质物质的粗原料填充入上述多孔凝胶颗粒柱 中，液体通过细孔时，通过细孔表面具有蛋白吸附能力的官能团来吸附分离目标蛋白和杂 质。
[0005] 但是，以往的凝胶颗粒阻力大，若粗原料液注入速度过快，凝胶颗粒的吸附无法完 全进行，造成吸附容量的大幅降低。所以只能是原料液慢慢流动，而速度慢的后果直接导致 整个实验过程耗时很长，难以满足工业生产需求。另外，凝胶颗粒其内部为多孔网状结构。 一定型号的凝胶网孔大小一定，只允许相应大小的分子进入凝胶颗粒内部，大分子则被排 阻在外。洗脱时，大分子随洗脱液从颗粒间隙流下来，洗脱液体积小，小分子则在颗粒网状 结构中穿来穿去，历程长，后洗脱下来，洗脱体积大。
[0006] 石墨烯是由单层碳原子形成的二维平面型纳米材料，易于进行各种功能化，目前 已经广泛应用于生物化学领域。已有的研究证实，石墨烯薄膜具有维纳结构，表现为高疏水 性和高黏着性。目前石墨烯已经分别成功应用于药物运载、基因转染、蛋白质分离领域。
【发明内容】
[0007] 基于以上技术背景，发明人认为：以石墨烯为基材进行合理修饰，将其与纳米材料 复合，利用石墨烯特有的二维结构和表面性能，可以达到蛋白吸附的功能。
[0008] 发明人为了实现上述问题进行研究，结果发现：通过将石墨烯与多种金属或非金 属纳米粒子(如金、钼、银、钯、金属氧化物、半导体纳米晶等）复合制作成水溶性的纳米复合 物/杂化体，这种复合物/杂化体具有很高的疏水性及黏着性，可以像"万能胶水" 一样快 速、大量的吸附蛋白质，同时也表现了很好的水溶性和稳定性。发明人使用原子力显微镜 AFM、透射电镜TEM以及扫描电镜SEM等对复合物/杂化体进行了系统的表征，证实了这种 制备手段具有高效性和可行性。
[0009] SP，本发明如下： 本发明的目的在于提供一种蛋白吸附材料极其制备方法，该蛋白吸附材料可以大量、 快速吸附蛋白，不仅可用于蛋白分离、纯化等试验研究、分析使用，还可用于生物下游规模 化加工、生产使用。
[0010] 1、一种蛋白吸附材料，该材料以石墨烯为基材，将石墨烯与纳米材料复合；利用石 墨烯特有的二维结构和表面性能，实现快速、大量的吸附蛋白功能。
[0011] 2、如上述1所述的蛋白吸附材料，其中所述石墨稀基材包含石墨稀、氧化石墨稀、 还原石墨烯，单颗载体的尺寸为10纳米-100微米。
[0012] 3、如上述1所述的蛋白吸附材料，其中所述的纳米材料包含以下材料中的一种 或任意两种及两种以上的混合物：磁性纳米粒子，如钼黑、银、氧化铝、氧化铁；半导体纳米 晶，如CdTe ;碳纳米管；纳米非金属粉末或溶液；高分子材料。
[0013] 4、如上述1所述的蛋白吸附材料，所述石墨烯与纳米材料的结合方式可以为复合 物，亦可以为杂化物。
[0014] 5、如上述1所述的蛋白吸附材料，其制备方法包含以下步骤：（1)制备满足上述 2要求的石墨烯或氧化、还原石墨烯，均匀分散于水中得到水溶液；（2)将步骤（1)得到的 石墨烯或氧化石墨烯水溶液进行合理化修饰，如巯基修饰；（3)将步骤（2)得到的修饰后 的水溶液与纳米粒子进行合理组装结合，如巯基修饰的石墨烯可与金纳米粒子紧密集合， 达到极好的结合效果；（4)将步骤（3)得到的结合好的材料进行纯化、表征后即得到蛋白 吸附材料。
[0015] 本发明优势： 本发明利用石墨烯巨大的比表面积，且易于修饰的特点，将其与纳米材料合理复合组 装，得到了一种蛋白吸附材料。该材料具有制备简单，性质稳定的优点；且对环境友好，成本 低廉；不仅可以大量、快速吸附蛋白，不仅可用于蛋白分离等试验研究、分析使用，还可用于 生物下游规模化加工、生产使用。
[0016]
【具体实施方式】： 下面通过具体实施例，对本发明做进一步的说明。
[0017] 一种巯基修饰的石墨烯与金纳米粒子复合材料的制备方法： 1、首先使用氨基环氧加成反应制备超小尺寸氧化石墨烯（〈500 nm)，试用该方法制备 的石墨烯尺寸小，毒性小，便于修饰；用此石墨烯用做基本载体。
[0018] 2、用步骤1得到的基本载体上做巯基修饰：常温下，可以利用牛血清蛋白（BSA)对 氧化石墨烯进行非共价功能化修饰；然后在强碱和高温下，BSA较强的还原性可将氧化石 墨烯转变为还原态石墨烯，利用这一方法可得到稳定分散的功能化石墨烯水溶液。
[0019] 3、在步骤2得到的水溶液中进行金纳米粒子的复合组装：在液相中，采用金的酸 化物如氯金酸和步骤2的水溶液混合，在超声作用下，通过简单的加热和PH值调节，可促成 氧化石墨烯的脱氧和金的酸化物的分解，一步制得石墨烯-金纳米粒子复合材料。
【权利要求】
1. 一种蛋白吸附材料极其制备方法，该材料可以大量、快速吸附蛋白，不仅可用于蛋白 分离、纯化等试验研究、分析使用，还可用于生物下游规模化加工、生产使用；该材料以石墨 烯为基材，将石墨烯与纳米材料复合；利用石墨烯特有的二维结构和表面性能，实现快速、 大量的吸附蛋白功能。
2. 根据权利要求1所述的所述的蛋白吸附材料，其中所述石墨烯基材包含单层或多层 石墨烯、氧化石墨烯、还原石墨烯，单颗载体的尺寸为l〇nm至100微米。
3. 根据权利要求1所述的蛋白吸附材料,其中所述的纳米材料包含以下材料中的一 种或任意两种及两种以上的混合物：金属纳米粒子，如金、银、氧化铝、氧化铁；半导体纳米 晶，如CdTe ;碳纳米管；纳米非金属粉末或溶液；高分子材料。
4. 根据权利要求1所述的蛋白吸附材料，所述石墨烯与纳米材料的结合方式可以为 复合物，亦可以为杂化物。
5. 如上述1所述的蛋白吸附材料，其制备方法包含以下步骤： (1)制备满足上述2要求的石墨烯或氧化、还原石墨烯，均匀分散于水中得到水溶液； (2)将步骤（1)得到的石墨烯或氧化石墨烯水溶液进行合理化修饰，如巯基修饰；（3)将步 骤（2)得到的修饰后的水溶液与纳米粒子进行合理组装结合，如巯基修饰的石墨烯可与金 纳米粒子紧密集合，达到极好的结合效果；（4)将步骤（3)得到的结合好的材料进行纯化、 表征后即得到蛋白吸附材料。
【文档编号】B01J20/20GK104117337SQ201310168576
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2013年5月9日
【发明者】刘遵峰, 贾凤美, 刘倩 申请人:常州碳宇纳米科技有限公司, 江南石墨烯研究院