一种磁性纳米复合材料及其制备方法和在低丰度蛋白富集中的应用与流程

本发明涉及磁性纳米符合材料，具体涉及一种磁性纳米复合材料及其制备方法，和在低丰度蛋白富集中的应用。

背景技术：

1、蛋白质组学(proteomics)，是以蛋白质组为研究对象，从整体水平上研究蛋白质组成及其变化规律的科学，由此获得蛋白质水平上的关于细胞活动、疾病发生等过程的整体而全面的认识。蛋白质组学研究不仅能系统地揭示生命活动规律，而且能有效阐明疾病发生发展的分子机制和调控网络。基于液相色谱–串联质谱(lc-ms/ms)技术的鸟枪法蛋白质组学(shotgun proteomics)策略为复杂生物样品蛋白质组水平鉴定和定量提供了强有力的技术支撑。

2、然而对于一些动态分布范围宽的样本如血清、血浆、尿液、乳汁、脑脊液、唾液、细胞上清液等，基于lc-ms/ms的蛋白质组学研究受到了极大的限制。以血清或血浆为例，血清/血浆的动态范围分布极宽，估计有12-13个数量级，大约有22种蛋白质的浓度高达mg/ml，占总蛋白质的99％。而其他的数以千计的人们感兴趣的蛋白质，如组织泄漏蛋白和信号因子，在血浆中的浓度低至ng/ml甚至pg/ml。高丰度的功能蛋白造成的压倒性"掩盖"效应使得有价值的低丰度蛋白的检测非常困难，即使是使用最先进的质谱技术。

3、为了提高低丰度蛋白的检出覆盖度，基于免疫亲和力的高丰度蛋白的去除和肽段水平的组分分馏被开发出来。这些方法能够将血浆蛋白的鉴定数提高到500-800，但去除高丰度蛋白的过程中也会去除一些与高丰度蛋白互作的低丰度蛋白，导致重要的低丰度蛋白信息的损失。此外，该类方法的检测周期长，成本高，通量低；不适用于大规模的队列样本处理。更重要的是，基于抗体的高丰度蛋白去除方法只能针对特定样本类型进行特定蛋白的去除。非血液类样本，如脑脊液、尿液、乳汁、唾液、细胞上清液等样本，其高丰度蛋白种类与血清/血浆样本相差较大甚至完全不同，无法基于以上方法实现高丰度蛋白的去除。因此，迫切需要开发一种不受样本类型限制的、低成本、高通量并且易于操作的新方法，实现低丰度蛋白的快速和高效的富集，从而提高蛋白质的鉴定数。

技术实现思路

1、发明目的：本发明针对现有低丰度蛋白富集技术存在的问题，提出了一种磁性纳米复合材料fe3o4@ts-1及其制备方法和在低丰度蛋白富集中的应用。本发明利用纳米钛硅分子筛材料ts-1比表面积大、具有分子筛特殊的拓扑结构外，同时因钛原子在骨架内的均匀分布而形成具有特殊性质的骨架si-o-ti键而富含硅羟基的特点，通过其与蛋白质之间的静电作用、氢键作用、以及范德华力等实现各种样本类型中的低丰度蛋白质的富集；本发明所提出的磁性纳米复合材料fe3o4@ts-1的制备方法，在保证ts-1这种钛硅分子筛材料表面性质不被破坏，材料蛋白吸附性能没有下降的同时，又赋予其磁性；为大规模的样本处理提供了一种更加简单、快速、高效的技术方法，后期可实现高通量自动化生产。此外，该方法应用范围广泛，突破了基于免疫亲和力的高丰度蛋白去除方法的样本类型限制和蛋白质种类限制。

2、技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种磁性纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、1)取硅源，溶解到水中，加入碱源以及模板剂，溶解后，室温静置进行水解，得a相；

5、2)取钛源，溶解到水中，加入稳定剂、碱源以及模板剂，溶解后，室温静置进行水解，得b相；

6、3)取fe3o4加入碱和水按一定比例组成混合溶液中，分散均匀，得到c液；

7、4)将a相与b相混合，进行除有机溶剂操作；

8、5)向4)中加入等体积的c液，得d相凝胶，于室温晶化后，水热晶化，水热结束后，通过过滤，洗涤，干燥，煅烧即可得到磁性纳米复合材料fe3o4@ts-1。

9、优选的，步骤1)中，所述的硅源包括正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四正丙酯、正硅酸四正丁酯、硅溶胶、水玻璃、硅藻土中的一种或多种；所述碱源包括氨水、碱金属化合物、碱土金属化合物、尿素、季胺碱化合物、脂肪胺中的一种或多种；所述的模板剂为三乙胺、二正丙胺、二异丙胺、四丙基氢氧化铵中的一种或多种；所述硅源、碱源、模板剂、水的质量比例为：硅源：碱源：模板剂：水＝1：0.1～1：0.1～3：1～10，所述水解的时长为0.5～10h。

10、优选的，步骤2)中，所述的钛源为钛酸丁酯，钛酸异丙酯，钛酸四乙酯，四氯化钛，三氯化钛中的一种或多种；所述稳定剂为乙醇、异丙醇、丙三醇、乙二醇中的一种或多种；所述碱源包括氨水、碱金属化合物、碱土金属化合物、尿素、季胺碱化合物、脂肪胺中的一种或多种；所述的模板剂为三乙胺、二正丙胺、二异丙胺、四丙基氢氧化铵中的一种或多种；所述钛源、稳定剂、碱源、模板剂、水的质量比例为：钛源：稳定剂：碱源：模板剂：水＝1：5～20：0.1～3：0.2～4：1～10；所述水解的时长为0.5～10h。

11、优选的，步骤3)中，所述碱包括氨水、碱金属化合物、碱土金属化合物、尿素、季胺碱化合物、脂肪胺中的一种或多种；所述的fe3o4、碱、水的质量比例为：fe3o4：碱：水＝1:2～1:1～50。

12、优选的，步骤4)中，所述的a相与b相混合，除有机溶剂的温度为：60～85℃。

13、优选的，步骤5)中，所述室温晶化的时长为1～6h，所述水热晶化的温度为100～200℃，时长为24～120h。

14、本发明还提供了一种磁性纳米复合材料，由上述制备方法制得。所述磁性纳米复合材料为fe3o4@ts-1，fe3o4被ts-1外壳所包覆

15、本发明还提供了所述的磁性纳米复合材料在低丰度蛋白富集中的应用。

16、本发明最后提供了利用所述的磁性纳米复合材料富集低丰度蛋白的方法，包括以下步骤：

17、1)向待测样本中加入结合缓冲液和磁性纳米复合材料，得到混悬液；

18、2)将所述混悬液震荡孵育后，进行磁分离，去除上清液并保留沉淀；

19、3)加入清洗缓冲液洗涤沉淀，所得沉淀即为磁性纳米复合材料及其所富集的低丰度蛋白的混合物；

20、4)采用质谱、ihc、elisa、western blot或化学发光对目标蛋白质组或目标蛋白进行检测。

21、优选的，步骤1)中，所述的待测样本类型选自血液、尿液、脑脊液、唾液、乳液、蛋清或细胞上清液；所述磁性纳米复合材料和待测样本的比例为1mg：5ul～10ml。

22、优选的，步骤1)中，所述结合缓冲液的成分包括tris、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钾、磷酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、氯化钾、氯化钠、柠檬酸、柠檬酸钠、巴比妥酸、巴比妥钠、氢氧化钠、盐酸、甲酸、乙酸、edta、sds、np-40、chaps、吐温、triton、peg、乙腈、甲醇的中的一种或任意组合，优选为tris、edta的组合缓冲液。

23、优选的，步骤2)中，所述震荡孵育的条件为：18～37℃，500～2000rpm，孵育1～120min；所述置于磁力架上，放置时间为1～5min；

24、优选的，步骤3)中，所述清洗缓冲液选自步骤1)所使用的结合缓冲液或相应稀释液；所述洗涤沉淀3次，过程为：加入清洗缓冲液，室温震荡3min，将样本置于磁力架上磁分离2min后，弃上清，保留沉淀；重复以上过程3次。

25、优选的，步骤9)中，对目标蛋白检测的手段包括：质谱、ihc、elisa、western blot、化学发光中的一种或几种，优选质谱。

26、有益效果：

27、1、本发明所提出的磁性纳米复合材料fe3o4@ts-1的制备方法，在保证ts-1表面性质不被破坏，ts-1的蛋白吸附性能没有下降的同时，赋予其磁性。

28、2、本发明提出的磁性纳米复合材料fe3o4@ts-1的制备方法制备简单，方法稳定性好，适合工业放大生产和应用。

29、3、本发明为大规模的样本处理提供了一种更加简单、快速、高效的技术方法。非磁性材料需要高速离心才能实现固液分离，耗时又耗力；而磁分离仅需数秒即可完成，极大优化了样本的处理流程。

30、4、该方法应用范围广泛，适用于血液、尿液、脑脊液、唾液、乳液、蛋清、细胞上清液等多种含有高丰度蛋白的样本；突破了基于免疫亲和力的高丰度蛋白去除方法的样本类型限制和蛋白质种类限制。

31、5、基于磁性纳米复合材料fe3o4@ts-1的低丰度蛋白的富集，仅需孵育-洗涤2个步骤就可完成样本中低丰度蛋白的富集，与传统的基于免疫亲和力的高丰度蛋白的去除和组分分馏相比，显著减少了样本的处理步骤和操作时长。

32、6、与未经处理直接进行质谱检测的结果对比，经磁性纳米复合材料fe3o4@ts-1富集后的样本，其蛋白鉴定数可提高100％-700％，有效避免了质谱检测时高丰度蛋白对低丰度蛋白鉴定的干扰。