一种制备牛血清白蛋白杂化膜的方法技术

一种制备牛血清白蛋白杂化膜的方法，属于生物－无机杂化技术领域。制备工艺包括：粉体杂化膜的制备；层层组装杂化膜的制备。制备多层组装蛋白质和水滑石纳米片的层层组装杂化膜，层层组装杂化膜中，蛋白质和水滑石交替成膜，蛋白质的特征光谱强度随组装层数的增加成线性增长；水滑石片紧凑地排列在基底表面，由层层组装所制备的牛血清白蛋白杂化膜的膜结构均匀连续，牛血清白蛋白的光谱强度随着组装层数的增加成线性增长；杂化膜表面紧密平滑，蛋白质均匀地分布在膜的表面。优点在于，同时制备方法简单不需要复杂的设备，成本低廉，制备过程中只使用水作为溶剂，制备方法环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物-无机杂化
，特别是涉及一种制备牛血清白蛋白杂化膜的 方法，制备一种蛋白质与水滑石纳米片的二元杂化薄膜，这种杂化薄膜表面平滑，结 构均匀连续。
技术介绍
生物-无机杂化技术作为超分子化学的一个重要分支一直是科学研究的重点，生物 -无机杂化薄膜的构筑及其功能化更是最近和将来很长一段时间内人们的研究热点，结 合蛋白质具有广泛应用潜力的特点，通过生物-无机杂化技术实现蛋白质的功能化和器 件化，从而实现生物分子在实际应用中的价值。活性生物分子(如酶、氨基酸、肽) 由于其特殊的物化性质在生物传感、催化、药物缓释、食品加工等领域具有广阔的应用前景，但由于游离活性生物分子存活的温度、pH值范围窄，容易变性和失活，对热、 强酸、强碱和有机溶剂均不够稳定，而且价格昂贵，从而阻碍了他们作为一类重要生 物材料的进一步研究和应用。因此首要的问题是如何提高活性生物分子的稳定性。无 机纳米材料结构丰富新颖、热稳定性优良、表面活性可调节、价格低廉，将活性生物 分子与无机纳米材料组装得到生物一无机杂化材料，不仅对于维持生物大分子的结构 至关重要，而且固载量大、工艺简单易于工业化、载体无毒可回收且成本低廉，具有 良好的工业应用前景。基于活性生物分子与无机纳米材料组装得到的生物-无机纳米杂化材料同时具有 二者的独特性质，已成为生命科学、材料科学及纳米科学等领域的研究热点。以无机 材料为出发点，无机一生物杂化材料主要体现在以下三个方面(1)基于零维的纳米 粒子形成的无机一生物杂化材料。半导体纳米粒子如(CdS， CdSe， ZnS， Ti(^等)或金 属纳米粒子(如Au)可与酶、抗原、抗体或核酸如DNA等蛋白质偶联实现功能化，也可 在生物活性分子诱导下组装成某种排列结构，功能化的纳米粒子可控制生物分子的活 性、反应性或识别能力，无机纳米颗粒与生物分子在溶液或基质表面形成的二维或三 维组装体可望作为生物传感器、生物电子器件等得到应用；(2)基于一维的碳纳米管 和三维的介孔材料形成的无机一生物杂化材料。单壁碳纳米管(SWNT)作为纳米材料 的重要单元在电子、光学、热量传输和生物传感等领域具有广阔的应用前景；(3)基 于纳米颗粒和一维的碳纳米管以及三维的介孔材料组装得到的杂化材料具有一定的局 限性，尤其是活性生物分子为酶分子时，酶分子不能充分地与反应物分子接触，导致 活性和利用率下降。针对上述局限性，近年来二维纳米材料即层状材料(如a-磷酸锆、 层状钛酸盐、水滑石)与生物分子的组装受到越来越多的关注。与上述提到的半导体 或金属纳米颗粒不同，层状材料与生物分子的组装可通过主客体之间的离子键、氢键、憎水作用等形式实现，因而避免了共价作用形式所需要的苛刻反应条件，更有利于保 持生物分子特有的结构和生物活性。蛋白质是由20多种氨基酸共价连接而成、具有特定三维结构、高分子量的多肽。所以把多肽作为认识蛋白质的起点是合适的。 一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽(p印tide)。组成肽链的 氨基酸单元称为氨基酸残基。蛋白质分子中氨基酸残基的排列方式和连接顺序就是蛋 白质的化学结构(一级结构)。肽分子中含有两个氨基酸残基时称为二肽，肽分子中 含有多个氨基酸残基时则称为多肽。肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋 转。蛋白质有一个引人注目的特征，就是它们都具有确定的三维结构。虽然蛋白质分 子是由氨基酸首尾相连的多肽链组成，但一个伸展开来或随机排布的多肽链并无生物 活性。蛋白质的功能来自其特定的构象，即原子在一个结构中的三维排列方式。蛋白 质由氨基酸结合而成，结合方式是通过肽键结合而成肽链，再由一个或多个肽链按各 自特殊的方式结合成为蛋白质分子。随着氨基酸残基的数目、排列顺序、以及多肽链 的数目和空间结构的不同，形成不同的蛋白质。蛋白质除了具有一级结构外，还具有 二级结构(螺旋结构、折叠结构、转角结构、只有回转等)、三级结构(在二级结构 基础上形成的很不规则的构象)和四级结构(由两条或两条以上的具有三级结构的多 肽链聚合而形成特定的构象)，因此蛋白质分子除具有通常主要的化学键外还有许多 其他重要的化学键(如氢键、二硫键、离子间、酯键、疏水键和范德华力)，这些键 中的一种或几种都影响蛋白质的吸附过程。尽管不是所有蛋白质都包含所有上述键， 但对于任何一种蛋白质由于其固有的氨基酸结构，在1541cm—'和1642cnf'附近都有较强 的吸收峰。(1) 一级结构包括组成蛋白质的多肽链数目，多肽链的氨基酸顺序，以及多肽 链内或链间二硫键的数目和位置。其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质 生物功能的基础。 一级结构中的作用力主要是共价键，包括肽键和二硫键。(2) 二级结构是指肽链的主链在空间的排列，或规则的几何走向、旋转及折叠。 它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有a-螺旋、P-折叠、e-转 角。(3) 三级结构是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。维系这种特 定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三 级结构中起着重要作用。蛋白质的三级结构实质上是由其一级结构决定的，是多肽链 主链上各个单键的旋转自由度受到各种限制的总结果。(4)四级结构蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链 通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。维持亚基之间的化学键主要是疏水力。组成蛋白质的20种基本氨基酸分别是甘氨酸(Glycine)、丙氨酸(Alanine)、缬 氨酸(Valine)、亮氨酸(Leucine)、异亮氨酸(Ileucine)、脯氨酸(Proline)、甲 硫氨酸(Methionine)、半胱氨酸(Cysteine)、苯丙氨酸(Phenylalanine),酪氨酸 (Tyrosine)、色氨酸(Trytophan)、精氨酸(Arginine)、赖氨酸(Lysine)、组氨酸 (Histidine)、天冬氨酸(Aspartate)、谷氨酸(Glutamate)、丝氨酸(Serine)、苏 氨酸(Threonine)、天冬酰胺(Asparagine)、谷酰胺(Glutamine)，除甘氨酸和脯氨 酸外，其他均具有一样的结构通式，只是侧链烷基不同。牛血清白蛋白是血液的主要成分(38g/100ml)，由于具有纯度高，价格便宜，商 业易得等特点，常常作为标准蛋白质研究。牛血清白蛋白由三个氨基酸区域组成，每 个氨基酸区域包含两个亚域， 一个BSA分子由583个氨基酸组成，其中35个半胱氨酸 组成17个二硫键，在肽链的第34位有一自由巯基，分子量68kD，等电点4.8，含氮 量16%，含糖量0.08%，仅含已糖和己糖胺，含脂量只有0.2%。游离的BSA分子结构以 a-helix为主，三维尺寸为4*4*14nm，分子量为66KD，等电点是4.9，是一种酸性蛋 白质。与所有蛋白质一样，牛血清白蛋白分子的大小以及表面的电荷分布随蛋白质溶 液pH值的变化而变化，因此可以调节缓冲溶液的pH值，将牛血清白蛋白阴离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备牛血清白蛋白杂化膜的方法，其特征在于，工艺步骤为：　（１）粉体杂化膜的制备　ａ、基底的处理：将硅片、石英片、玻璃片基底在清洁剂、水／异丙醇中各自清洗１０－６０分钟，然后在体积比为５∶１∶１的水／双氧水／氨水中加热处理３０ －９０分钟；　ｂ、缓冲溶液的配制：配制０．２ｍｏｌ／Ｌ的磷酸氢二钠和０．３ｍｏｌ／Ｌ的磷酸二氢钠溶液，以此配制ｐＨ５．０－９．０的缓冲溶液，用于溶解牛血清白蛋白；　ｃ、调节牛血清白蛋白溶液的ｐＨ５．０－９．０，牛血清白蛋白溶液与 水滑石纳米片在１５－４０℃的条件下自组装３０－１２０分钟后，将处理过的基底浸渍在上述牛血清白蛋白溶液与水滑石纳米片的组装体系中１５－４０分钟，清洗干燥，得到粉体杂化膜，牛血清白蛋白分子均匀地分布在基底表面；　（２）层层组装杂化膜的制备 　ａ、调节牛血清白蛋白溶液的ｐＨ５．０－９．０，配制浓度为０．５－３ｍｇ／ｍｌ的蛋白质溶液，组装前溶解３０－１２０分钟；　ｂ、将处理过的基底浸渍在乳酸根插层的水滑石纳米片中１０－３０分钟，水洗干燥；　ｃ、然后浸渍在配制好的 蛋白质溶液中１０－３０分钟，水洗干燥，得到一个双层二元杂化膜；　ｄ、重复上述（ｂ，ｃ）步骤，制备多层组装蛋白质和水滑石纳米片的层层组装杂化膜，层层组装杂化膜中，蛋白质和水滑石纳米片交替成膜，蛋白质的特征光谱强度随组装层数的增加成线性增 长；水滑石纳米片紧凑地排列在基底表面，由层层组装所制备的牛血清白蛋白杂化膜的膜结构均匀连续，牛血清白蛋白的光谱强度随着组装层数的增加成线性增长。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何静，周良彪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]