化學(xué)修飾的石墨烯的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及石墨烯衍生物，以及包括石墨烯衍生物的相關(guān)裝置和使用石墨烯衍生物的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】化學(xué)修飾的石墨烯
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]根據(jù)35U.S.C.§ 119，本申請(qǐng)要求如下優(yōu)先權(quán):美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/488,011(提交于2011年5月19日)、美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/546，740 (提交于2011年10月13日)、美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/601，691 (提交于2012年2月22日)、以及美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/601,862 (提交于2012年2月22日)。所述母案申請(qǐng)的全文在此以引用方式并入。
[0003]關(guān)于聯(lián)邦贊助研究的說(shuō)明
[0004]本發(fā)明得到空軍科學(xué)研究辦公室簽署的FA9550-10-1-0091號(hào)合同的支持。美國(guó)政府對(duì)于本發(fā)明享有一定權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005]本發(fā)明涉及石墨烯衍生物，以及相關(guān)裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0006]蛋白(例如酶和抗體)通常難以在分離的同時(shí)仍然保持其生物學(xué)活性。例如，此類(lèi)生物分子可能需要使 用水以外的溶劑來(lái)分離，這樣的溶劑將使生物分子變性并使分離過(guò)程復(fù)雜化。然而，對(duì)于患者的健康以及法規(guī)遵從性而言重要的是，用作藥物的蛋白具有高純度。同樣重要的是開(kāi)發(fā)出更有效的高通量純化方法以降低成本和對(duì)環(huán)境的影響。
[0007]石墨烯是一種單層碳原子，其具有包含六元碳環(huán)的二維蜂窩結(jié)構(gòu)，并且是所有其他維度石墨材料基本的結(jié)構(gòu)單元。例如，石墨的晶體薄片形式是由層疊在一起的諸多石墨烯薄片所組成的。因此，有時(shí)石墨烯被稱(chēng)為單層石墨。石墨烯的薄片結(jié)構(gòu)使該材料具有獨(dú)特的電子和光學(xué)性質(zhì)。
[0008]發(fā)明概述
[0009]本發(fā)明基于一項(xiàng)意想不到的發(fā)現(xiàn)，即相比于常規(guī)固定相材料而言，由某些石墨烯衍生物制得的色譜固定相材料在蛋白分離方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。
[0010]在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及包括石墨烯衍生物的材料(例如用于固定相的樹(shù)脂材料)，所述石墨烯衍生物含有石墨烯核心和第一側(cè)基(pendant group)。所述第一側(cè)基包括金屬離子、納米顆粒、磺酸基團(tuán)(sulfonate group)、胺基團(tuán)、季銨基團(tuán)或螯合基團(tuán)(chelating group)。
[0011]在另一方面中，本發(fā)明涉及包括石墨烯衍生物的材料，所述石墨烯衍生物含有石墨烯核心和共價(jià)連接至所述石墨烯核心的蛋白(作為側(cè)基)。
[0012]在另一方面中，本發(fā)明涉及色譜柱，其含有至少一種上述材料。
[0013]在另一方面中，本發(fā)明涉及包括上述色譜柱的色譜系統(tǒng)。
[0014]在另一方面中，本發(fā)明涉及一種從樣品中分離蛋白的方法。所述方法包括(I)將所述樣品置于含有至少一種上述材料的分散體中，從而將所述蛋白結(jié)合至所述材料，得到蛋白-結(jié)合的材料，(2)分離所述蛋白-結(jié)合的材料，和(3)自所述蛋白-結(jié)合的材料回收所述蛋白。
[0015]在又一方面中，本發(fā)明涉及一種制備石墨烯氧化物的方法。所述方法包括(I)將石墨依次與氧化性酸和氧化劑反應(yīng)，得到氧化的石墨烯；(2)用水性溶劑洗滌所述氧化的石墨烯；和(3)用含有間充物(intercalant)的溶液處理所述氧化的石墨烯,得到石墨烯氧化物。
[0016]實(shí)施方案可包括一個(gè)或多個(gè)下述特征。
[0017]在一些實(shí)施方案中，所述第一側(cè)基可包括金屬離子(例如Ni2+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Fe3+、Ga3+、Zr3+、Ca2+或Co2+)。在此類(lèi)實(shí)施方案中，所述第一側(cè)基可包括連接基且所述金屬離子與所述連接基結(jié)合。所述連接基可包括次氮基三乙酸(nitrilotriacetic acid)部分、三-次氮基三乙酸部分或亞氨基二乙酸部分。在一些實(shí)施方案中，所述連接基可通過(guò)酰胺基(例如-C0-NH-)共價(jià)連接至所述石墨烯核心。在一些實(shí)施方案中，所述第一側(cè)基還可包括結(jié)合至所述金屬離子的His-標(biāo)記的蛋白(例如His-標(biāo)記的蛋白A或His-標(biāo)記的蛋白G)。
[0018]在一些實(shí)施方案中，所述第一側(cè)基可包括納米顆粒。在一些實(shí)施方案中，所述納米顆?？蔀門(mén)iO2或SiO2納米顆粒。例如,所述SiO2納米顆粒可通過(guò)酰胺基共價(jià)連接至所述石墨烯核心。在一些實(shí)施方案中，所述SiO2納米顆?？赏ㄟ^(guò)連接基-CO-NH-R-Si (_0-)3共價(jià)連接至所述石墨烯核心，其中R為C1-C2tl亞烷基。
[0019]在一些實(shí)施方案中，所述石墨烯衍生物還可包括第二側(cè)基，其含有金屬離子或TiO2納米顆粒。
[0020]在一些實(shí)施方案中，所述第一側(cè)基可包括蛋白(例如蛋白A、蛋白G或E72G3蛋白)。所述蛋白可共價(jià)連接至所述石墨烯核心。在此類(lèi)實(shí)施方案中，所述材料還可包括共價(jià)連接至所述石墨烯核心和所述蛋白的連接基。所述連接基可包括乙酰胺部分、琥珀酰亞胺部分、馬來(lái)酰亞胺部分或 硫代硫酸酯部分(thiosulfate moiety)。
[0021]在一些實(shí)施方案中，所述第一側(cè)基可包括磺酸基團(tuán)、胺基團(tuán)、季銨基團(tuán)，或螯合基團(tuán)。例如，所述第一側(cè)基可包括-co-nh-r-so3h、-co-nh-r-n(r’r”r’’’)+、-co-nh-r-n(r’r”)、-CO-NH-R-SH、-C0-NH-R-C00H、-CO-NH-R-N (CH2COOH) 2、-CO-NH-R-NH-R-PO3H 或 EDTA 衍生物，其中各R獨(dú)立地為C1-C2tl亞烷基，并且各R’、R”和R’ ”獨(dú)立地為H或C1-C2tl烷基。
[0022]在一些實(shí)施方案中，所述材料的形式可以是粉末、基于液體的組合物或膜。
[0023]在一些實(shí)施方案中，通過(guò)氨基酸分析測(cè)得所述材料的蛋白負(fù)載能力為每毫升所述材料至少約60mg(mg/mL)(例如至少約80mg/mL)。
[0024]在一些實(shí)施方案中，所述柱還可包括與所述材料混合的間隔物。例如，所述間隔物可為氧化物(例如金屬氧化物)或聚合物。
[0025]在一些實(shí)施方案中，可通過(guò)離心、過(guò)濾或傾析分離所述蛋白-結(jié)合的材料。
[0026]在一些實(shí)施方案中，待分離的蛋白可為His-標(biāo)記的蛋白(例如His-標(biāo)記的光系統(tǒng)I核心復(fù)合物、His-標(biāo)記的光系統(tǒng)II核心復(fù)合物或His-標(biāo)記的細(xì)菌反應(yīng)中心)、FLAG-標(biāo)記的蛋白、HA-標(biāo)記的蛋白、myc-標(biāo)記的蛋白、GST-標(biāo)記的蛋白、MBP-標(biāo)記的蛋白、凝集素、磷蛋白(例如Fe受體、Ulk抗體、神經(jīng)鈣蛋白、K染色質(zhì)免疫沉淀物或尿皮質(zhì)素(urocotin)),或具有Fe區(qū)的抗體。
[0027]在一些實(shí)施方案中，所述氧化性酸為硝酸。
[0028]在一些實(shí)施方案中，所述氧化劑為氯酸鉀。[0029]在一些實(shí)施方案中，所述水性溶劑為水。
[0030]在一些實(shí)施方案中，所述間充物為四丁基氫氧化銨。
[0031]在一些實(shí)施方案中，所述氧化的石墨烯的處理包括在含有該間充物的溶液中在溫度為至少約60°C (例如至少約80°C )加熱所述氧化的石墨烯。
[0032]實(shí)施方案可具有一個(gè)或多個(gè)下述優(yōu)勢(shì)。
[0033]不欲拘泥于理論，據(jù)信本文所述的石墨烯衍生物(例如含有金屬離子或蛋白的石墨烯衍生物)與常規(guī)固定相材料相比可具有顯著較高的蛋白負(fù)載能力。
[0034]不欲拘泥于理論，據(jù)信本文所述的石墨烯衍生物(例如含有金屬離子或蛋白的石墨烯衍生物)可用作色譜方法中的固定相，以有效地從樣品中分離蛋白，同時(shí)保持所述蛋白的生物活性。相反，盡管常規(guī)固定相材料可能能夠分離蛋白，但其經(jīng)常會(huì)在分離過(guò)程中使蛋白失活。
[0035]通過(guò)說(shuō)明書(shū)、附圖以及權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的其他特征、目的以及優(yōu)勢(shì)將變得更明顯。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1為含有金屬離子的石墨烯衍生物的一個(gè)實(shí)施方案。
[0037]圖2為含有納米顆粒的石墨烯衍生物的另一個(gè)實(shí)施方案。
[0038]圖3為顯示了在實(shí)施例2所得的PSII CC蛋白的存在或不存在時(shí)原始GO和GO-N1-NTA的流式細(xì)胞計(jì)強(qiáng)度的圖。
[0039]圖4為顯示了實(shí)施例4中所得的GO-N1-NTA和兩種市售樹(shù)脂的PSII CC蛋白負(fù)載能力的圖。
[0040]各附圖中相似的引用符號(hào)表示類(lèi)似的要素。
[0041]發(fā)明詳述
[0042]總體上，本發(fā)明涉及石墨稀衍生物，其含有石墨稀核心以及所述石墨稀核心上的至少一個(gè)側(cè)基(例如至少兩個(gè)側(cè)基、至少五個(gè)側(cè)基或至少10個(gè)側(cè)基)。所述側(cè)基可包括金屬離子、納米顆粒、蛋白、磺酸基團(tuán)、胺基團(tuán)、季銨基團(tuán)、螯合基團(tuán)或其組合。在一些實(shí)施方案中，側(cè)基可包括一個(gè)或多個(gè)連接基，該連接基以共價(jià)、離子或配位的方式連接至上述基團(tuán)(例如金屬離子或蛋白)。所述連接基可共價(jià)連接至所述石墨烯核心(例如通過(guò)酰胺基或酯基連接)。在一些實(shí)施方案中，所述石墨烯衍生物可具有一個(gè)或多個(gè)與其他側(cè)基不同的側(cè)基。在一些實(shí)施方案中，所述石墨烯衍生物可包括多個(gè)石墨烯核心，其通過(guò)一個(gè)或多個(gè)聚合物共價(jià)連接(例如交聯(lián))。
[0043]含有金屬離子的石墨烯衍生物
[0044]圖1顯示了含有金屬離子的石墨烯衍生物的一個(gè)實(shí)施方案。具體地，圖1中所提及的石墨烯衍生物100包括石墨烯核心102和側(cè)基104。側(cè)基104包括連接基106以及與所述連接基結(jié)合的(例如以離子方式或配位方式)金屬離子108。
[0045]在一些實(shí)施方案中，連接基106共價(jià)連接(例如通過(guò)酰胺基或酯基)至石墨烯核心102。在圖1所示的實(shí)施方案中，連接基106包括一端的螯合基團(tuán)(即次氮基三乙酸部分)、另一端的酰胺基，以及螯合基團(tuán)和酰胺基之間的間隔基(即亞丁基)。通常，所述螯合基團(tuán)可與金屬離子108結(jié)合，并因此在所述石墨烯衍生物的表面捕獲金屬離子108。連接基106中可使用任何能夠與金屬離子結(jié)合的適當(dāng)?shù)尿匣鶊F(tuán)。示例性螯合基團(tuán)包括次氮基三乙酸部分、三-次氮基三乙酸部分或亞氨基二乙酸部分。在一些實(shí)施方案中，所述連接基106中的間隔基可為任何適當(dāng)?shù)腃1-C2tl亞烷基。不欲拘泥于理論，據(jù)信在連接基106中包含間隔基能夠增加石墨烯衍生物100的蛋白負(fù)載能力。[0046]金屬離子108通?？捎米饔H和性配體，通過(guò)與在蛋白表面的某些氨基酸殘基(例如His、Glu、Asp、Tyr> Cys、Arg、Lys和Met殘基)形成復(fù)合物(例如通過(guò)配位結(jié)合)來(lái)分離或純化各種蛋白。示例性金屬離子包括Ni2+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Fe3+、Ga3+、Zr3+、Ca2+和Co2+。
[0047]通常，待分離蛋白上能夠結(jié)合金屬離子的氨基酸殘基可以存在于天然存在的蛋白的氨基酸序列中，或可作為標(biāo)記物添加至天然存在的蛋白中。示例性的標(biāo)記蛋白包括Hi S-標(biāo)記的蛋白、FLAG-標(biāo)記的蛋白、HA-標(biāo)記的蛋白、myc-標(biāo)記的蛋白、GST-標(biāo)記的蛋白以及MBP-標(biāo)記的蛋白。例如，含有2-10個(gè)鄰近His殘基(例如2、3、4、5、6、7、8、9或10個(gè)His殘基)的His標(biāo)記可引入蛋白的一端(例如N-末端或C-末端)或可到達(dá)的內(nèi)部序列，得到His-標(biāo)記的蛋白。示例性His-標(biāo)記的蛋白包括His-標(biāo)記的光系統(tǒng)I核心復(fù)合物、His-標(biāo)記的光系統(tǒng)II核心復(fù)合物、His-標(biāo)記的細(xì)菌反應(yīng)中心、His-標(biāo)記的蛋白A，以及His-標(biāo)記的蛋白G。標(biāo)記的蛋白的其他實(shí)例描述于例如以下文獻(xiàn)中:Gaberc-Porekar等人，J.Biochem.Biophys.Methods, 49 (2001) 335-360 和 Ueda 等人，J.Chromatography A,988(2003) 1-23。含有能夠結(jié)合金屬離子的氨基酸殘基的蛋白可對(duì)本文所述石墨烯衍生物具有較強(qiáng)的親和力。這樣，本文所述的石墨烯衍生物可選擇性吸附(例如通過(guò)配位結(jié)合)此類(lèi)蛋白，并將其與樣品中的其他組分(例如其他蛋白)分離開(kāi)來(lái)。
[0048]在一些實(shí)施方案中，石墨烯衍生物100可包括多個(gè)結(jié)合至石墨烯核心102的其他官能團(tuán)。示例性官能團(tuán)包括通?？梢?jiàn)于石墨烯氧化物中的那些基團(tuán)(例如羧基、羥基和環(huán)氧基)，以及通過(guò)其他化學(xué)修飾來(lái)引入至石墨烯氧化物中的那些基團(tuán)(例如氨基)。
[0049]不欲拘泥于理論，據(jù)信本文所述的石墨烯衍生物(例如含有金屬離子或蛋白的石墨烯衍生物)相比于常規(guī)固定相材料可具有顯著更高的蛋白負(fù)載能力(例如當(dāng)用于親和色譜中時(shí))。例如，由葉綠素A測(cè)試測(cè)得所述石墨烯衍生物的蛋白負(fù)載能力可為每毫升所述石墨烯衍生物至少約IOOmg (mg/mL)(例如至少約200mg/mL、至少約400mg/mL、至少約500mg/mL、至少約 1，000mg/mL、至少約 2，000mg/mL、至少約 4，000mg/mL)和 / 或至多約 10，OOOmg/mL(例如至多約 9，000mg/mL、至多約 7，000mg/mL、至多約 5，000mg/mL、至多約 3，000mg/mL或至多約1，000mg/mL)。作為另一實(shí)例，通過(guò)氨基酸分析測(cè)得所述石墨烯衍生物的蛋白負(fù)載能力可為至少約60mg/mL所述石墨烯衍生物(例如至少約80mg/mL、至少約100mg/mL、至少約150mg/mL、至少約200mg/mL、至少約300mg/mL、至少約400mg/mL)和/或至多約500mg/mL(例如至多約350mg/mL、至多約250mg/mL、至多約150mg/mL、至多約110mg/mL或至多約90mg/mL)。相反，由市售蛋白測(cè)試試劑盒測(cè)得親和色譜常規(guī)固定相材料的蛋白負(fù)載能力至多約 60mg/mL。
[0050]此外，不欲拘泥于理論，據(jù)信本文所述的石墨烯衍生物(例如含有金屬離子或蛋白的石墨烯衍生物)對(duì)于大蛋白(例如分子量為至少約61kDa)或多蛋白復(fù)合物(例如光系統(tǒng)I或II核心復(fù)合物)可具有較高的蛋白負(fù)載能力，同時(shí)在使用本文所述的石墨烯衍生物進(jìn)行蛋白結(jié)合或分離的過(guò)程中保持其生物活性。相反，據(jù)發(fā)明人所知，目前市售可得的基于多糖的樹(shù)脂似乎僅對(duì)于小蛋白(例如分子量小于約61kDa)具有相對(duì)較高的蛋白負(fù)載能力。此外，據(jù)發(fā)明人所知，從未報(bào)道高于61kDa的蛋白以高蛋白負(fù)載(例如大于10mg/ml)與任何用于固定化金屬親和色譜(IMAC)的市售樹(shù)脂結(jié)合。不欲拘泥于理論，據(jù)信這可能是因?yàn)槭惺鄣幕诙嗵堑腎MAC樹(shù)脂孔徑有限，進(jìn)而顯著降低大蛋白接近多糖基質(zhì)中金屬配位位點(diǎn)的能力。此外，相比于天然條件下的蛋白，市售的基于多糖的IMAC樹(shù)脂對(duì)變性的蛋白似乎能夠得到更高的蛋白負(fù)載能力，因?yàn)樽冃缘牡鞍字蠬is-標(biāo)記能夠更好地接近。然而，盡管變性肽鏈的重折疊可得到有活性的蛋白，但該方法通常限于單個(gè)域或不需要陪伴分子(chaperone)和其他折疊輔因子的蛋白，卻不適用于大蛋白或多蛋白復(fù)合物(例如光系統(tǒng)I或II核心復(fù)合物)。不欲拘泥于理論，據(jù)信本文所述的石墨烯衍生物對(duì)大蛋白(例如分子量至少約61kDa)或四元復(fù)合蛋白(complex quaternary proteins)(例如光系統(tǒng)I或II核心復(fù)合物)可具有較高蛋白負(fù)載能力而不使這些蛋白變性，從而在分離過(guò)程中保持其生物活性。
[0051]石墨烯衍生物可通過(guò)使用石墨烯氧化物作為起始材料制備。石墨烯氧化物可通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法制備或可為自市售來(lái)源購(gòu)買(mǎi)。作為一個(gè)實(shí)例，石墨烯氧化物可通過(guò)以下制備:用強(qiáng)氧化劑(例如H2S04、NaN03和KMnO4的混合物)處理石墨。所述氧化處理通常在剝離型石墨(exfoliated graphite)上形成含氧官能團(tuán)(例如C00H、OH和環(huán)氧基)，得到石墨烯氧化物。石墨烯氧化物的氧含量可為約8摩爾％至約35摩爾％。氧含量可通過(guò)用不同濃度的強(qiáng)還原劑(例如肼)并以不同的處理周期處理石墨烯氧化物來(lái)調(diào)節(jié)。作為起始材料，所述石墨烯氧化物的形式可為粉末、基于液體的組合物(其可通過(guò)將所述粉末混懸或分散于水性溶劑中來(lái)獲得，例如其為混懸液或漿液)，或涂布于基底上的膜。通常，所述基底可由任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，例如塑料、金?例如金)、金屬氧化物、石英、紙或玻璃。
[0052]在一些實(shí)施方案中，所述石墨烯氧化物可由聚合物(例如聚烯丙胺)交聯(lián)，得到交聯(lián)石墨烯氧化物。這樣的交聯(lián) 氧化物也可用作起始材料，得到本文所述的石墨烯衍生物。
[0053]在一些實(shí)施方案中，含有金屬離子的石墨烯衍生物可通過(guò)以下制備:(I)任選活化混懸于水性溶劑中或作為基底上的膜形式的石墨烯氧化物上的羧基(例如通過(guò)使用N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)和N-乙基-N’-(3-二甲基氨基丙基)-碳二亞胺)(EDC) )，(2)將所述任選活化的石墨烯氧化物與在一端具有螯合基團(tuán)(例如次氮基三乙酸部分)且在另一端具有能夠與羧基或其活化形式反應(yīng)的基團(tuán)(例如氨基或羥基)的化合物反應(yīng)，得到修飾的石墨烯氧化物，以及(3)將所述修飾的石墨烯氧化物與金屬鹽(例如NiSO4)反應(yīng)，得到含有金屬離子的石墨烯衍生物。當(dāng)基于液體的組合物形式的石墨烯氧化物用作起始材料時(shí)，在上述各反應(yīng)步驟之后可進(jìn)行溫和的離心和/或過(guò)濾，以將各步驟的產(chǎn)物從其反應(yīng)介質(zhì)中分離。由此，技術(shù)人員可從各反應(yīng)步驟的產(chǎn)物中移除反應(yīng)介質(zhì)中的任何過(guò)量反應(yīng)物。當(dāng)膜形式的石墨烯氧化物用作起始材料時(shí)，上述各反應(yīng)步驟之后所述膜可經(jīng)溶劑(例如水)洗滌，以移除膜表面的任何過(guò)量反應(yīng)物。
[0054]在一些實(shí)施方案中，制備本文所述的石墨烯衍生物所用的石墨烯氧化物可制成對(duì)環(huán)境穩(wěn)定的形式。為制備這樣的石墨烯氧化物，技術(shù)人員可首先將石墨依次與氧化性酸(例如硝酸)和氧化劑(例如氯酸鉀)反應(yīng)，得到氧化的石墨烯；(2)用水性溶劑(例如水)洗滌所述氧化的石墨烯；和(3)用含有間充物(例如四丁基氫氧化銨)的溶液處理所述氧化的石墨烯，得到石墨烯氧化物。石墨與所述氧化性酸和所述氧化劑之間的反應(yīng)可在室溫進(jìn)行。間充物是指能夠進(jìn)入石墨烯氧化物之間的空間的化學(xué)品。在一些實(shí)施方案中，用含有間充物的溶液處理所述氧化的石墨烯可在至少約60°C (例如至少約80°C )的溫度進(jìn)行。不欲拘泥于理論，據(jù)信用水性溶劑洗滌所述氧化的石墨烯可移除所述氧化性酸、所述氧化劑以及任何可溶于水的完全氧化的石墨烯(其可包含結(jié)構(gòu)缺陷并且因此形成不穩(wěn)定的石墨烯氧化物)。此外，不欲拘泥于理論，據(jù)信由上述方法得到的石墨烯氧化物可具有顯著提高的穩(wěn)定性，因?yàn)槠浜袧舛雀偷慕Y(jié)構(gòu)缺陷。特別是，由此形成的含有所述石墨烯氧化物的分散體經(jīng)數(shù)月的時(shí)間仍可保持穩(wěn)定，形成最少的沉淀。
[0055]在一些實(shí)施方案中，本文所述的石墨烯衍生物的平均粒徑(例如粒長(zhǎng)或粒寬)可為至少約0.1 μ m(例如至少約0.5 μ m、至少約I μ m、至少約5 μ m或至少約10 μ m)和/或至多約100 μ m(例如至多約75 μ m、至多約50 μ m、至多約25 μ m或至多約10 μ m)。在一些實(shí)施方案中，本文所述的石墨烯衍生物的平均粒徑(例如粒長(zhǎng)或粒寬)可為至少約Ιμπι至至少約10 μ m(例如約5 μ m) ο
[0056]在一些實(shí)施方案中，本文所述的石墨烯衍生物可具有較大的平均縱橫比(例如長(zhǎng)度與厚度之比，或?qū)挾扰c厚度之比)。例如，所述石墨烯氧化物的平均縱橫比可為至少約50 (例如至少約100或至少200)和/或至多約500 (例如至多約400或至多約300)。
[0057]通常，在分離技術(shù)中，本文所述的石墨烯衍生物(例如含有金屬離子或蛋白的石墨烯衍生物)可用作固定相。所述分離技術(shù)包括柱色譜或批色譜(batch chromatography)。
[0058]在柱色譜的實(shí)施方案中，技術(shù)人員可通過(guò)以下來(lái)分離樣品中的感興趣蛋白:首先使所述樣品通過(guò)柱(例如金屬柱或玻璃柱)中選擇性結(jié)合至所述蛋白的固定相，使得所述蛋白被吸附到固定相上，同時(shí)所述樣品中的其他組分通過(guò)該固定相。隨后，技術(shù)人員可用能夠使所述感興趣蛋白從固定相解吸附的洗脫液洗脫，以收集所述蛋白。柱色譜的實(shí)例包括高效液相色譜，超高效液相色譜，膨脹床吸附色譜和快速蛋白液相色譜。
[0059]在批色譜的實(shí)施方案中，技術(shù)人員可通過(guò)以下來(lái)分離樣品中的感興趣的蛋白:首先將所述樣品在容器(例如燒`杯)中混合于含有選擇性結(jié)合至所述蛋白的固定相和溶劑(例如水性溶劑)的分散體或混懸液中，使得所述蛋白被吸附到固定相上。然后，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆蛛x方法，例如離心、過(guò)濾或傾析，所述蛋白-結(jié)合的固定相可與所述樣品的其他組分分離。所分離的固定相可接著經(jīng)能夠使所述感興趣蛋白從固定相解吸附的洗脫液洗滌，以回收所述蛋白。不欲拘泥于理論，據(jù)信本文所述的石墨烯衍生物可在色譜方法中用作固定相，以有效地從樣品中分離蛋白，同時(shí)保持所述蛋白的生物活性。相反，盡管常規(guī)固定相材料可能能夠分離蛋白，但它通常在分離過(guò)程中使所述蛋白失活。
[0060]通常，取決于本文所述的石墨烯衍生物中存在的側(cè)基，所述石墨烯衍生物可在基于不同分離機(jī)理的色譜方法中用作固定相，所述色譜例如尺寸排阻色譜、疏水相互作用色譜、離子交換色譜或親和色譜(例如固定化金屬親和色譜(IMAC))。
[0061]在一些實(shí)施方案中，上述含有金屬離子的石墨烯衍生物可用作IMAC中的固定相，以分離或純化標(biāo)記的蛋白。
[0062]例如，石墨烯衍生物100可用作固定相材料，以在批次IMAC中從樣品中分離His-標(biāo)記的蛋白(例如His-標(biāo)記的光系統(tǒng)II核心復(fù)合物)，其通過(guò)使用以下方法達(dá)成:技術(shù)人員可首先將所述樣品與容器(例如燒杯)中的含有石墨烯衍生物100 (其分散于溶劑例如水中)的分散體或混懸液混合，使得通過(guò)在所述金屬離子(即Ni2+)和所述蛋白中的His標(biāo)記之間形成絡(luò)合物(例如通過(guò)配位結(jié)合)而使His-標(biāo)記的蛋白被吸附至石墨烯衍生物100上。所述蛋白-結(jié)合的石墨烯衍生物可接著通過(guò)適當(dāng)?shù)姆蛛x方法(例如離心、過(guò)濾或傾析)與所述樣品中的其他組分分離。所分離的石墨烯衍生物可接著經(jīng)能夠使HiS-標(biāo)記的蛋白從所述蛋白-結(jié)合的石墨烯衍生物解吸附的洗脫液(例如含有咪唑或具有適當(dāng)?shù)膒H(例如約3至約13)的洗脫液)洗滌，以回收所述蛋白。
[0063]作為另一實(shí)例，石墨烯衍生物100可用作固定相材料，以在IMAC柱中使His-標(biāo)記的蛋白從樣品中分離，其通過(guò)使用以下方法達(dá)成:技術(shù)人員可首先使所述樣品通過(guò)柱(例如金屬、玻璃或塑料柱)中的石墨烯衍生物100，使得通過(guò)在所述金屬離子(即Ni2+)和所述蛋白中的His標(biāo)記之間形成絡(luò)合物(例如通過(guò)配位結(jié)合)而使所述蛋白被吸附至石墨烯衍生物100上。所述樣品中的其他未被吸附至石墨烯衍生物100上的組分可被洗脫至柱外。隨后，技術(shù)人員可用能夠使His-標(biāo)記的蛋白從蛋白-結(jié)合的石墨烯衍生物解吸附的洗脫液(例如含有咪唑或具有適當(dāng)PH的洗脫液)進(jìn)行洗脫，以收集His-標(biāo)記的蛋白。
[0064]通過(guò)使用適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗖牧?例如含有適當(dāng)?shù)慕饘匐x子的石墨烯衍生物)和適當(dāng)?shù)南疵撘?，可以以?lèi)似上述的方式將其他的標(biāo)記蛋白分離。
_5] 含有納米顆粒的石墨烯衍生物 [0066]圖2例示了含有納米顆粒的石墨烯衍生物的一個(gè)實(shí)施方案。具體地，如圖2中所提及，石墨烯衍生物200包括石墨烯核心202和側(cè)基204。側(cè)基204包括連接基206和連接至所述連接基的納米顆粒208 (例如通過(guò)共價(jià)鍵合)。在一些實(shí)施方案中，連接基206可為通過(guò)氧化制備石墨烯氧化物之后在石墨烯氧化物上形成的官能團(tuán)(例如羧基)。在一些實(shí)施方案中，連接基206可包括間隔基(例如C1-C2tl亞烷基)。納米顆粒208的實(shí)例包括氧化物納米顆粒(例如SiO2納米顆粒、金屬氧化物納米顆粒例如TiO2納米顆粒)。
[0067]在一些實(shí)施方案中，含有納米顆粒的石墨烯衍生物可通過(guò)以下制備:(I)在溶劑中形成納米顆粒，和(2)將所述納米顆粒與石墨烯氧化物反應(yīng)(通過(guò)使用其表面上的天然羧基或由表面上其他含氧基團(tuán)的化學(xué)官能團(tuán)化所形成的羧基)，得到含有納米顆粒的石墨烯衍生物。作為起始材料，所述石墨烯氧化物的形式可為粉末、基于液體的組合物(例如混懸液或漿液)或膜。在所述含有納米顆粒的石墨烯衍生物形成之后，可通過(guò)上述方法移除過(guò)量反應(yīng)物。
[0068]例如，含有TiO2納米顆粒的石墨烯衍生物可通過(guò)以下制備:(I)通過(guò)將TiO2前體(例如鈦鹽，例如四異丙醇鈦)分散于溶劑(例如無(wú)水醇)中形成TiO2納米顆粒，和(2)將所述TiO2納米顆粒與石墨烯氧化物上的羧基反應(yīng),得到含有TiO2納米顆粒的石墨烯衍生物。
[0069]作為另一實(shí)例，含有SiO2納米顆粒的石墨烯衍生物可通過(guò)以下制備:(I)將SiO2納米顆粒(例如二氧化硅納米顆粒)與氨基官能團(tuán)化的硅烷反應(yīng)，得到氨基官能團(tuán)化的SiO2納米顆粒，和(2)將氨基官能團(tuán)化的SiO2納米顆粒與石墨烯氧化物(其含有羧基)反應(yīng)，得到含有SiO2納米顆粒的石墨烯衍生物。在一些實(shí)施方案中，所述氨基官能團(tuán)化的硅烷可具有式NH2-R-Si (0R’)3，其中R為C1-C2tl亞烷基且R’為H或C1-C2tl烷基。這樣的硅烷的實(shí)例為氨基丙基三乙氧基硅烷。在此類(lèi)實(shí)施方案中，所述SiO2納米顆粒通過(guò)酰胺基鍵合至石墨烯核心202。在此類(lèi)實(shí)施方案中，連接基206可具有式-CO-NH-R-Si (-0-)3，其中R如前面所定義。
[0070]通常，在本文所述的分離技術(shù)(例如批色譜或柱色譜)中，含有納米顆粒的石墨烯衍生物可用作固定相以分離或純化某些蛋白。在一些實(shí)施方案中，含有TiO2納米顆粒的石墨稀衍生物可用于分尚或純化憐蛋白，因?yàn)門(mén)iO2納米顆粒和憐蛋白之間具有聞結(jié)合未和性。磷蛋白包括含有與氨基酸殘基(例如絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸)發(fā)生酯化的磷酸酯基團(tuán)的那些。示例性磷蛋白包括Fe受體、Ulk抗體、神經(jīng)鈣蛋白、K染色質(zhì)免疫沉淀物或尿皮質(zhì)素。
[0071]例如，石墨烯衍生物200可用作固定相材料以在批次柱色譜中從樣品中分離磷蛋白，其通過(guò)使用以下方法達(dá)成:技術(shù)人員可首先在容器(例如燒杯)中將所述樣品與含有石墨烯衍生物200(其分散于溶劑中，例如水中)的分散體或混懸液混合，使得磷蛋白通過(guò)磷蛋白和TiO2納米顆粒之間的結(jié)合而被吸附至石墨烯衍生物200上。所述蛋白-結(jié)合的石墨烯衍生物可接著通過(guò)適當(dāng)?shù)姆蛛x方法(例如離心、過(guò)濾或傾析)與所述樣品中的其他組分分離。所分離的石墨烯衍生物可接著經(jīng)能夠使磷蛋白自所述蛋白-結(jié)合的石墨烯衍生物解吸附的洗脫液(例如磷酸鹽緩沖鹽水溶液)洗滌，以回收磷蛋白。
[0072]作為另一實(shí)例，石墨烯衍生物200可用作固定相材料，以在柱色譜中從樣品中分離磷蛋白，其通過(guò)使用以下方法達(dá)成:技術(shù)人員可首先使所述樣品通過(guò)柱(例如金屬或玻璃柱)中的石墨烯衍生物200，使得磷蛋白通過(guò)磷蛋白和TiO2納米顆粒之間的結(jié)合而被吸附至石墨烯衍生物200上。所述樣品中的其他不吸附于石墨烯衍生物200上的組分可從柱中洗脫出。隨后，技術(shù)人員可用能夠使磷蛋白自所述蛋白-結(jié)合的石墨烯衍生物解吸附的洗脫液(例如磷酸鹽緩沖鹽水溶液)洗脫，以收集所述磷蛋白。
[0073]通過(guò)使用適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗖牧?例如含有適當(dāng)?shù)募{米顆粒的石墨烯衍生物)和適當(dāng)?shù)南疵撘海砂搭?lèi)似于上述的方法分離其他磷蛋白。
[0074]在一些實(shí)施方案中，含有SiO2納米顆粒的石墨烯衍生物可用作反相固定相材料。例如，此類(lèi)石墨烯衍生物可與烷基胺反應(yīng)，得到具有高度疏水性表面的材料，其適用于反相色譜。不欲拘泥于理論，據(jù)信相比于基于常規(guī)二氧化硅的材料制成的反相固定相材料，由含有SiO2納米顆粒的石墨烯衍生物制成的反相固定相材料將顯著地吸附所述樣品。
[0075]在一些實(shí)施方案中，通過(guò)本文所述的方法(例如通過(guò)將所述石墨烯核心上的至少一部分剩余的羧基與TiO2納米顆粒反應(yīng))，含有SiO2納米顆粒的石墨烯衍生物可進(jìn)一步修飾為包括另一類(lèi)型的納米顆粒(例如TiO2納米顆粒)，得到含有兩種不同類(lèi)型的納米顆粒的石墨稀衍生物。在此類(lèi)實(shí)施方案中，所述石墨稀衍生物含有兩種不同側(cè)基，一種含有有SiO2納米顆粒,另一種含有TiO2納米顆粒。這樣的石墨烯衍生物可用于分離或純化磷蛋白。
[0076]在一些實(shí)施方案中，通過(guò)本文所述的方法(例如通過(guò)將所述石墨烯核心上至少一部分剩余的羧基先后與具有次氮基三乙酸部分的化合物和金屬鹽例如NiSO4反應(yīng))，含有SiO2納米顆粒的石墨烯衍生物可進(jìn)一步修飾為包括金屬離子(例如Ni2+)，得到含有納米顆粒和金屬離子的石墨烯衍生物。這樣的石墨烯衍生物可用于分離或純化標(biāo)記的蛋白(例如His-標(biāo)記的蛋白)。
[0077]不欲拘泥于理論，據(jù)信當(dāng)用于柱色譜中時(shí)，相比于無(wú)任何SiO2納米顆粒的石墨烯衍生物，含有SiO2納米顆粒和另一類(lèi)型的納米顆?；蚪饘匐x子的石墨烯衍生物可對(duì)洗脫液具有改善的透過(guò)性。 [0078]含有蛋白的石墨烯衍生物
[0079]在一些實(shí)施方案中，本文所述的石墨烯衍生物可在所述側(cè)基中(例如在如上所述的側(cè)基104或204中)包括蛋白。所述蛋白可共價(jià)連接至所述石墨烯核心。這樣的蛋白的實(shí)例包括蛋白A、蛋白G、E72G3蛋白或它們的衍生物。這樣的石墨烯衍生物可用于分離或純化抗體。
[0080]在一些實(shí)施方案中，所述石墨烯衍生物可在所述石墨烯核心和所述蛋白之間包括連接基。所述連接基可共價(jià)連接至所述石墨烯核心和共價(jià)連接至所述蛋白。在一些實(shí)施方案中，所述連接基可為酰胺基(例如-C0-NH-)。在其他實(shí)施方案中，所述連接基可包括例如以下的官能團(tuán):乙酰胺部分(例如碘乙酰胺或溴乙酰胺部分)、琥珀酰亞胺部分(例如N-羥基琥珀酰亞胺部分)、馬來(lái)酰亞胺部分(例如N-羥基琥珀酰亞胺部分)或硫代硫酸酯部分，或與金屬離子(例如如上所述的金屬離子)結(jié)合的螯合基團(tuán)。例如，當(dāng)所述石墨烯衍生物在側(cè)基中包括碘乙酰胺部分時(shí)，可通過(guò)將所述碘基與所述蛋白中半胱氨酸殘基中的巰基反應(yīng)使適當(dāng)?shù)牡鞍?例如對(duì)抗體具有結(jié)合親和性的蛋白)共價(jià)連接至所述連接基。在一些實(shí)施方案中，所述連接基可包括間隔基(例如C1-C2tl亞烷基)。 [0081]通常，含有蛋白的石墨烯衍生物可通過(guò)本文所述的方法或本領(lǐng)域已知的方法制備。例如，含有蛋白A的石墨烯衍生物可通過(guò)以下制備:將上述含有金屬離子(例如Ni2+或Co2+)的石墨烯衍生物(例如作為分散體或膜)與His-標(biāo)記的蛋白A混合，使得所述His-標(biāo)記的蛋白A結(jié)合于所述金屬離子。作為另一實(shí)例，含有蛋白A的石墨烯衍生物可通過(guò)以下制備:(1)任選活化分散于水性溶劑中或?yàn)槟ば问降氖┭趸锷系聂然?例如通過(guò)使用NHS和EDC來(lái)活化)，⑵將所述任選活化的石墨烯氧化物與蛋白A上的伯胺基團(tuán)反應(yīng)，以使蛋白A通過(guò)酰胺基(例如-C0-NH-)共價(jià)結(jié)合至所述石墨烯核心。作為另一實(shí)例，含有蛋白(例如蛋白A)的石墨烯衍生物可通過(guò)以下制備:(I)用異氰酸4-(馬來(lái)酰亞胺基)苯基酯或異氰酸4-(氯甲基)苯基酯化合物處理石墨烯氧化物，以使所述石墨烯氧化物表面上的羥基與分子末端的異氰酸苯基酯反應(yīng)，和(2)將由此形成的石墨烯衍生物中馬來(lái)酰亞胺部分與所述蛋白中的巰基(例如所述蛋白中半胱氨酸殘基中的巰基)反應(yīng)，得到含有共價(jià)連接的蛋白的石墨烯衍生物。
[0082]通常，含有蛋白的石墨烯衍生物可用作在本文所述的分離技術(shù)(例如批色譜或柱色譜)中的固定相。例如，含有蛋白A的石墨烯衍生物可用作免疫親和色譜(無(wú)論其為批色譜還是柱色譜)中的固定相，通過(guò)使蛋白A和抗體的Fe區(qū)之間發(fā)生結(jié)合來(lái)分離或純化抗體。不欲拘泥于理論，相比于常規(guī)蛋白A固定相材料，據(jù)信所述含有蛋白A的石墨烯衍生物可具有顯著更高的抗體負(fù)載能力。
[0083]例如，含有蛋白的石墨烯衍生物可用作固定相材料，以在批次免疫親和色譜中從樣品中分離抗體，其通過(guò)使用以下方法達(dá)成:技術(shù)人員可首先在容器(例如燒杯)中將所述樣品與分散體或混懸液混合，在該分散體或混懸液中，含有蛋白的石墨烯衍生物分散于溶劑(例如水)中，使得通過(guò)抗體和所述石墨烯衍生物上的蛋白之間的結(jié)合，使感興趣的抗體被吸附于所述石墨烯衍生物上。通過(guò)適當(dāng)?shù)姆蛛x方法(例如離心、過(guò)濾或傾析)，所述抗體-結(jié)合的石墨烯衍生物可接著與所述樣品中的其他組分分離。所分離的石墨烯衍生物可接著經(jīng)能夠使所述抗體從抗體-結(jié)合的石墨烯衍生物解吸附的洗脫液(例如含有EDTA和甘油和PH為約8的緩沖溶液)洗脫，從而回收抗體。
[0084]作為另一實(shí)例，含有蛋白的石墨烯衍生物可用作固定相材料，以在免疫親和柱色譜中從樣品中分離抗體，其通過(guò)使用以下方法達(dá)成:技術(shù)人員可首先使所述樣品通過(guò)柱(例如金屬或玻璃柱)中的石墨烯衍生物，使得通過(guò)抗體和所述石墨烯衍生物上的蛋白之間的結(jié)合，使抗體被吸附于所述石墨烯衍生物上。所述樣品中的其他不被吸附到所述石墨烯衍生物上的組分可從柱中洗脫出。隨后，技術(shù)人員可用能夠使所述抗體從抗體-結(jié)合的石墨烯衍生物解吸附的洗脫液(例如含有EDTA和甘油和pH為約8的緩沖溶液)洗脫，從而收集所述抗體。
[0085]含有官能團(tuán)的石墨烯衍生物
[0086]在一些實(shí)施方案中，本文所述的石墨烯衍生物可在側(cè)基(例如如上所述的側(cè)基104或204)中包括官能團(tuán)。示例性官能團(tuán)包括磺酸基團(tuán)、胺基團(tuán)、季銨基團(tuán)或螯合基團(tuán)。例如，所述側(cè)基可包括-C0-NH-R-S03H、-CO-NH-R-N(R’R”R，’ ’)+、-C0_NH-R-N(R’R”),-CO-NH-R-SH,-C0-NH-R-C00H,-CO-NH-R-N (CH2COOH) 2、-CO-NH-R-NH-R-PO3H 或 EDTA 衍生物，其中各 R獨(dú)立地為C1-C2tl亞烷基，并且各R’、R”和R”’獨(dú)立地為H或C1-C2tl烷基。
[0087]通常，含有官能團(tuán)的石墨烯衍生物可通過(guò)本文所述的方法或本領(lǐng)域已知的方法制備。例如，含有磺酸基團(tuán)的石墨烯衍生物可通過(guò)以下制備:將分散于水性溶劑中或形式為膜的石墨烯氧化物(其含有羧基)與含有伯胺基團(tuán)和磺酸基團(tuán)兩者的化合物反應(yīng)，使得所述化合物通過(guò)酰胺基共價(jià)連接至所述石墨烯核心。作為另一實(shí)例，含有EDTA衍生物(即螯合基團(tuán))的石墨烯衍生物可通過(guò)以下制備:將EDTA與引入到所述石墨烯核心上的氨基反應(yīng)，或?qū)DTA基團(tuán)(EDTA radical)與引入到所述石墨烯核心上的乙烯基反應(yīng)。所述氨基可例如通過(guò)以下方法引入到所述石墨烯核心上:(I)將乙二胺與石墨烯氧化物上的羧基反應(yīng)，得到含有-(CO) -NH-CH2CH2-NH2基團(tuán)的石墨烯衍生物，或(2)將磺酰氯與石墨烯氧化物上的羧基反應(yīng)，得到含有-C(O)Cl基團(tuán)的石墨烯氧化物，然后將由此形成的石墨烯氧化物與乙二胺反應(yīng)，得到含有-(CO)-NH-CH2CH2-NH2基團(tuán)的石墨烯衍生物。隨后，可將由此形成的含有氣基的石墨稀衍生物與EDTA上的竣基反應(yīng),得到含有EDTA部分的石墨稀衍生物。上述乙烯基可例如通過(guò)以下方法引入到所述石墨烯核心上:將含有乙烯基和氨基的化合物與所述石墨烯核心上的羧基反應(yīng)。EDTA基團(tuán)可例如通過(guò)以下方法形成:將EDTA鈉鹽與Ce (IV)
鹽反應(yīng)，得到EDTA基團(tuán)[(Na.02CCH2)2N0(H)CH2N(CH2C02Na)2]。隨后，可將由此形
成的含有乙烯基的石墨烯衍生物與上述EDTA基團(tuán)反應(yīng)，得到含有EDTA部分的石墨烯衍生物。含有上述其他官能團(tuán)的石墨烯衍生物可通過(guò)類(lèi)似方法制備。
[0088]通常，在本文所述的分離技術(shù)中(例如批色譜或柱色譜)中，含有官能團(tuán)的石墨烯衍生物可用作固定相。例如，此類(lèi)石墨烯衍生物可用作離子交換色譜的固定相。在一些實(shí)施方案中，含有天然羧基(即無(wú)其他化學(xué)修飾)的石墨烯氧化物也可用作離子交換色譜的固定相。
[0089]盡管已公開(kāi)了具體實(shí)施方案，但其他實(shí)施方案也是可能的。
[0090]在一些實(shí)施方案中，當(dāng)本文所述的石墨烯衍生物用作柱色譜中的固定相時(shí)，所述固定相還可包括與所述石墨烯衍生物混合的間隔物(例如惰性間隔物)。適當(dāng)?shù)拈g隔物的實(shí)例包括氧化物(例如金屬氧化物或過(guò)渡金屬氧化物)和聚合物。間隔物的實(shí)例是二氧化硅(例如SiO2顆?；蚣{米顆粒)。不欲拘泥于理論，據(jù)信，由于本文所述的石墨烯衍生物可具有高縱橫比，其在用作柱中的固定相之時(shí)可緊密填充，因此流動(dòng)相不能透過(guò)(特別是當(dāng)流動(dòng)相在大氣壓下通過(guò)該柱洗脫時(shí))。相比于不含此類(lèi)間隔物的固定相，當(dāng)固定相中包括間隔物時(shí)，可以使之透過(guò)性更好。[0091]本文所引用的所有公開(kāi)出版物的內(nèi)容(例如專(zhuān)利、專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)物和論文)，在此整體引用并作參考。
[0092]以下實(shí)施例是例示性的，并且不欲起到限制作用。
[0093]實(shí)施例1:含有鎳離子的石墨烯衍生物的制備
[0094]
【權(quán)利要求】
1.一種材料,其包含: 石墨烯衍生物，該石墨烯衍生物包含石墨烯核心和第一側(cè)基，所述第一側(cè)基包含金屬離子、納米顆粒、磺酸基團(tuán)、胺基團(tuán)、季銨基團(tuán)或螯合基團(tuán)。
2.權(quán)利要求1的材料，其中所述第一側(cè)基包含金屬離子。
3.權(quán)利要求2的材料，其中所述第一側(cè)基包含連接基且所述金屬離子與所述連接基結(jié)合。
4.權(quán)利要求3的材料，其中所述連接基包括次氮基三乙酸部分、三次氮基三乙酸部分或亞氨基二乙酸部分。
5.權(quán)利要求3的材料，其中所述連接基通過(guò)酰胺基共價(jià)連接至所述石墨烯核心。
6.權(quán)利要求3的材料，其中所述第一側(cè)基還包含連接至所述金屬離子的His-標(biāo)記的蛋白。
7.權(quán)利要求6的材料，其中所述HiS-標(biāo)記的蛋白為Hi S-標(biāo)記的蛋白A或Hi S-標(biāo)記的蛋白G。
8.權(quán)利要求2的材料，其中所述金屬離子為Ni2+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Fe3+、Ga3+、Zr3+、Ca2+或Co2+。
9.權(quán)利要求1的材料，其中所述第一側(cè)基包含納米顆粒。
10.權(quán)利要求9的材料，其中所述納米顆粒為T(mén)iO2納米顆粒。
11.權(quán)利要求9的材料，其中所述納米顆粒為SiO2納米顆粒。
12.權(quán)利要求11的材料，其中所述SiO2納米顆粒通過(guò)酰胺基共價(jià)連接至所述石墨烯核心。
13.權(quán)利要求12的材料，其中所述SiO2納米顆粒通過(guò)連接基-CO-NH-R-Si(_0_) 3共價(jià)連接至所述石墨烯核心，其中R為C1-C2tl亞烷基。
14.權(quán)利要求11的材料，其中所述石墨烯衍生物還包含第二側(cè)基，所述第二側(cè)基包含金屬離子或TiO2納米顆粒。
15.權(quán)利要求1的材料，其中所述第一側(cè)基包含磺酸基團(tuán)、胺基團(tuán)、季銨基團(tuán)或螯合基團(tuán)。
16.權(quán)利要求15的材料，其中所述第一側(cè)基包含-C0-NH-R-S03H、-C0-NH-R-N(R’R”R’’，)\-CO-NH-R-N (R，RO、-CO-NH-R-SH、-C0-NH-R-C00H、-CO-NH-R-N (CH2COOH) 2、-CO-NH-R-NH-R-PO3H或EDTA衍生物，其中各R獨(dú)立地為C1-C2tl亞烷基，并且各R’、R”和R’ ”獨(dú)立地為H或C1-C20 烷基。
17.權(quán)利要求1的材料，其中所述材料的形式為粉末、基于液體的組合物或膜。
18.權(quán)利要求1的材料，其中通過(guò)氨基酸分析測(cè)得所述材料的蛋白負(fù)載能力為每毫升所述材料至少約60mg。
19.權(quán)利要求1的材料，其中通過(guò)氨基酸分析測(cè)得所述材料的蛋白負(fù)載能力為每毫升所述材料至少約80mg。
20.—種材料，其包含: 石墨烯衍生物，該石墨烯衍生物包含石墨烯核心和共價(jià)連接至所述石墨烯核心的蛋白。
21.權(quán)利要求20的材料，其中所述蛋白為蛋白A、蛋白G或E72G3蛋白。
22.權(quán)利要求20的材料，其還包含共價(jià)連接至所述石墨烯核心和所述蛋白的連接基。
23.權(quán)利要求22的材料，其中所述連接基包括乙酰胺部分、琥珀酰亞胺部分、馬來(lái)酰亞胺部分或硫代硫酸酯部分。
24.一種色譜柱，其包含權(quán)利要求1-23中任一項(xiàng)的材料。
25.權(quán)利要求24的色譜柱，其中所述柱還包含與所述材料混合的間隔物。
26.權(quán)利要求25的柱，其中所述間隔物為氧化物或聚合物。
27.—種色譜系統(tǒng)，其包含權(quán)利要求24-26中任一項(xiàng)的色譜柱。
28.一種從樣品中分離蛋白的方法，其包括: 將所述樣品置于包含權(quán)利要求1-23中任一項(xiàng)的材料的分散體中，從而將所述蛋白結(jié)合至所述材料，得到蛋白-結(jié)合的材料； 分離所述蛋白-結(jié)合的材料；且 自所述蛋白-結(jié)合的材料回收所述蛋白。
29.權(quán)利要求28的方法，其中通過(guò)離心、過(guò)濾或傾析來(lái)分離所述蛋白-結(jié)合的材料。
30.權(quán)利要求28的方法，其中所述第一側(cè)基包含金屬離子。
31.權(quán)利要求30的方法，其中所述蛋白為His-標(biāo)記的蛋白、FLAG-標(biāo)記的蛋白、HA-標(biāo)記的蛋白、myc-標(biāo)記的蛋白、GST-標(biāo)記的蛋白、MBP-標(biāo)記的蛋白或凝集素。
32.權(quán)利要求31的方法，其中所述His-標(biāo)記的蛋白為His-標(biāo)記的光系統(tǒng)I核心復(fù)合物、His-標(biāo)記的光系統(tǒng)II核心復(fù)合物或His-標(biāo)記的細(xì)菌反應(yīng)中心。
33.權(quán)利要求28的方法，其中所述第一側(cè)基包含TiO2納米顆粒。
34.權(quán)利要求33的方法，其中所述蛋白為磷蛋白。
35.權(quán)利要求34的方法，其中所述磷蛋白為Fe受體、Ulk抗體、神經(jīng)鈣蛋白、K染色質(zhì)免疫沉淀物或尿皮質(zhì)素。
36.權(quán)利要求28的方法，其中所述第一側(cè)基包含蛋白。
37.權(quán)利要求36的方法，其中所述第一側(cè)基中的蛋白包括蛋白A、蛋白G或E72G3蛋白。
38.權(quán)利要求37的方法，其中所述樣品中的蛋白為具有Fe區(qū)的抗體。
39.一種制備石墨烯氧化物的方法，其包括: 將石墨依次與氧化性酸和氧化劑反應(yīng)，得到氧化的石墨烯； 用水性溶劑洗滌所述氧化的石墨烯；且 用含有間充物的溶液處理所述氧化的石墨烯，得到石墨烯氧化物。
40.權(quán)利要求39的方法，其中所述氧化性酸為硝酸。
41.權(quán)利要求39的方法，其中所述氧化劑為氯酸鉀。
42.權(quán)利要求39的方法，其中所述水性溶劑為水。
43.權(quán)利要求39的方法，其中所述間充物為四丁基氫氧化銨。
44.權(quán)利要求39的方法，其中所述氧化的石墨烯的處理包括在至少約60°C的溫度在含有所述間充物的溶液中加熱所述氧化的石墨烯。
【文檔編號(hào)】C01G23/047GK103732533SQ201280035068
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月19日
【發(fā)明者】M.維塔德羅, K.沃羅諾維茨, M.喬瓦拉 申請(qǐng)人:紐約城市大學(xué)研究基金會(huì), 新澤西州州立大學(xué)(拉特格斯)