專利名稱：一鍋合成苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料及制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)材料和分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及納米材料，具體涉及一種一鍋合成苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料及制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著人類基因組計劃的實施和推進(jìn)，生命科學(xué)研究已進(jìn)入了后基因組時代。在這個時代，生命科學(xué)的主要研究對象是功能基因組學(xué)，包括結(jié)構(gòu)基因組研究和蛋白質(zhì)組研究等。糖蛋白組學(xué)作為蛋白質(zhì)組學(xué)的一個重要分支，是當(dāng)前蛋白質(zhì)組學(xué)研究的熱點。規(guī)模化的識別、檢測和鑒定生物體內(nèi)糖基化蛋白質(zhì)的表達(dá)及其變化，是糖蛋白組學(xué)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，糖基化蛋白質(zhì)組學(xué)的研究領(lǐng)域面臨著兩個突出問題，即糖蛋白分離富集以及質(zhì)譜檢測的電離效率問題。前者是因為生物體系中不同種類的蛋白質(zhì)濃度差異很大(高/ 低豐度蛋白的濃度差異高達(dá)10-12個數(shù)量級)，而大多數(shù)糖蛋白往往是低豐度蛋白，高豐度蛋白的大量存在對低豐度的糖蛋白產(chǎn)生夾帶、包埋、以致掩蓋作用，傳統(tǒng)的離心分離方法難以將糖基化蛋白與大量非糖蛋白分離開來。目前，糖蛋白的分離富集方法主要有常規(guī)親水色譜和電泳分離法，以及特異性的凝集素親和色譜、酰胼或硼酸材料輔助分離方法。由于硼酸可以和生物大分子中廣泛存在的順式二醇發(fā)生可逆共價鍵結(jié)合，將其固定在基質(zhì)上(如色譜固定相或磁性納米粒子)可以實現(xiàn)對糖蛋白或糖肽的結(jié)合。近年來，固定化硼酸材料在糖蛋白富集方面呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力，得到了廣泛的關(guān)注(L. B. Ren, Y. C. Liu, Μ. M. Dong, Ζ. Liu, J. Chromatogr. , A, 2009，1216，8421—8425; Ζ. A. Lin, J. N. Zheng, F. Lin, L. Zhang, Z. W. Cai, G.N. Chen, J. Mater. Chem.，2011，21，518—524; Q. Zhang, N. Tang, A. A. Schepmoes, L. S. Phillips, R. D. Smith, T. 0. Metz, J. Proteome Res. 2008, 7, 2025-2032. Z. A. Lin, J. L. Pang, H. H. Yang, Z. W. Cai, L. Zhang, G. N. Chen, Chem. Commun. , 2011, 47, 9675—9677·)。磁性納米復(fù)合材料由于其特殊的磁感應(yīng)性，可作為一種簡便有效的分離方法應(yīng)用于蛋白質(zhì)組學(xué)研究中。目前已有研究成功地將磁性納米材料結(jié)合硼酸型功能單體用于糖蛋白的分離富集(公開號CN101684005)。然而此類功能化硼酸磁性納米材料通常需要多步的化學(xué)修飾過程，操作步驟相對繁瑣。如果能采用一鍋法合成出苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料，將有助于降低成本、簡化步驟、縮短周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種一鍋合成苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料及制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明的合成方法簡單有效，產(chǎn)率高，試劑消耗少。制得的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料具有較好的核殼形貌，磁場感應(yīng)性好，特異性強(qiáng)，吸附容量大，在蛋白質(zhì)組學(xué)等領(lǐng)域有良好的使用價值和應(yīng)用前景。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一鍋合成苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料是采用一鍋法直接將苯硼酸聚合到磁性納米粒子表面，包括如下步驟
(1)使用溶劑熱法合成四氧化三鐵納米粒子；
(2)采用一鍋法在同一容器中依次進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)和自由基聚合反應(yīng)，無需分離、 洗滌、純化中間產(chǎn)物，直接得到所述的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料。其制備方法的具體步驟如下
(1)四氧化三鐵納米粒子的制備
在乙二醇中加入可溶性三價鐵離子鹽，醋酸鈉和1，6_己二胺，配成澄清溶液，將該溶液移入密閉加熱容器中，在180-220°C條件下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，加熱時間5- ，得到四氧化三鐵納米粒子；
所述的可溶性三價鐵離子鹽是氯化鐵、醋酸鐵、硝酸鐵、硫酸鐵中的一種； 所述的三價鐵離子、醋酸鈉和1，6-己二胺的摩爾比為0. 5-4 :10-20 0-20 ；
(2)苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料的制備
將步驟(1)的四氧化三鐵納米粒子分散在含有硅烷前驅(qū)體和催化劑的醇中，在 30-60°C水浴下攪拌8-Mh，然后添加苯硼酸型的功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑，在60-75°C水浴下攪拌314h，即得所述的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料；
所述的四氧化三鐵納米粒子的質(zhì)量與醇的體積之比為250g :30mL ； 所述的硅烷前驅(qū)體、催化劑和醇的體積比為0. 03-0. 09 0. 04-1 1 ； 所述的四氧化三鐵納米粒子、苯硼酸型的功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑的質(zhì)量比為250 0. 05-1 0. 01-1 0. 01-1 ；
所述的醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的一種或多種的混合物；
所述的硅烷前驅(qū)體為四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的一種和乙烯基三甲氧基硅烷、 乙烯基三乙氧基硅烷中的一種的混合物，或四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的一種和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷中的一種的混合物； 混合物中兩者的體積比為0. 2-2 1 ；
所述的催化劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0. 2-20%的氨水；
所述的苯硼酸型的功能單體為4-乙烯基苯硼酸、3-丙烯酰胺基苯硼酸或3- (2-羰基乙烯基)苯硼酸；
所述的交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯或三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯； 所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或過硫酸銨。一鍋合成的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料的應(yīng)用是將一鍋合成的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料用于分離或富集含1，2_順式二醇結(jié)構(gòu)的小分子、核苷酸、多糖和糖蛋白質(zhì)。本發(fā)明的顯著優(yōu)點如下
(1)本發(fā)明為苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料的制備提供了新的方法，簡化了合成步驟、縮短了合成周期。采用本發(fā)明提供的合成方法制得的苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料， 具有良好的核殼形貌，優(yōu)異的磁性能，分散性好，比表面大，特異性強(qiáng)，吸附容量大等優(yōu)點。(2)本發(fā)明提供的苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料可用于分離或富集含1，2_順式二醇結(jié)構(gòu)的小分子、核苷酸、多糖以及糖蛋白質(zhì)。該苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料可直接放入生物樣品中，無需特殊處理，絡(luò)合到磁性材料上后，無需離心分離，采用簡單磁性作用即可實現(xiàn)糖蛋白和糖肽的特異性分離富集。


圖1為實施例1所合成的四氧化三鐵納米粒子(A)和苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料的透射電鏡圖(B)。圖2為實施例1所合成的苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料分散在水溶液中后，在外加磁場前(A)后(B)的圖片。圖3為實施例1所合成的四氧化三鐵納米粒子(A)和苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料(B)的紅外譜圖。圖4為實施例1所合成的苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料對糖蛋白(雞卵清蛋白與粘蛋白)及非糖蛋白(人血清蛋白與溶菌酶)的吸附等溫線。圖5為實施例3所合成的苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料對糖蛋白(雞卵清蛋白與粘蛋白)及非糖蛋白(人血清蛋白與溶菌酶)的吸附等溫線。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。本發(fā)明采用的原材料可在市場購得，或可用本領(lǐng)域已知的方法合成。實施例1苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料的合成苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料的一鍋法合成步驟
采用1. 0克!^eCl3 · 6H20，加入4. 0克醋酸鈉作為分散劑，在30mL乙二醇溶液中混勻， 添加3. 6克1，6-己二胺，然后將該溶液移入密閉加熱容器中，在200°C條件下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，加熱時間6.證，得到四氧化三鐵納米粒子。將所合成的!^e3O4磁性納米粒子分散在IOOmL異丙醇中，加入5. ImL四甲氧基硅烷、0.8mL 3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、5mL 15%濃氨水、在40°C水浴下攪拌Mh 完成磁性納米粒子的硅烷化反應(yīng)；然后添加300mg 4-乙烯基苯硼酸、600 μ 1乙二醇二甲基丙烯酸酯和300mg偶氮二異丁腈混勻，在70°C水浴下攪拌24h完成聚合反應(yīng)。實施例2苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料用于糖蛋白的分離
稱取一系列1 mg實施例1所合成的苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料于5 mL離心管中，分別與1 mL pH8. 5的不同濃度的糖蛋白(雞卵清蛋白與粘蛋白)及非糖蛋白(人血清蛋白與溶菌酶)混合均勻。混合液置于室溫下的搖床上保持池確保達(dá)到吸附平衡。吸附平衡后磁鐵分離磁性粒子與蛋白液，通過紫外-可見分光光度計對反應(yīng)后上清液進(jìn)行吸光度測試，計算吸附量。如圖4所示，苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料對雞卵清蛋白的飽和吸附量大于310mg/g，對粘蛋白的飽和吸附量約160mg/g。而對人血清蛋白和溶菌酶這兩種非糖蛋白的飽和吸附量分別只有50 mg/g及70mg/g。說明苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料對糖蛋白具有良好的特異性吸附。實施例3苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料的合成苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料的一鍋法合成步驟
采用1. 0克!^eCl3 · 6H20，加入4. 0克醋酸鈉作為分散劑，在30mL乙二醇溶液中混勻，添加3. 6克1，6-己二胺，然后將該溶液移入密閉加熱容器中，在200°C條件下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，加熱時間6.證，得到四氧化三鐵納米粒子。將所合成的!^e3O4磁性納米粒子分散在30mL乙醇中，加入1. OmL四甲氧基硅烷、 0. 35mL 3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、30mL 1%濃氨水、在40°C水浴下攪拌他進(jìn)行磁性納米粒子的硅烷化反應(yīng)；然后添加150mg 4-乙烯基苯硼酸、200 μ 1乙二醇二甲基丙烯酸酯和150mg偶氮二異丁腈混勻，在70°C水浴下攪拌池進(jìn)行聚合反應(yīng)。實施例4苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料用于糖蛋白的分離
稱取一系列1 mg實施例3所合成的苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料于5 mL離心管中，分別與1 mL pH8. 5的不同濃度的糖蛋白(雞卵清蛋白與粘蛋白)及非糖蛋白(人血清蛋白與溶菌酶)混合均勻?；旌弦褐糜谑覝叵碌膿u床上保持池確保達(dá)到吸附平衡。吸附平衡后磁鐵分離磁性粒子與蛋白液，通過紫外-可見分光光度計對反應(yīng)后上清液進(jìn)行吸光度測試，計算吸附量。如圖4所示，苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料對雞卵清蛋白的最大吸附量大于360mg/g，對粘蛋白的飽和吸附量約130mg/g。而對人血清蛋白和溶菌酶這兩種非糖蛋白的飽和吸附量分別只有50 mg/g及60mg/g。說明苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料對糖蛋白具有良好的特異性吸附。實施例5性能測試
圖IA為實施例1中所合成的四氧化三鐵納米粒子的透射電鏡圖中可以看出四氧化三鐵納米粒子的粒徑在50nm左右，分散性良好。圖IB為實施例1得到的苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料的透射電鏡圖，可以看出其具有明顯的核-殼結(jié)構(gòu)，說明磁性納米粒子在溶膠-凝膠反應(yīng)后成功地包覆上SiO2殼。實施例1所合成的四氧化三鐵納米粒子(a)和苯硼酸聚合物磁性納米復(fù)合材料 (b)的紅外譜圖中可以看出在(b)中，出現(xiàn)了明顯的Si-O-Si的振動吸收峰(1090cm—1)，表明溶膠-凝膠反應(yīng)順利進(jìn)行，并且出現(xiàn)了 C=O的振動吸收峰(HOOcnT1)以及甲基、亞甲基的振動吸收峰(2963 cm"1,2921 cm"1,2894 cnT1)，說明四氧化三鐵納米粒子已修飾上3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。在(b)圖譜的局部放大區(qū)域出現(xiàn)了 C-B振動吸收峰(1380 cnT1)，證實了 4-乙烯基苯硼酸成功地聚合到了磁性納米粒子表面。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一鍋合成苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料，其特征在于采用一鍋法直接將苯硼酸聚合到磁性納米粒子表面，包括如下步驟(1)使用溶劑熱法合成四氧化三鐵納米粒子；(2)采用一鍋法在同一容器中依次進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)和自由基聚合反應(yīng)，無需分離、 洗滌、純化中間產(chǎn)物，直接得到所述的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料。
2.一種如權(quán)利要求1所述的一鍋合成的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所述的制備方法的具體步驟如下(1)四氧化三鐵納米粒子的制備在乙二醇中加入可溶性三價鐵離子鹽，醋酸鈉和1，6_己二胺，配成澄清溶液，將該溶液移入密閉加熱容器中，在180-220°C條件下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，加熱時間5- ，得到四氧化三鐵納米粒子；所述的可溶性三價鐵離子鹽是氯化鐵、醋酸鐵、硝酸鐵、硫酸鐵中的一種； 所述的三價鐵離子、醋酸鈉和1，6-己二胺的摩爾比為0. 5-4 :10-20 0-20 ；(2)苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料的制備將步驟(1)的四氧化三鐵納米粒子分散在含有硅烷前驅(qū)體和催化劑的醇中，在 30-60°C水浴下攪拌8-Mh，然后添加苯硼酸型的功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑，在60-75°C水浴下攪拌314h，即得所述的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料；所述的四氧化三鐵納米粒子的質(zhì)量與醇的體積之比為250g :30mL ； 所述的硅烷前驅(qū)體、催化劑和醇的體積比為0. 03-0. 09 0. 04-1 1 ； 所述的四氧化三鐵納米粒子、苯硼酸型的功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑的質(zhì)量比為250 0. 05-1 0. 01-1 0. 01-1 ；所述的醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的一種或多種的混合物；所述的硅烷前驅(qū)體為四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的一種和乙烯基三甲氧基硅烷、 乙烯基三乙氧基硅烷中的一種的混合物，或四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的一種和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷中的一種的混合物； 混合物中兩者的體積比為0. 2-2 1 ；所述的催化劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0. 2-20%的氨水；所述的苯硼酸型的功能單體為4-乙烯基苯硼酸、3-丙烯酰胺基苯硼酸或3- (2-羰基乙烯基)苯硼酸；所述的交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯或三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯； 所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或過硫酸銨。
3.—種如權(quán)利要求1所述的一鍋合成的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于一鍋合成的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料用于分離或富集含1，2-順式二醇結(jié)構(gòu)的小分子、核苷酸、多糖和糖蛋白質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種一鍋合成苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料及制備方法和應(yīng)用，采用一鍋法首先將四氧化三鐵納米粒子分散在含有硅烷前驅(qū)體和催化劑的醇中，進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)，然后繼續(xù)向溶液中添加苯硼酸型的功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)，制得苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料。本發(fā)明的合成方法簡單有效，產(chǎn)率高，試劑消耗少。制得的苯硼酸聚合磁性納米復(fù)合材料具有較好的核殼形貌，磁場感應(yīng)性好，特異性強(qiáng)，吸附容量大，在蛋白質(zhì)組學(xué)等領(lǐng)域有良好的使用價值和應(yīng)用前景。
文檔編號C08B37/00GK102558463SQ20121000013
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者張?zhí)m, 楊黃浩, 林子俺, 鄭江南, 陳國南 申請人:福州大學(xué)