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      一種蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料及其制備方法

      文檔序號(hào):5998021閱讀:202來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:一種蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料及其制備方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)納米材料技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合 材料及其制備方法,具體為牛血清白蛋白修飾復(fù)合金屬氧化物,得到一種蛋白修飾的 生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料,可作為藥物載體及生物材料用于藥物傳輸、生物傳感等領(lǐng)域。
      背景技術(shù)
      水滑石(layered double hydroxide, LDH)是一種陰離子型層狀無(wú)機(jī)材料,具有層 板金屬元素可調(diào)控性以及層間陰離子可交換性。文獻(xiàn)Inorg. Chem. 1999(38):4653中 A. Fudala等將苯丙氨酸插入鋅鋁水滑石層間,Nano Letters,2006(6):199中Lea Desigaux 等將DNA插入鎂鋁水滑石層間,J. Mater. Chem. 2001(11):1671中丄H. Choy等將ATP 分子插入鎂鋁水滑石層間,制備得到新型的生物-無(wú)機(jī)復(fù)合材料。但受客體生物分子慢 擴(kuò)散的限制,難以將更大分子量的酶或蛋白質(zhì)插入水滑石層間。以水滑石為前體500 'C焙燒后得到的復(fù)合金屬氧化物(layered double oxides, LDO, M2+2M3+(0))具有粒 子尺寸小,分布均勻,比表面積大的特點(diǎn),且具有結(jié)構(gòu)"記憶"效應(yīng),從而對(duì)多種陰 離子具有較強(qiáng)的吸附性能,由于其還具有良好的生物相容性,因此可通過(guò)吸附作用使 大分子的蛋白質(zhì)或酶吸附到復(fù)合金屬氧化物表面,獲得生物活性表面,使其在制備納 米有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料、生物傳感器等方面均具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
      由于無(wú)機(jī)材料具有成本低廉、易制取、無(wú)毒、生物相容性好等特點(diǎn),將無(wú)機(jī)材料 應(yīng)用于新型生物材料日益引起研究人員的重視。但無(wú)機(jī)材料多為惰性材料,限制了無(wú) 機(jī)材料在生物領(lǐng)域的應(yīng)用,需要對(duì)其表面進(jìn)行改性以獲得更好的組織及細(xì)胞相容性。 使用氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)等生物分子對(duì)無(wú)機(jī)材料表面進(jìn)行修飾,能夠改善材料的細(xì) 胞相容性,促進(jìn)對(duì)細(xì)胞及生物分子的黏附。如生物醫(yī)學(xué)工程,2007(3):278中報(bào)道,藍(lán) 旭等應(yīng)用精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)多肽對(duì)羥基磷灰石(HA)材料進(jìn)行表面修 飾處理,能夠促進(jìn)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)在其表面的黏附和生長(zhǎng),對(duì)HA材料的 細(xì)胞相容性有明顯的優(yōu)化作用。J Biomed. Mater. Res.,2004(3):420中A. P. Serro等研究 了牛血清白蛋白(BSA)在二氧化鈦和羥基磷灰石上的吸附,發(fā)現(xiàn)BSA能夠促進(jìn)羥 基磷灰石的生物礦化,減弱二氧化鈦的礦化。但是,以水滑石焙燒產(chǎn)物復(fù)合金屬氧化 物為載體來(lái)制備BSA修飾水滑石氧化物的生物-無(wú)機(jī)納米材料目前尚未見(jiàn)報(bào)道。
      基于以上考慮,本發(fā)明使用水滑石的焙燒產(chǎn)物復(fù)合金屬氧化物]^2+2143+(0)為模 板,牛血清白蛋白(BSA)為模型蛋白,制備了一種牛血清白蛋白復(fù)合金屬氧化物型 蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供一種蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料及其制備方法,牛血 清白蛋白復(fù)合金屬氧化物型蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明以
      陰離子層狀材料水滑石的焙燒產(chǎn)物復(fù)合金屬氧化物M^2M^(0)為模板,以牛血清白蛋 白(BSA)為模型蛋白,通過(guò)氧化物與BSA之間的靜電吸引、氫鍵等相互作用,合 成出一種蛋白修飾的生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料,記為BSA-M2+2M3+(0)。
      本發(fā)明的蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料,化學(xué)式為BSA-M2+2M3+(0),具 有層片狀結(jié)構(gòu),M2+2M3+(0)代表復(fù)合金屬氧化物,其中,M"為二價(jià)金屬離子Zi^+、 Mg2+、 Ni2+、 (^2+中的任何一種;MS+為三價(jià)金屬離子Al3+、 F^+中的任何一種;BSA 代表牛血清白蛋白,其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為7.06%-21.94%。
      本發(fā)明通過(guò)調(diào)整水滑石層板金屬元素種類及蛋白濃度,制備得到不同組成的蛋白 修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。
      牛血清白蛋白復(fù)合金屬氧化物型蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的具體制備過(guò) 程如下
      步驟1:將可溶性二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽按|>42+]/[]^3+]=2的摩爾比配制成混合 鹽溶液A,另將NaOH與碳酸鈉配成混合堿溶液B;
      其中M^可以是二價(jià)金屬離子Zn2、 Mg2+、 Ni2+、 Ca^中的任何一種;M^可以是 三價(jià)金屬離子Al3+、 F^+中的任何一種;可溶性二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽的陰離子可
      以是NCb'、 cr中的任何一種;
      將混合鹽溶液A置于帶攪拌器的四口燒瓶中,將混合堿溶液B滴入到攪拌的混 合鹽溶液A中,至漿液的pH為8 10,然后于60-70。C下晶化20-24小時(shí),離心洗滌 至中性,60-70。C干燥10-24小時(shí),得到碳酸根型水滑石,即M2+2M3+-C03-LDH。
      步驟2:將步驟l中制得的水滑石于450-500'C焙燒2-3小時(shí),得到復(fù)合金屬氧化 物,即M2+2M3+(0)。
      步驟3:在步驟2中制備的復(fù)合金屬氧化物M2+2M3+(OWBA 0.1~2.0mg/ml的BSA 水溶液,氮?dú)鈿夥障?4-26。C攪拌反應(yīng)20-24小時(shí),離心洗滌至中性,室溫真空干燥 20-24小時(shí),得到蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-M2+2M3+(0)。
      本發(fā)明所用的水均為除二氧化碳去離子水。
      將該蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-IV^+2MS+(0)進(jìn)行X射線粉末衍射和掃 描電鏡表征,結(jié)果顯示該蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-M^M^(0)具有層片 狀結(jié)構(gòu),粒子尺寸大小為30 50nrn,紅外光譜分析結(jié)果表明BSA與復(fù)合金屬氧化物 1^2+21^+(0)之間通過(guò)氫鍵作用連接,紫外可見(jiàn)分光光度法測(cè)得BSA的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 7.06%~21.94%。
      本發(fā)明的主體材料復(fù)合金屬氧化物具有不同的組成,例如分別以Mg-Al , Zn-Al, Mg-Fe, Ni-Al, Ni-Fe為層板元素的復(fù)合金屬氧化物M2+2M3+(0),因其主體層板元素 的電負(fù)性不同,故與蛋白相互作用也不同。通過(guò)改變主體層板金屬元素的種類可使本 發(fā)明蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合物BSA-M^M^(0)具有不同的組成及粒子尺寸。
      本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用簡(jiǎn)單易行的方法制備了一種蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料
      <formula>formula see original document page 5</formula>調(diào)變主體層板金屬元素種類及BSA的濃度,可以得到不同組成及粒子尺寸的 蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-M2+2M3+(0)。
      具體實(shí)施例方式
      [實(shí)施例1]
      1. 將Mg(NO3)2.6H2O(10.2g , 0.04mol)和Al(N03)3.9H20(7.5g , 0.02mol)按 [Mg^]/[A產(chǎn)]摩爾比等于2用60ml水配成混合鹽溶液A,另將NaOH(4.8g, 0.16mol) 和NaC03(4.25g, 0.04mol)用60ml水配成混合堿溶液B,將混合鹽溶液A置于帶攪拌 器的四口燒瓶中,將混合堿溶液B滴入到攪拌的混合鹽溶液A中,至漿液的pH為 10,所得漿液于65'C下晶化24小時(shí),離心洗滌至中性,6(TC干燥24小時(shí),得到碳酸 根型水滑石Mg2AI-C03-LDH。
      2. 將得到的Mg2Al-C03-LDH于500。C下焙燒3小時(shí),得到復(fù)合金屬氧化物 Mg2Al(0)。
      3. 稱量0.1g復(fù)合金屬氧化物Mg2A1(0),加入1.0mg/ml的BSA水溶液100ml,氮
      氣氣氛下25X:緩慢攪拌反應(yīng)24小時(shí),離心洗滌至中性,室溫真空干燥24小時(shí),得到 蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-Mg2Al(0)。 本實(shí)驗(yàn)所用的水均為除二氧化碳去離子水。
      蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-Mg2Al(0)具有層片狀納米結(jié)構(gòu),粒子平均 尺寸約為50nm,其中BSA的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為14.68%。 [實(shí)施例2]
      1. 將Zn(N03)2.6H20(36.696g , 0.12mol)和Al(N03)3.9H20(22.51g , 0.06mol)按 [Zn"]/[A產(chǎn)]摩爾比等于2用130ml水配成混合鹽溶液A,另將NaOH(11.6g, 0.29mol) 和NaC03(12.72g, 0.12mol)用130ml水配成混合堿溶液B,將混合鹽溶液A置于帶攪 拌器的四口燒瓶中,將混合堿溶液B緩慢滴入到劇烈攪拌的混合鹽溶液A中,至漿 液的pH為9,所得漿液于6(TC晶化20小時(shí),離心洗滌至中性,6CTC干燥24小時(shí), 得到碳酸根型水滑石Zn2Al-C03-LDH。
      2. 將得到的ZnAl-C03-LDH于50(TC下焙燒兩個(gè)小時(shí),得到復(fù)合金屬氧化物 Zn2A柳。
      3. 稱量0.1g復(fù)合金屬氧化物Zn2A1(0),加入1.0mg/ml的BSA水溶液100ml,氮
      氣氣氛下24'C緩慢攪拌反應(yīng)24小時(shí),離心洗滌至中性,室溫真空干燥24小時(shí),得到 蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-Zn2Al(0)。 本實(shí)驗(yàn)所用的水均為除二氧化碳去離子水。
      蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-Zii2Al(0)具有層片狀結(jié)構(gòu),粒子平均尺寸 約為50nm,其中BSA的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為21.94%。 [實(shí)施例3]
      l.將Mg(NO3)2.6H2O(30.72g , 0.12mol)禾卩Fe(N03)3.9H20(24.24g , 0.06mol)按/[FeS+]摩爾比等于2用130ml水配成混合溶液A,另將NaOH(11.6g, 0.29mol) 和NaC03(12.72g, 0.12mol)用130ml水配成混合溶液B,將混合鹽溶液A置于帶攪拌 器的四口燒瓶中,將混合堿溶液B滴入到攪拌的混合鹽溶液A中,至漿液的pH為9, 漿液于7(TC晶化22小時(shí),離心洗滌至中性,7CTC干燥12小時(shí),得到碳酸根型水滑石 Mg2Fe-C03-LDH。
      2. 將得到的MgFe-C03-LDH于450。C下焙燒三個(gè)小時(shí),得到復(fù)合金屬氧化物 Mg2Fe(0)。
      3. 稱量O.lg復(fù)合金屬氧化物Mg2Fe(0),加入l.Omg/ml的BSA水溶液lOOml,氮 氣氣氛下26'C緩慢攪拌反應(yīng)20小時(shí),離心洗滌至中性,室溫真空干燥20小時(shí),得到 蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-Mg2Fe(0)。
      本實(shí)驗(yàn)所用的水均為除二氧化碳去離子水。
      該蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-Mg2Fe(0)具有層片狀結(jié)構(gòu),粒子平均尺 寸約為40nm,其中BSA的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為7.06% 。 [實(shí)施例4]
      1. 將Ni(N03)2.6H20(13.968g, 0.0048mol)和Al(NO3)3-9H2O(9.003g, 0.0024moI)按 [N產(chǎn)]/[A產(chǎn)]摩爾比等于2用60ml水配成混合鹽溶液A,另將NaOH(3.6g, 0.09mol) 和NaC03(4.77g, 0.018moI)用50ml水配成混合堿溶液B,將混合鹽溶液A置于帶攪 拌器的四口燒瓶中,將混合堿溶液B滴入到攪拌的混合鹽溶液A中,至漿液的pH為 9時(shí)停止滴加,所得漿液于65'C晶化24小時(shí),離心洗滌至中性,65'C干燥10小時(shí), 得到碳酸根型水滑石Ni2Al-C03-LDH。
      2. 將得到的NiAl-C03-LDH于45(TC下焙燒三個(gè)小時(shí),得到復(fù)合金屬氧化物 Ni2Al(0)。
      3. 稱量O.lg復(fù)合金屬氧化物Ni2Al(0),加入0.1mg/ml的BSA水溶液lOOml,氮 氣氣氛下25'C緩慢攪拌反應(yīng)22小時(shí),離心洗滌至中性,室溫真空干燥22小時(shí),得到 蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-Ni2Al(0)。
      本實(shí)驗(yàn)所用的水均為除二氧化碳去離子水。
      蛋白修飾的生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-Ni2Al(0)具有層片狀結(jié)構(gòu),粒子平均尺 寸約為30nm,其中BSA的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為7.14% 。 [實(shí)施例5]
      1. 將Ni(N03)r6H20(13.968g, 0.0048mol)和Fe(N03)3.9H20(9.696, 0.0024mol)按 [N產(chǎn)]/[FeS+]摩爾比等于2用60ml水配成混合鹽溶液A,另將NaOH(3.6g, 0.09mol) 和NaC03(4.77g, 0.018mol)用50ml水配成混合堿溶液B,將混合鹽溶液A置于帶攪 拌器的四口燒瓶中,將混合堿溶液B滴入到攪拌的混合鹽溶液A中,至漿液的pH為 8時(shí)停止滴加,所得漿液于65'C晶化24小時(shí),離心洗滌至中性,6(TC干燥12小時(shí), 得到碳酸根型水滑石Ni2Fe-C03-LDH。
      2. 將得到的NiFe-C03-LDH于500'C下焙燒三個(gè)小時(shí),得到復(fù)合金屬氧化物
      Ni2Fe(0)。
      3.稱量O.lg復(fù)合金屬氧化物Ni2Fe(0),加入2.0mg/ml的BSA水溶液lOOml,氮 氣氣氛下25'C緩慢攪拌反應(yīng)24小時(shí),離心洗滌至中性,室溫真空干燥24小時(shí),得到 蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-Ni2Fe(0)。
      本實(shí)驗(yàn)所用的水均為除二氧化碳去離子水。
      蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料BSA-Ni2Fe(0)具有層片狀結(jié)構(gòu),粒子平均尺寸 約為30nm。
      權(quán)利要求
      1.一種蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料,其特征在于,化學(xué)式為BSA-M2+2M3+(O),具有層片狀結(jié)構(gòu),M2+2M3+(O)代表復(fù)合金屬氧化物,其中,M2+為二價(jià)金屬離子Zn2+、Mg2+、Ni2+、Ca2+中的任何一種;M3+為三價(jià)金屬離子Al3+、Fe3+中的任何一種;BSA代表牛血清白蛋白,BSA質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為7.06%-21.94%。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料,其特征 在于該蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的粒子尺寸大小在30~50nm之 間,BSA與復(fù)合金屬氧化物]\42+2]^3+(0)之間通過(guò)氫鍵作用連接。
      3. —種制備權(quán)利要求1所述的蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的方 法,其特征在于,制備步驟為步驟1:將可溶性二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽按[^12+]/[]^3+]=2的摩爾 比配制成混合鹽溶液A,另將NaOH與碳酸鈉配成混合堿溶液B;其中M"為二價(jià)金屬離子Z^+、 Mg2+、 Ni2+、 C中的任何一種;M3+ 為三價(jià)金屬離子A產(chǎn)、F^+中的任何一種;可溶性二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽的陰離子為NCV、 cr中的任何一種;將混合鹽溶液A置于帶攪拌器的四口燒瓶中,將混合堿溶液B滴入 到攪拌的混合鹽溶液A中,至漿液的pH為8~10,然后于60-7(TC下晶化 20-24小時(shí),離心洗滌至中性,60-7(TC干燥10-24小時(shí),得到碳酸根型水 滑石M2+2M3+-COrLDH;步驟2:將步驟1中制得的水滑石于450-50(TC焙燒2-3小時(shí),得到 復(fù)合金屬氧化物M^M3、0)。步驟3:在步驟2中制備的復(fù)合金屬氧化物1Vp2M,0)加入 0.1~2.0mg/ml的BSA水溶液,氮?dú)鈿夥障?4-26"C攪拌反應(yīng)20-24小時(shí), 離心洗滌至中性,室溫真空干燥20-24小時(shí),得到蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納 米復(fù)合材料BSA-M2+2M3+(0)。
      全文摘要
      一種蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料及其制備方法,屬于生物無(wú)機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域。化學(xué)式為BSA-M<sup>2+</sup><sub>2</sub>M<sup>3+</sup>(O),具有層片狀結(jié)構(gòu),M<sup>2+</sup><sub>2</sub>M<sup>3+</sup>(O)代表復(fù)合金屬氧化物,BSA代表牛血清白蛋白,BSA質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為7.06%-21.94%。該復(fù)合材料制備工藝為共沉淀法制備[M<sup>2+</sup>]/[M<sup>3+</sup>]=2的不同金屬層板組成的水滑石前體,焙燒得到復(fù)合金屬氧化物M<sup>2+</sup><sub>2</sub>M<sup>3+</sup>(O),取一定量的M<sup>2+</sup><sub>2</sub>M<sup>3+</sup>(O),加入牛血清白蛋白BSA水溶液,室溫下反應(yīng),得到牛血清白蛋白復(fù)合金屬氧化物型蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料,即BSA-M<sup>2+</sup><sub>2</sub>M<sup>3+</sup>(O)。該蛋白修飾生物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料可作為藥物載體及生物材料用于藥物傳輸、生物傳感等領(lǐng)域。
      文檔編號(hào)G01N33/68GK101353379SQ20081011968
      公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
      發(fā)明者慧 張, 雪 段, 郭少環(huán) 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)
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