一種管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)及其制備和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程和生物分離工程領(lǐng)域，具體來說是一種管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的制備方法。以多孔模板輔助化學(xué)電沉積法，將藻藍(lán)蛋白作為模板分子，用摻雜聚苯乙烯磺酸鈉的聚乙撐二氧噻吩作為電化學(xué)選擇性材料，以鎳作為磁導(dǎo)航材料，金屬鉑作為固體支架和催化雙氧水水解的催化劑，形成管狀結(jié)構(gòu)；再以多孔模板輔助化學(xué)電沉積法得到管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)。本發(fā)明將分子印跡技術(shù)與催化、磁性、熒光等響應(yīng)材料相結(jié)合，對(duì)藻藍(lán)蛋白具有特異性識(shí)別與自主吸附能力。磁性微馬達(dá)具有選擇性好、運(yùn)動(dòng)速度快、大小可控、工作壽命長、重現(xiàn)性好、環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，并能在外加磁場(chǎng)作用下可控進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】一種管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)及其制備和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程和生物分離工程領(lǐng)域，具體來說是一種管狀蛋白質(zhì)印 跡催化磁性微馬達(dá)及其制備和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 蛋白質(zhì)作為生命體的重要組成部分，與眾多生命活動(dòng)有著密切聯(lián)系，因此發(fā)展蛋 白質(zhì)相關(guān)的分子印跡技術(shù)對(duì)于材料科學(xué)和生命科學(xué)的發(fā)展具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。導(dǎo) 電聚合物聚3, 4-乙撐二氧噻吩（PED0T)是一種新型的雜環(huán)類導(dǎo)電聚合物材料，因其具有良 好的電化學(xué)穩(wěn)定性和電致變色性能激起了廣大研究人員的興趣。近十幾年來，人們對(duì)其結(jié) 構(gòu)特征、制備機(jī)理、電致變色性能和實(shí)際應(yīng)用等開展了廣泛的研究。目前，摻雜的PED0T用 于制備高性能的PED0T材料，及將其與碳材料、金屬氧化物或其他導(dǎo)電聚合物形成復(fù)合材 料用于高效識(shí)別和測(cè)定蛋白質(zhì)有著廣泛的前景。
[0003] 具有自驅(qū)動(dòng)能力的微納馬達(dá)結(jié)合新型的功能傳感材料，是當(dāng)前納米技術(shù)、生命科 學(xué)領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵性挑戰(zhàn)之一。2002年，美國哈佛大學(xué)的Whitesides率先提出釆用簡單的 化學(xué)燃料和化學(xué)反應(yīng)來將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能對(duì)物體進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的想法，并對(duì)此進(jìn)行了探索 和研究。隨后，催化微馬達(dá)，特別是管狀催化微馬達(dá)的出現(xiàn)和發(fā)展給微納機(jī)器的發(fā)展帶來了 巨大的突破，給人造微納小機(jī)器人的研究以及在生物醫(yī)藥診斷和環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用 帶來了令人鼓舞的希望。催化微馬達(dá)是模仿天然分子馬達(dá)，目前大多是以過氧化氫溶液為 燃料，利用原位催化反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，從而推動(dòng)微馬達(dá)在液體中實(shí)現(xiàn)自由驅(qū)動(dòng)。相比于傳統(tǒng)的 合成分子馬達(dá)，這種催化微馬達(dá)具有合成和制備過程簡單、操作方便快捷、運(yùn)動(dòng)速度快、大 小可控、工作壽命長、重現(xiàn)性好、環(huán)境要求低、便于功能化和集成化等特點(diǎn)。
[0004] 近年來，催化微納馬達(dá)在動(dòng)力方面得到了比較大的發(fā)展，其中通過磁性可以實(shí)現(xiàn) 對(duì)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，并且實(shí)現(xiàn)預(yù)定的路徑行動(dòng)。如何讓催化微馬達(dá)變得更加智能并滿足實(shí) 際需要，并進(jìn)而拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，已成為關(guān)注熱點(diǎn)。對(duì)微馬達(dá)進(jìn)行生物化學(xué)的修飾改性是一 條重要的行之有效的途徑。經(jīng)過修飾后的微馬達(dá)，可以對(duì)金屬、蛋白質(zhì)等生命物質(zhì)進(jìn)行選擇 性識(shí)別和操作，從而實(shí)現(xiàn)微馬達(dá)智能化，有針對(duì)性的需要。對(duì)其進(jìn)行智能化的修飾和操作， 使其與生物芯片進(jìn)行集成，可使其在既定的路線上去完成各種復(fù)雜的任務(wù)。因此可以預(yù)見， 動(dòng)力強(qiáng)大的智能微納馬達(dá)，在未來的納米技術(shù)、生物醫(yī)療【技術(shù)領(lǐng)域】將會(huì)有著強(qiáng)大的生命力 和廣闊的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)及其制備和應(yīng)用。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)，以多孔模板輔助化學(xué)電沉積法將以蛋白質(zhì) 為模板的分子印跡與金屬磁敏感性和催化材料相結(jié)合，即得到管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微 馬達(dá)。
[0008] 進(jìn)一步的說，將蛋白作為模板，用摻雜聚苯乙烯磺酸鈉的聚乙撐二氧噻吩作為電 化學(xué)選擇性材料，以鎳作為磁導(dǎo)航材料，金屬鉬作為固體支架和催化雙氧水水解的催化劑， 形成管狀結(jié)構(gòu)；再以多孔模板輔助化學(xué)電沉積法得到管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)。
[0009] -種管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的制備方法，以多孔模板輔助化學(xué)電沉積法 將以蛋白質(zhì)為模板的分子印跡與金屬磁敏感性和催化材料相結(jié)合，即得到管狀蛋白質(zhì)印跡 催化磁性微馬達(dá)。
[0010] 進(jìn)一步的說，對(duì)聚碳酸酯膜的磨砂面進(jìn)行噴鉬處理，處理后置于含有蛋白質(zhì)的溶 液浸泡，漂洗、干燥；干燥后進(jìn)行電沉積，沉積后鉬膜拋光，拋光后的濾膜浸泡在二氯甲烷溶 液中，振蕩以完全溶解濾膜，使得沉積的微馬達(dá)脫離出來，并去除蛋白質(zhì)模板，而后清洗即 得到微馬達(dá)。
[0011] 更一步的說，將直徑25mm、孔徑2um的聚碳酸酯膜的磨砂面進(jìn)行噴鉬150-300S 處理，然后超聲振蕩2-5min去除空氣，置于濃度為0. 1-0. 6mg/mL的蛋白質(zhì)溶液中浸 泡20-40min,而后在空氣中放置15-30min干燥，干燥后用去離子水清洗,清洗后依次用 PBST-20和去離子水進(jìn)行漂洗，漂洗后干燥，待用。
[0012] 將上述處理的聚碳酸酯濾膜固定在電鍍池的鋁箔上，以Pt絲電極和Ag/AgCl電極 (飽和氯化鉀）分別作為對(duì)電極和參考電極，而后用乙烯二氧噻吩（PED0T)、鍍鉬溶液、鉬鎳 混合溶液、鍍鎳溶液和鍍鉬溶液分別進(jìn)行電沉積。
[0013] 具體沉積為：
[0014] (1)聚乙烯二氧噻吩沉積：在包含8-15mM的乙烯二氧噻吩（ED0T)和100-160mM的 聚苯乙烯磺酸鈉（NaPSS)溶液中進(jìn)行恒電壓法沉積，電沉積電壓為+0. 5-1. 0V，電聚合電量 為 2. 0-5. 0C。
[0015] (2)鉬沉積：將上述溶液倒去，更換為含有氯鉬酸的鍍鉬溶液，以-(l-3)mA， 150-250s的恒電流法進(jìn)行沉積以改善聚合物層的機(jī)械性能。
[0016] (3)鉬鎳沉積：將上述溶液倒去，更換為含有氯鉬酸和氨基磺酸鎳的鉬鎳混合溶 液，以-(l-3)mA，250-400s的恒電流法進(jìn)行沉積，以提供一個(gè)光滑和高導(dǎo)電表面聚合物沉 積后，提高后續(xù)金屬層的沉積。
[0017] (4)鎳沉積：將上述溶液倒去，更換為含有氨基磺酸鎳的鎳溶液，以沉積電 壓-(1-1. 6) V恒電壓法沉積電量1. 0-3. 0C。
[0018] (5)鉬沉積：將上述溶液倒去，更換為含有氯鉬酸的鍍鉬溶液，最里面的催化鉬 層，用恒電流法在 _(1. 5-2. 5)mA，沉積400_500s。
[0019] 將沉積之后的鉬膜拆卸下來，鉬膜用0. 05um的氧化鋁漿進(jìn)行手動(dòng)拋光，使得金屬 鉬完全去除，去除后依次用去離子水和乙醇清洗，清洗后將所述濾膜浸泡在二氯甲烷溶液 中，振蕩以完全溶解濾膜，使得沉積的微馬達(dá)脫離出來，并去除蛋白質(zhì)模板，去除模板后用 二氯甲燒溶液反復(fù)復(fù)洗，而后以5000-7000r/min離心3-6min，以收集微馬達(dá)。
[0020] 將上述收集微馬達(dá)依次用乙醇和去離子水清洗，將清洗后的微馬達(dá)室溫存儲(chǔ)在去 離子水中以供使用。
[0021] 一種管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的應(yīng)用，所述微馬達(dá)應(yīng)用于蛋白質(zhì)的選擇識(shí) 別。
[0022] 本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 本發(fā)明將分子印跡技術(shù)與催化、磁性、熒光等響應(yīng)材料相結(jié)合，對(duì)藻藍(lán)蛋白具有特 異性識(shí)別與自主吸附能力。具體是利用多孔模板輔助化學(xué)電沉積法，制備了管狀蛋白質(zhì)印 跡催化磁性微馬達(dá)。相比其它蛋白對(duì)藻藍(lán)蛋白顯示出很高的選擇性吸附能力；相對(duì)于非印 跡聚合物，對(duì)藻藍(lán)蛋白有著更高的識(shí)別選擇性、結(jié)合容量和吸附穩(wěn)定性，并且該催化微管實(shí) 現(xiàn)了在湖水中對(duì)藻藍(lán)蛋白的吸附去除。這種催化微馬達(dá)具有合成和制備過程簡單、操作方 便快捷、運(yùn)動(dòng)速度快、大小可控、工作壽命長、重現(xiàn)性好、環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，并能在外加磁 場(chǎng)作用下可控進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。不僅豐富了蛋白質(zhì)印跡的研究內(nèi)容，而且為催化微馬達(dá)多功能、智 能化提供了行之有效的思路，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)制備過程示意圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的掃描電鏡圖 (A-D)。
[0026] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)吸附蛋白隨著時(shí)間 的變化效果圖（A-F:0、5、10、15、20、25min)。
[0027] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)對(duì)0,0. 1，0. 3， 0. 5mg/mL濃度范圍的藻藍(lán)蛋白溶液的吸附容量變化圖（A-D)。
[0028] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)在過氧化氫溶液中 不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，A、B、C為直線運(yùn)動(dòng)軌跡，D、E、F為螺旋運(yùn)動(dòng)軌跡。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 實(shí)施例1
[0030] a.聚碳酸酯膜的處理：將直徑25mm、孔徑2um的聚碳酸酯膜的磨砂面進(jìn)行噴 鉬200s處理，然后超聲振蕩3min去除空氣，置于濃度為0. 5mg/mL的藻藍(lán)蛋白溶液中浸 泡30min,浸泡后在空氣中放置20min干燥。干燥后用去離子水清洗2-3次，而后依次用 PBST-20和去離子水分別進(jìn)行漂洗2-3次，干燥后待用；
[0031] b.模板法電沉積：將上述處理的聚碳酸酯濾膜固定在電鍍池的鋁箔上，以Pt絲電 極和Ag/AgCl電極（飽和氯化鉀）分別作為對(duì)電極和參考電極，進(jìn)行五步電沉積。
[0032] (1)聚乙烯二氧噻吩沉積：在包含10mM的乙烯二氧噻吩（ED0T)和125mM的聚苯 乙烯磺酸鈉（NaPSS)溶液中進(jìn)行恒電壓法沉積，電沉積電壓為+0. 80V，電聚合電量為4. 0C。
[0033] (2)鉬沉積：將上述溶液倒去，更換為含有33mM氯鉬酸的鍍鉬溶液，以-2mA，200s 的恒電流法進(jìn)行沉積以改善聚合物層的機(jī)械性能。
[0034] (3)鉬鎳沉積：將上述溶液倒去，更換為含有氯鉬酸和氨基磺酸鎳的鉬鎳混合溶 液，其中氯鉬酸和氨基磺酸鎳按體積比1 :1的比例混合，以-2mA，300秒的恒電流法進(jìn)行沉 積，以提供一個(gè)光滑和高導(dǎo)電表面聚合物沉積后，提高后續(xù)金屬層的沉積。
[0035] (4)鎳沉積：將上述溶液倒去，更換為含有515g/L氨基磺酸鎳的鎳溶液，以沉積電 壓-1. 3V恒電壓法沉積電量2. 0C。
[0036] (5)鉬沉積：將上述溶液倒去，更換為含有33mM氯鉬酸的鍍鉬溶液，最里面的催化 鉬層，用恒電流法在 _2mA，沉積450秒。
[0037] c.鉬膜拋光：將沉積之后的鉬膜拆卸下來，用0. 05um的氧化鋁漿進(jìn)行手動(dòng)拋光， 使得金屬鉬完全去除。分別用去離子水洗2-3,再用乙醇洗2-3次。
[0038] d.分離微馬達(dá)：將上述濾膜浸泡在二氯甲烷溶液中，震蕩以完全溶解濾膜，使得 沉積的微馬達(dá)脫離出來，并去除蛋白質(zhì)模板。用二氯甲烷溶液重復(fù)洗2次，以6000r/min離 心3min鐘以收集微馬達(dá)。先用乙醇洗2-3次，再用去離子水洗2-3次，將得到的微馬達(dá)室 溫存儲(chǔ)在去離子水中以供使用。即得管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)，制備過程如圖1所 示。上述制備所得印跡磁性微馬達(dá)進(jìn)行電鏡掃描，如圖2所示為不同視角下的效果圖，可以 看到印跡微馬達(dá)呈現(xiàn)上窄下寬的圓錐形，并且具有明顯的中空管狀結(jié)構(gòu)，管長十幾微米，管 壁為200nm左右。
[0039] 實(shí)施例2
[0040] 分別取2 μ L的0. 5mg/mL藻藍(lán)蛋白溶液、催化磁性微馬達(dá)溶液。將其混合放在載 玻片上，然后用熒光顯微鏡在20倍放大的條件下觀察，分別在0、5、10、15、20、2511^11測(cè)定相 同場(chǎng)下的熒光照片。如圖3所示，可以看到：一開始，催化磁性微馬達(dá)不能發(fā)射熒光，在視野 下沒有顏色；隨著時(shí)間的延長，微馬達(dá)不斷吸附能發(fā)射熒光的藻藍(lán)蛋白，吸附的藻藍(lán)蛋白越 來越多，熒光強(qiáng)度逐漸增大。
[0041] 實(shí)施例3
[0042] 分別取50 μ L催化磁性微馬達(dá)溶液，將其加入到0. 05M pH值為7. 0的磷酸鹽緩沖 液中，分別取50ul不同濃度的藻藍(lán)蛋白溶液。濃度分別為0、0. 5、0. 75、lmg/mL。靜置30min 之后，去除沒有吸附的蛋白溶液，用1〇〇μ 1的二次水震蕩清洗2次，重新用50μ 1的0. 05M pH值為7. 0的磷酸鹽的緩沖溶液分散。取5ul的溶液放在載玻片上，然后用熒光顯微鏡在 20倍放大條件下觀察。如圖4所示，可以看到隨著藻藍(lán)蛋白的濃度不斷增大，催化磁性微馬 達(dá)吸附能發(fā)射熒光的藻藍(lán)蛋白也越多，熒光強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)。
[0043] 實(shí)施例4
[0044] 分別取50 μ L催化磁性微馬達(dá)溶液，將其加入到0. 05M pH值為7. 0的磷酸鹽緩沖 液中，取50ul濃度為lmg/mL的藻藍(lán)蛋白溶液。靜置30min之后，去除沒有吸附的蛋白溶液， 用100 μ 1的二次水震蕩清洗2次，重新用50 μ 1的0. 05M pH值為7. 0的磷酸鹽緩沖溶液分 散。分別取4μ L混合催化磁性微馬達(dá)溶液、2ul的5%的膽酸鈉溶液，2ul的3%過氧化氫 溶液。將其混合放在載玻片上，然后用熒光顯微鏡在20倍放大條件下觀察。如圖5所示， 可以看到，催化磁性微馬達(dá)能催化過氧化氫水解產(chǎn)生氣泡，呈現(xiàn)兩種運(yùn)動(dòng)形式：一種是直線 運(yùn)動(dòng)（A，B，C)，一種是螺旋運(yùn)動(dòng)（D，E，F(xiàn))。
【權(quán)利要求】
1. 一種管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)，其特征在于：以多孔模板輔助化學(xué)電沉積法 將以蛋白質(zhì)為模板的分子印跡與金屬磁敏感性和催化材料相結(jié)合，即得到管狀蛋白質(zhì)印跡 催化磁性微馬達(dá)。
2. 按權(quán)利要求1所述的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)，其特征在于：將蛋白作為模 板，用摻雜聚苯乙烯磺酸鈉的聚乙撐二氧噻吩作為電化學(xué)選擇性材料，以鎳作為磁導(dǎo)航材 料，金屬鉬作為固體支架和催化雙氧水水解的催化劑，形成管狀結(jié)構(gòu)；再以多孔模板輔助化 學(xué)電沉積法得到管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)。
3. -種權(quán)利要求1所述的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的制備方法，其特征在于： 以多孔模板輔助化學(xué)電沉積法將以蛋白質(zhì)為模板的分子印跡與金屬磁敏感性和催化材料 相結(jié)合，即得到管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)。
4. 按權(quán)利要求3所述的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的制備方法，其特征在于：對(duì) 聚碳酸酯膜的磨砂面進(jìn)行噴鉬處理，處理后置于含有蛋白質(zhì)的溶液浸泡，漂洗、干燥；干燥 后進(jìn)行電沉積，沉積后鉬膜拋光，拋光后的濾膜浸泡在二氯甲烷溶液中，振蕩以完全溶解濾 膜，使得沉積的微馬達(dá)脫離出來，并去除蛋白質(zhì)模板，而后清洗即得到微馬達(dá)。
5. 按權(quán)利要求3所述的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的制備方法，其特征在于：將 直徑25mm、孔徑2um的聚碳酸酯膜的磨砂面進(jìn)行噴鉬150-300s處理，然后超聲振蕩2-5min 去除空氣，置于濃度為0. 1-0. 6mg/mL的蛋白質(zhì)溶液中浸泡20-40min，而后在空氣中放置 15-30min干燥，干燥后用去離子水清洗，清洗后依次用PBST-20和去離子水進(jìn)行漂洗，漂洗 后干燥，待用。
6. 按權(quán)利要求3所述的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的制備方法，其特征在于： 將上述處理的聚碳酸酯濾膜固定在電鍍池的鋁箔上，以Pt絲電極和Ag/AgCl電極（飽 和氯化鉀）分別作為對(duì)電極和參考電極，而后用乙烯二氧噻吩（PEDOT)、鍍鉬溶液、鉬鎳混 合溶液、鍍鎳溶液和鍍鉬溶液分別進(jìn)行電沉積。
7. 按權(quán)利要求3所述的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的制備方法，其特征在于：將 沉積之后的鉬膜拆卸下來，鉬膜用0. 05um的氧化鋁漿進(jìn)行手動(dòng)拋光，使得金屬鉬完全去 除，去除后依次用去離子水和乙醇清洗，清洗后將所述濾膜浸泡在二氯甲烷溶液中，振蕩以 完全溶解濾膜，使得沉積的微馬達(dá)脫離出來，并去除蛋白質(zhì)模板，去除模板后用二氯甲烷溶 液反復(fù)復(fù)洗，而后以5000-7000r/min離心3-6min，以收集微馬達(dá)。
8. 按權(quán)利要求7所述的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的制備方法，其特征在于：將 上述收集微馬達(dá)依次用乙醇和去離子水清洗，將清洗后的微馬達(dá)室溫存儲(chǔ)在去離子水中以 供使用。
9. 一種權(quán)利要求1所述的管狀蛋白質(zhì)印跡催化磁性微馬達(dá)的應(yīng)用，其特征在于：所述 微馬達(dá)應(yīng)用于蛋白質(zhì)的選擇識(shí)別。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK104089940SQ201410350940
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】陳令新, 張忠, 李金花 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所