一種功能化復合金屬氧化物材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功能化復合金屬氧化物材料，具體涉及一種鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料，該材料的制備方法及其在六聚組氨酸融合蛋白分離純化中的應用。
【背景技術】
[0002]融合標簽技術興起于二十世紀末，是一種基于報告基因的重組DNA技術。該項技術的快速發(fā)展使得重組蛋白質的純化更加高效便捷，在生命科學、化學等諸多領域應用廣泛。目前常用的蛋白純化標簽包括六聚組氨酸、谷胱甘肽巰基轉移酶和表位標簽等，其中六聚組氨酸融合蛋白最為常用。通過大腸桿菌等表達大量的融合蛋白，然后在復雜的細胞裂解液體系中對表達的六聚組氨酸融合蛋白進行分離純化。
[0003]組氨酸與金屬離子有較強的螯合作用，因而六聚組氨酸融合蛋白可基于固定化金屬離子親和色譜(IMAC)進行分離純化。目前多利用次氨基三乙酸(NTA)，亞氨基二乙酸(IDA)等螯合配基螯合Ni2+合成MAC介質，進而將其應用于六聚組氨酸融合蛋白分離純化。但該方法金屬離子容易脫落，易導致蛋白結合能力下降，特異性差等缺點。傳統(tǒng)的IMAC方法在上樣前需要移除細胞裂解液中的細胞碎肩，并可能造成膠體污染。因此，開發(fā)一種特異性強，快速高效分離純化六聚組氨酸融合蛋白的材料以及方法十分必要。文獻(L.Zhang，X.Zhu,D.Jiao,Y.Sun and H.Sun.Efficient purificat1n of His-tagged protein bysuperparamagneticFe304/Au-ANTA-Co2+nanoparticles.Mat.Sc1.Eng.C-Mater.，2013，33，1989-1992)提出Co2+與組氨酸的結合能力優(yōu)于Ni2+，但成本較高。因此，鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料可綜合多種金屬離子的特性，提高對六聚組氨酸融合蛋白的親和特異性和選擇性。
[0004]納微米級微球由于其規(guī)整的形貌，較大的比表面積等優(yōu)點廣泛應用于分離分析領域，因此，本發(fā)明致力于開發(fā)一種鎳、鈷、錳復合金屬氧化物微球的合成方法。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料及其合成方法，并基于金屬離子與組氨酸的螯合作用，將其應用于多聚組氨酸融合蛋白的分離純化，實現(xiàn)對多聚組氨酸融合蛋白的快速高效純化。
[0006]為了提高材料的合成效率和產(chǎn)量，本發(fā)明將共沉淀法和高溫固相進行有機結合，通過合理地控制沉淀反應速率以及高溫反應溫度，合成球形MnCo(2-x)Nix04(x = 0-l)材料。
[0007]本發(fā)明的技術方案如下:
[0008]一種鎳、鈷、猛復合金屬氧化物材料，分子式為MnCo(2-x)Nix04(x = 0?I)，該材料中Ni元素的質量百分含量為0%?25% (相對于材料總質量)。所述的鎳、鈷、猛復合金屬氧化物材料，其微觀形貌為微米級的尺寸可控的微球，該微球是由納米晶組成的球形中空結構。
[0009]上述鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料中，Ni元素的質量百分含量優(yōu)選為10%?20%;所述微球的微觀形貌優(yōu)選直徑約為500nm?5μπι的球形;所述納米晶的平均尺寸通常在50?200nm左右，多數(shù)約為lOOnm。
[0010]本發(fā)明所述鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料的合成方法，包括以下步驟:
[0011](I)將Mn、Co、Ni的金屬鹽按照相應的摩爾比配制金屬離子的混合溶液，并調節(jié)溶液pH至10-12;
[0012](2)配制一定濃度的沉淀劑溶液，使過量的沉淀劑與步驟(I)得到的金屬離子混合溶液反應，使其沉淀完全，反應如下；
[0013]M2++C032———>MC03(以Na2CO3為沉淀劑為例，M代表金屬元素)
[0014](3)用去離子水將步驟(2)得到沉淀洗滌數(shù)次，然后烘干；
[0015](4)將步驟(3)所述沉淀充分研磨，然后進行高溫處理，冷卻后得到反應終產(chǎn)物。
[0016]優(yōu)選的，上述步驟(I)金屬鹽可以選擇所述金屬的硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物等。
[0017]優(yōu)選的，上述步驟(I)通過加入適量氨水調節(jié)溶液的pH為1?12。
[0018]優(yōu)選的，上述步驟(2)的沉淀劑可以是可溶性碳酸鹽、氫氧化物等，例如碳酸鈉、氫氧化鈉。共沉淀反應可以通過控制共沉淀的速率以及反應溫度來控制終產(chǎn)物的形貌。該沉淀反應可以在磁力攪拌速率為600-900r/m下，向沉淀劑溶液中逐滴加入金屬離子的混合溶液。反應溫度優(yōu)選在室溫至75°C范圍內，當反應在室溫下進行時，終產(chǎn)物的微觀形貌為直徑為500nm左右的球形顆粒，當共沉淀反應溫度為70°C，終產(chǎn)物為直徑約為2μπι的微球。
[0019]優(yōu)選的，上述步驟(4)研磨可在瑪瑙研缽中進行，研磨I?2小時。
[0020]優(yōu)選的，上述步驟(4)可以在馬弗爐中進行高溫固相反應，溫度為700_950°C，升溫速率為2°C/min，反應時間為10?20小時。自然冷卻后即得終產(chǎn)物。
[0021]本發(fā)明的鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料能夠識別帶有多聚組氨酸標簽的融合蛋白，并通過金屬離子與組氨酸的螯合作用將多聚組氨酸融合蛋白富集在材料表面，因此，該鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料作為多聚組氨酸融合蛋白的親和純化材料，其中所述多聚組氨酸通常為六聚組氨酸。
[0022]由此，本發(fā)明提供了一種多聚組氨酸融合蛋白分離純化方法，利用本發(fā)明制備的鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料在適當緩沖溶液中通過金屬螯合作用特異性識別并吸附多聚組氨酸融合蛋白，然后再通過適當?shù)南疵撘簩⒍嗑劢M氨酸融合蛋白洗脫下來，從而使之得到分離純化。
[0023]上述多聚組氨酸融合蛋白分離純化方法中，優(yōu)選以pH= 7.40磷酸鹽緩沖液(優(yōu)化后的結果)為吸附緩沖液。吸附完成之后，可以使用的咪唑溶液(濃度例如I m ο I / L)進行洗脫，該洗脫液可直接用于后續(xù)對純化后蛋白的分析研究工作中，諸如聚丙烯酰胺凝膠電泳等。
[0024]對使用過的鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料進行充分洗滌超聲后，可回收重復利用。該蛋白分離純化材料具有優(yōu)異的重復使用性能，極大地提高了材料的利用率。
[0025]本發(fā)明將共沉淀法與高溫固相法相結合，提供了一種功能化復合金屬氧化物材料MnCo(2-x)Nix04(x = 0-l)的合成方法，該方法簡便易行，成本低廉，形貌可控，重復性良好，便于批量生產(chǎn)，具有很高的商業(yè)應用潛質。合成終產(chǎn)物為形貌規(guī)整的納微米級球形顆粒，通過控制合成條件，材料尺寸可控制在500nm?5μπι。借助于金屬離子與組氨酸的螯合作用，鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料可以選擇性地在復雜蛋白體系中識別并吸附多聚組氨酸融合蛋白，然后再進行洗脫，多聚組氨酸融合蛋白即可從材料表面解吸下來。所使用的功能化復合金屬氧化物材料具有特異性高、重復使用性能佳、分離純化效率高等優(yōu)勢，可在15分鐘內完成對六聚組氨酸融合蛋白的分離純化。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實施例1所制備的鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料的掃描電子顯微鏡照片；
[0027]圖2為本發(fā)明實施例1所制備的鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料的X射線衍射圖譜；
[0028]圖3是實施例2測得的鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料的循環(huán)使用性能圖，曲線上的數(shù)字是循環(huán)使用的次數(shù)；
[0029]圖4是實施例3采用鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料分離純化細胞裂解液中的六聚組氨酸標記的綠色熒光蛋白，以聚丙烯酰胺凝膠電泳法檢測純化前細胞裂解液(條帶I)、洗滌液(條帶2、3)以及最終的洗脫液(條帶4)中六聚組氨酸標記的綠色熒光蛋白的結果。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖，通過實施例，進一步闡述本發(fā)明的技術方案，但是本申請的保護范圍不受這些實施例的具體條件的限制。
[0031]實施例1:
[0032]鎳、鈷、錳復合金屬氧化物材料MnCoN14的合成，包括共沉淀、研磨、高溫處理三個