高亲水性强阳离子交换色谱填料的制备及其在蛋白质分析中的应用_刘吉众

摘要: 以具有双孔结构的聚甲基丙烯酸环氧丙酯( PGMA) 微球为基质，以葡萄糖进行表面亲水改性，制备了强阳离子交换色谱填料，并将其用于复杂生命体系中生物大分子的快速而高效的分离、分析与纯化。葡萄糖亲水改性增进了填料的生物相容性，提高了蛋白质样品的回收率; 双孔结构及较高的比表面积赋予填料良好的柱渗透性和样品负载量。以标准蛋白质为样品，考察了该填料对生物样品的分离性能。以100 mm × 4. 6 mm 的色谱柱分离4 种蛋白质，在6 min 内实现了基线分离; 以溶菌酶为样品，填料的吸附容量为39. 5 g /L，在蛋白质快速分离纯化分析中显示了良好的应用前景。

    随着生命科学和生物工程技术的飞速发展，复杂生命体系中活性生物大分子的分离、分析和纯化已成为分析化学和分离科学面临的一个重要任务［1，2］。蛋白质是生命活动的主要物质基础。研究蛋白质必须将其从复杂的生命体系中分离出来并保持其原有的生物活性。在生物工程下游技术中，既要求分离介质具有高的分离效率，又需要尽可能快的分离速度，以提高生产的时空效率。因此，发展生物大分子，尤其是蛋白质的分离、纯化与分析新材料和新技术已成为生物工程技术的一个研究热点［3 － 5］。图1 SP-PGMA SCX 树脂制备流程图Fig． 1 Chemical scheme for the preparation of the SP-PGMA SCX resin离子交换色谱［6 － 8］( IEC) 因其良好的生物相容
性、温和的洗脱模式，且能够在分离过程中最大限度地保持生物分子的活性，而在生物大分子的分离纯化中发挥着重要的作用［9 － 12］。相比于传统的多糖类基质IEC 填料机械强度差，局限于中、低压分离的缺点，聚合物型IEC 基质［13］具有高的机械强度和良好的化学稳定性，可实现中、高压快速分离［14］，在生化样品分离纯化中具有广阔的应用前景。但是目前常见的聚合物型高效IEC 填料多以表面改性的交联聚苯乙烯( PS) 微球为基质，表面疏水性强，生物相容性较低，在生物大分子分离中极易造成非特异性吸附而影响产物的回收率和生物活性。尽管表面化学修饰和改性技术可以使其疏水性得到改善［15］，但非特异性吸附的消除仍是一个难题。因此，基于亲
水性功能单体，发展新型交联高聚物基质的IEC 填料是必然的选择［14］。聚甲基丙烯酸环氧丙酯( PGMA)的环氧基团具有很高的反应活性，环氧基水解产生的二醇基团可提高其生物相容性［16］，用于生物大分子的快速分离与分析。Zhao 等［17， 18］利用无孔PGMA 微球作为亲和色谱基质，用于多肽的高效筛选，基于其低非特异性吸附，获得了高选择性的多肽探针。Zhou 等［19］利用反胶团溶胀法制备了超大孔PGMA 微球，非常适于生物大分子的快速高效分离。此外，PGMA 还被成功用于生物传感器的表面修饰，以进行肝素与抗凝血酶III 的动态相互作用研究［20］。虽然PGMA 基质在生化分离分析中显示了较好的应用前景，但其骨架中的疏水性结构仍会不同程度地对生物大分子产生非特异性吸附。因此，需要通过表面接枝修饰等方法消除非特异性吸附，以进一步增强其生物相容性。
    本研究针对生物大分子的高效、快速分离和高活性回收，以微米级直径、全PGMA 双孔微球为基质，进行了PGMA 表面亲水改性，据此构建了具有良好生物相容性的高效强阳离子交换液相色谱填料，并用于模型蛋白质分离分析的研究。