納米材料在蛋白質(zhì)分離中的應(yīng)用

鄒雪艷，董 爍，李賓杰，趙彥保

(1. 河南大學(xué) 特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 開封 475004； 2.河南大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，河南 開封 475004)

納米材料在蛋白質(zhì)分離中的應(yīng)用

鄒雪艷1*，董 爍2，李賓杰2，趙彥保1

(1. 河南大學(xué) 特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 開封 475004； 2.河南大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，河南 開封 475004)

蛋白質(zhì)的分離技術(shù)不僅在藥物檢測和制藥工程中具有重要意義，而且還是生化工程和蛋白質(zhì)分析的一個(gè)研究熱點(diǎn). 納米材料具有許多與眾不同的特性，廣泛應(yīng)用于化工、生物、醫(yī)藥、航天等多個(gè)領(lǐng)域，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途的材料. 本文作者從非金屬氧化物納米材料、非金屬單質(zhì)納米材料、金屬氧化物納米材料、金屬單質(zhì)納米材料、納米聚合物、納米復(fù)合材料等方面綜述了納米材料在蛋白質(zhì)分離方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)了其在蛋白質(zhì)分離中的優(yōu)缺點(diǎn)，并就其在蛋白質(zhì)固定和分離領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望.

納米材料；蛋白質(zhì)分離；應(yīng)用；綜述

近年來，研究人員通過對(duì)不同納米材料進(jìn)行表面改性制備出了許多生物功能性材料，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域[1-8]，尤其是應(yīng)用于各種蛋白質(zhì)的分離[9-10]. 蛋白質(zhì)是所有生物有機(jī)體的重要組成，是一切生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，生命體的一切代謝活動(dòng)包括生長、發(fā)育和繁殖等無不與蛋白質(zhì)的活性和代謝有關(guān). 構(gòu)成生物體的細(xì)胞包括不同種類的蛋白質(zhì)，且每一種蛋白質(zhì)具有不同的結(jié)構(gòu)和功能. 要從本質(zhì)揭示某一蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，如同拆裝機(jī)器零部件一樣需要單一進(jìn)行分析修理，因此采用綜合生物化學(xué)方法來分離某種特定蛋白質(zhì)對(duì)了解和揭示某一生命現(xiàn)象和本質(zhì)有著重要的意義.

蛋白質(zhì)在組織和細(xì)胞中一般都是以復(fù)雜的混合形式存在，各種不同類型的細(xì)胞都含有上千種不同的蛋白質(zhì)，要從如此混雜和眾多的蛋白質(zhì)中獲取目的蛋白是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因此分離純化的總目標(biāo)應(yīng)是增加制品純度，保持分離蛋白質(zhì)的生物活性，減少分離過程中的成本消耗，達(dá)到高效、低耗和優(yōu)質(zhì)的目的. 蛋白質(zhì)分離純化是生化工程和蛋白質(zhì)分析的研究熱點(diǎn)，近年來將納米概念融入其中，以納米材料為載體，對(duì)其表面進(jìn)行功能化處理得到一種新型生物功能化載體材料，可廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)的分離純化. 蛋白質(zhì)分離純化的主要方法有沉淀法[11]、層析法[12]、電學(xué)法[13]、離心法[14]、膜分離技術(shù)[15]等(見圖1)，其中層析法是一種高效分離蛋白質(zhì)的方法，在納米材料作為載體的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用較多. 層析法最早起源于20世紀(jì)初，1950年之后得到飛速發(fā)展，它利用不同物質(zhì)在不同相態(tài)的選擇性分配，以流動(dòng)相對(duì)固定相中的混合物進(jìn)行洗脫，混合物中不同的物質(zhì)會(huì)以不同的速度沿固定相移動(dòng)，最終達(dá)到分離的效果. 按照分離所依據(jù)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)的不同，層析法又分為離子交換層析、分子排阻層析、親和層析、吸附層析等. 層析法具有以下優(yōu)點(diǎn)：分離效率高、分離速度快、檢測靈敏度高、樣品用量少、選擇性好，另外可以同時(shí)進(jìn)行多組分分析，并且可以實(shí)現(xiàn)從進(jìn)樣到數(shù)據(jù)處理的全自動(dòng)化操作. 但是層析法的定性分析能力較差，一般需要與其他具有定性分析能力的分析技術(shù)聯(lián)用.

圖1 蛋白質(zhì)分離純化分類圖Fig.1 Scheme of protein classification

1 納米材料在蛋白質(zhì)分離純化方面的應(yīng)用

1.1 非金屬氧化物納米材料

1.1.1 納米二氧化硅粒子

在非金屬氧化物納米材料中，納米SiO2是一種較為常用的材料，具有無毒、無味、生物相容性好、性質(zhì)穩(wěn)定、吸附能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)部為絮狀或網(wǎng)狀的無定形結(jié)構(gòu)，表面有大量羥基，為各種化學(xué)反應(yīng)和生物分子在其表面的結(jié)合提供了便利條件，在蛋白質(zhì)分離純化[16-20]方面發(fā)揮著越來越重要的作用.

鄒雪艷等[19]在納米二氧化硅表面修飾了氨基，再以戊二醛為交聯(lián)劑進(jìn)一步鍵合了谷胱甘肽基團(tuán)，利用谷胱甘肽與谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶之間的特異性吸附作用，將谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶從混合蛋白中分離出來. 為了提高二氧化硅表面活性基團(tuán)的接枝率，又采用巰基丙基三甲氧基硅烷一步法合成了巰基納米二氧化硅，并在其表面進(jìn)行生物功能化，用于谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的分離，分離效果較好[21]，該方法為二氧化硅生物功能化研究提供了一條新思路. 為了提高接枝率，LI等[22]利用巰基硅烷偶聯(lián)劑一步水解得到納米SiO2-SH微球，并在其表面鍵合了GSH分子制備了SiO2-GSH生物材料，用于分離GST蛋白. 經(jīng)檢測，一步法制備的SiO2-SH微球表面巰基含量達(dá)387.4 μmol/g，可以有效的從混合蛋白質(zhì)純化分離GST.

1.1.2 介孔分子篩

介孔分子篩是一類孔徑在2～50 nm之間，具有孔分布窄、孔徑尺寸可調(diào)、孔道結(jié)構(gòu)高度規(guī)則有序、比表面積高的無機(jī)多孔材料，在催化轉(zhuǎn)化[23-24]、吸附分離[25-26]、藥物傳遞和釋放[27-29]、納米材料制備[30-31]等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景.

1997年RAIMONDO等[32]通過溶膠-凝膠技術(shù)在介孔分子篩M41-S上固定玻璃毛細(xì)血管柱用作氣相色譜的分離. 雷杰等[33]在介孔分子篩SBA-15表面嫁接二乙胺基乙基(DEAE)制成了弱陰離子交換層析劑DEAE-SBA-15，其既具有分子篩作用又具有離子交換作用，能夠?qū)⒎蹓m螨代謝培養(yǎng)基中的粉塵螨主要變應(yīng)原Derf2蛋白進(jìn)行分離純化，所得的Derf2仍具有變應(yīng)原活性.

1.2 非金屬單質(zhì)納米材料

在非金屬單質(zhì)納米材料中，碳納米管是一種研究較多的載體，能與蛋白質(zhì)中的氨基、羧基官能團(tuán)結(jié)合，制備多種蛋白質(zhì)功能化的生物材料，應(yīng)用于生物樣品分析、電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、金屬粒子及有機(jī)污染物檢測等領(lǐng)域[34-41].

JIANG等[42]將多壁碳納米管進(jìn)行羧基化形成活性酯，活性酯與鐵蛋白、牛血清蛋白中的氨基反應(yīng)形成酰胺鍵，從而將鐵蛋白、牛血清蛋白鍵合到了多碳納米管的表面. 此過程避免了蛋白質(zhì)分子之間的相互作用，提供了一種有效連接碳納米管與生物分子的方法. MUBARAK等[43]用碳納米管作為載體，成功的分離純化了脫脂物中的乳汁蛋白，優(yōu)化了電泳緩沖液的pH及離子強(qiáng)度，并且這種碳納米管還可以作為疏水作用色譜法的有效介質(zhì). ZHANG等[44]利用介孔二氧化硅@碳納米管來分離細(xì)胞色素(Cyt)、牛血清蛋白(BSA)、溶菌酶(Lyz)的混合溶液，當(dāng)達(dá)到細(xì)胞色素c的等電點(diǎn)(pH=9.6)時(shí)Cyt的吸附量達(dá)到最大值，而在BSA和Lyz的等電點(diǎn)附近時(shí)BSA和Lyz幾乎沒有被吸附. 被吸附的Cyt在高離子強(qiáng)度的緩沖溶液中可以重新被釋放出來，并且介孔二氧化硅@碳納米管經(jīng)過處理后可以循環(huán)使用.

1.3 金屬氧化物納米材料

納米Fe3O4、Fe2O3、TiO2、ZrO2、Al2O3、V2O5等金屬氧化物納米材料[45-46]均具有良好的生物相容性，是生物材料固定的潛在媒介，這些納米粒子可與蛋白質(zhì)的某些基團(tuán)定向結(jié)合，使生物分子在其表面定向排列、取向規(guī)則，提高了固定生物材料的活性. 同時(shí)它們在蛋白質(zhì)的分離純化中也發(fā)揮了極其重要的作用.

HSIEH等[47]將TiO2納米材料分散在聚乙二醇體系中，并連接到毛細(xì)管內(nèi)壁，用于分離血管緊張素類型的寡肽，平均柱效為3.1×104塔板/m，證實(shí)了TiO2納米材料在蛋白質(zhì)毛細(xì)管電泳中的突出應(yīng)用. XU等[48]在磁性Fe2O3表面偶聯(lián)多巴胺分子，用于對(duì)6×His標(biāo)簽蛋白的分離純化，這種磁性納米顆粒具有高度的專一性，并可回收再利用(見圖2). ZOU等[49]以FeCl3為載體，采用一步水熱法制備了Fe3O4/Cys復(fù)合材料，然后在其表面吸附了Ni2+得到Fe3O4/Cys-Ni2+生物材料，并用其進(jìn)行His-tagged蛋白的分離，經(jīng)檢測對(duì)His-tagged蛋白的分離能力達(dá)到53.2 mg·g-1.

(A)磁性納米微粒特異性吸附六組氨酸；(B)回收的磁性納米顆粒重復(fù)利用的電泳圖

1.4 金屬單質(zhì)納米材料

納米金、銀、銅等金屬單質(zhì)納米顆粒具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，可將生物分子強(qiáng)有力地固定在其表面制得生物傳感器或者其他器件[50-53]，并在蛋白質(zhì)的分離純化中也取得廣泛應(yīng)用[54-57]. 由于其具有表面效應(yīng)及量子尺寸效應(yīng)，通過靜電吸附或巰基修飾位點(diǎn)進(jìn)行共價(jià)耦合，金納米棒表面容易被抗體、寡核苷酸、生物素、蛋白A、外源凝集素、酶等關(guān)鍵探針分子功能化，這種生物分子納米粒子雜化體系對(duì)于生物傳感、靶向藥物及基因運(yùn)送、光熱治療以及生物材料成像而言都是基礎(chǔ)的構(gòu)建元[58].

YU等[55]在雙十二烷基二甲基溴化銨(DDAB)表面覆蓋了納米金顆粒，用于分離酸性和堿性蛋白質(zhì)，該方法操作簡單、分離效率高、重現(xiàn)性好(見圖3). 劉倩等[56]在前人基礎(chǔ)上用雙子表面活性劑保護(hù)的金納米顆粒作為毛細(xì)管電泳緩沖添加劑應(yīng)用于復(fù)雜樣品(血漿、血紅細(xì)胞和雞蛋清等)中蛋白質(zhì)的分離，納米金的加入能夠縮短分析時(shí)間，并能輔助提高分離效率，在蛋白質(zhì)分離中具有較好的應(yīng)用前景.

圖3 DDAB與金納米顆粒及蛋白質(zhì)結(jié)合示意圖Fig.3 Schematic diagram suggesting the reaction between DDAB, Au and protein

1.5 納米聚合物

納米聚合物具有許多不同于原子和分子，也不同于宏觀物品的性質(zhì)，在高科技領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，其應(yīng)用已滲透到化學(xué)、生物學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、機(jī)械學(xué)、功能材料科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域[59-62]. KLEINDIENST等[63]將單層氯甲基化聚苯乙烯納米材料(40～140 nm)永久吸附在毛細(xì)管內(nèi)壁上，用于分離蛋白質(zhì)或多肽. 在pH=3.1時(shí)，不利的吸附由于電荷的排斥作用被抑制，目標(biāo)蛋白分離效果明顯，最高分離效率達(dá)到400 000塔板/米. HUBER等[64]在上述基礎(chǔ)上用蟻酸或醋酸滴定氨的方式調(diào)節(jié)pH，使毛細(xì)管電泳能直接與電噴射離子化質(zhì)譜偶聯(lián)，用于分離β-乳球蛋白A、β-乳球蛋白B和α-乳白蛋白. 李永等[65]以陽極氧化鋁膜(AAO)為載體，以蛋白質(zhì)為印跡分子，合成了表面印跡納米線聚合物，解決了印跡蛋白難以洗脫的問題. 該聚合物對(duì)牛血紅蛋白(BSA)具有特異性結(jié)合能力，并且具有較高的吸附容量. 當(dāng)印跡納米線結(jié)合50%蛋白時(shí)，空白納米線僅結(jié)合6.8%的蛋白.

此外，甲殼素、殼聚糖等因其資源豐富、易表面修飾、生物相容性好等特點(diǎn)，近年來也廣泛應(yīng)用于BSA、甲殼素結(jié)合蛋白、凝聚素以及酶蛋白等[66]的分離純化.

1.6 納米復(fù)合材料

隨著納米技術(shù)的日益發(fā)展，單一的納米材料已不能滿足市場的需求，近年來很多學(xué)者致力于納米復(fù)合材料的合成與應(yīng)用. 磁性粒子在外界磁場存在下能定向運(yùn)動(dòng)，在生化分離中具有重要應(yīng)用. 朱晶晶等[67]將還原型谷胱甘肽(GSH)共價(jià)結(jié)合在異硫氰酸根末端磁性微粒表面，并以其為載體建立了GST融合蛋白純化體系. 結(jié)果表明10 mg磁性微?？蓾M足100 μL細(xì)胞裂解液體系中目標(biāo)蛋白的純化，對(duì)GST融合蛋白的平均純化量為516 μg. BAE等[68]在二氧化硅納米管表面修飾了金納米顆粒(Au-MSNT)，再以金納米顆粒為橋梁，將納米管表面的巰基與半胱氨酸中的巰基連接起來，從來實(shí)現(xiàn)分離半胱氨酸及含有半胱氨酸片段的其他蛋白.

2 展望

隨著人們對(duì)納米材料的不斷深入研究，將會(huì)有越來越多納米材料被生物功能化，用于蛋白質(zhì)的分離純化及其他生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，并最終成為蛋白質(zhì)分離、生物制藥、醫(yī)學(xué)檢測、醫(yī)學(xué)成像等方面的主力軍. 但目前的許多應(yīng)用研究還較為初步，僅局限于實(shí)驗(yàn)室，許多技術(shù)達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)還有一定的距離，還有許多問題需要解決和深入研究.

[1] BIENER M, BIENER J, WICHMANN A, et al. ALD functionalized nanoporous gold: thermal stability, mechanical properties, and catalytic activity [J]. Nano Lett, 2011, 11: 3085-3090.

[2] HSU S, TSENG H J, HUNG H S, et al. Antimicrobial activities and cellular responses to natural silicate clays and derivatives modified by cationic alkylamine salts [J]. ACS Appl Mater Inter, 2009, 1(11): 2556-2564.

[3] PANYAM J, LABHASETWAR V. Biodegradable nanoparticles for drug and gene delivery to cells and tissue [J]. Adv Drug Delivery Rev, 2012, 55(3): 329-347.

[4] BOTES M, CLOETE T E. The potential of nanofibers and nanobiocides in water purification [J]. Crit Rev Microbiol, 2010, 36(1): 68-81.

[5] PARK J J, LEE J G, KIM D Y, et al. Antibacterial and water purification activities of self-assembled Honeycomb structure of aerosol deposited titania film [J]. Environ Sci Technol, 2012, 46(22): 12510-12518.

[6] LOU X W, DENG D, LEE J Y, et al. Self supported formation of needlelike Co3O4nanotubes and their application as lithium ion battery electrodes [J]. Adv Mater, 2008, 20(2): 258-262.

[7] DARIUS J, MEYER F P, SABEL B A, et al. Influence of nanoparticles on the brain to serum distribution and the metabolism of valproic acid in mice [J]. J Pharm Pharmacol, 2000, 52(9): 1043-1047.

[8] MOTORIN Y, HELM M. tRNA stabilization by modified nucleotides [J]. Biochemistry, 2010, 49(24): 4934-4944.

[9] GODULA K, UMBEL M L, RABUKA D, et al. Control of the molecular orientation of membrane-anchored biomimetic glycopolymers [J]. J Am Chem Soc, 2009, 131(29): 10263-10268.

[10] CHRISTMAN K L, BROYER R M, SCHOPF E, et al. Protein nanopatterns by oxime bond formation [J]. Langmuir, 2011, 27(4): 1415-1418.

[11] KAY R, BARTON C, RATCLIFFE L, et al. Enrichment of low molecular weight serum proteins using acetonitrile precipitat ion form assspectrometry based proteomic analysis [J]. Rapid Commun Mass SP, 2008, 22: 3255-3260.

[12] DING T, XU J, LI J, et al. Determination of melamine residue in plant origin protein powders using high performance liquid chromatography-diode array detection and high performance liquid chromatography-electrospray ionization tandem mass spectrometry [J]. Chin J Chromatogr, 2008, 26(1): 6-9.

[13] MALTAS E, OZMEN M, VURAL H C, et al. Immobilization of albumin on magnetite nanoparticles [J]. Mater Lett, 2011, 65(23/24): 3499-3501.

[14] LAWRENCE J E, STEWARD G F. Purification of viruses by centrifugation [J]. Manual of Aquatic Viral Ecol ASLO, 2010, 17: 166-181.

[15] JANSON J C. Protein purification: Principles, high resolution methods, and applications [M]. 3rd ed. New York: Wiley, 2011: 281-300.

[16] LIN Yuchun, LIANG Mingren, LIN Yuchen, et al. Specifically and reversibly immobilizing proteins/enzymes to nitriolotriacetic-acid-modified mesoporous silicas through histidine yags for purification or catalysis [J]. Chem Eur J, 2011, 17(46): 13059-13067.

[17] QIN Weidong. Silica nanoparticles as pseudostationary phase for protein separation [J]. Electrophoresis, 2007, 28(17): 3017-3023.

[18] KATIYAR A, PINTO N G. Visualization of size selective protein separations on spherical mesoporous silicates[J]. Small, 2006, 2(5): 644-648.

[19] 鄒雪艷, 李賓杰, 李淑蓮, 等. SiO2納米微球表面改性與谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶分離[J]. 河南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2011, 41(4): 366-369.

[20] ZHANG Min, WU Yipan, FENG Xizeng, et al. Fabrication of mesoporous silica-coated CNTs and application in size-selective protein separation [J]. J Mater Chem, 2010, 20(28): 5835-5842.

[21] 鄒雪艷, 褚留杰, 董 爍, 等. 生物功能化納米 SiO2微球的構(gòu)建及其對(duì)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的捕獲分離[J]. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào), 2012, 33(5): 366-369.

[22] LI Binjie, ZOU Xueyan, ZHAO Yanbao, et al. Biofunctionalization of silica microspheres for protein separation [J]. Mat Sci Eng C, 2013, 33: 2595-2600.

[23] TREJDA M, TUEL A, KUJAWA J, et al. Niobium rich SBA-15 materials-preparation, characterisation and catalytic activity [J]. Micropor Mesopor Mat, 2008, 110(2/3): 271-278.

[24] MANYAR H G, GIANOTTI E, SAKAMOTO Y, et al. Active biocatalysts based on pepsin immobilized in mesoporous SBA-15 [J]. J Phys Chem C, 2008, 112(46): 18110-18116.

[25] YASUTAKA K, TAKATO Y, TAKASHI K, et al. Enhancement in adsorption and catalytic activity of enzymes immobilized on phosphorus-and calcium-modified MCM-41 [J]. J Phy Chem B, 2011, 115(34): 10335-10345.

[26] VINOBA M, BHAGIYALAKSHMI M, JEONG S K, et al. Capture and sequestration of CO2by human carbonic anhydrase covalently immobilized onto amine-functionalized SBA-15 [J]. J Phy Chem C, 2011, 115(41): 20209-20216.

[27] MAL N K, FUJIWARA M, TANAKA Y. Photocontrolled reversible release of guest molecules from coumarin-modified mesoporous silica [J]. Nature, 2003, 421(6921): 350-353.

[28] TOURNE-PETEILH C, LERNER D A, CHARNAY C, et al. The potential of ordered mesoporous silica for the storage of drugs: The example of a pentapeptide encapsulated in a MSU Tween 80 [J]. ChemPhysChem, 2003, 4(3): 281-286.

[29] POPAT A, LIU, Jian, HU Qiuhong, et al. Adsorption and release of biocides with mesoporous silica nanoparticles [J]. Nanoscale, 2012, 4(3): 970-975.

[30] MASCHMEYER T, REY F, SANKAR G, et al. Heterogeneous catalysts obtained by grafting metallocene complexes onto mesoporous silica [J]. Nature, 1995, 378(6553): 159-162.

[31] LU Anhui, LI Wencui, KIEFER A, et al. Fabrication of magnetically separable mesostructured silica with an open pore system [J]. J Am Chem Soc, 2004, 126(28): 8616-8617.

[32] RAIMONDO M, PEREZ G, SINIBALDI M, et al. Mesoporous M41S materials in capillary gas chromatography [J]. Chem Commun, 1997(15): 1343-1344.

[33] 雷 杰, 張魯雁, 丁聲頌, 等. 離子交換介孔分子篩DEAE-SBA-15的制備及其用于分離純化粉塵螨主要變應(yīng)原Derf2 [J]. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào), 2005, 26(05): 793-796.

[34] JENSEN K, WELDON J, GARCIA H, et al. Nanotube radio [J]. Nano Lett, 2007, 7(11): 3508-3511.

[35] GOMEZ J, ROMERO M, FERNANDEZ T. Immobilization ofβ-Glucosidase on carbon nanotubes [J]. Catal Lett, 2005, 101(3): 275-278.

[36] ROMAN T, DINO W, NAKANISHI H, et al. Amino acid adsorption on single-walled carbon nanotubes [J]. Eur Phys J D, 2006, 38(1): 117-120.

[37] KIM B, SIGMUND W M. Functionalized multiwall carbon nanotube/gold nanoparticle composites [J]. Langmuir, 2004, 20(19): 8239-8242.

[38] ZHAO Jin, BALLUENA P B. Effect of nanotube cap on the aromaticity of single-wall carbon nanotubes [J]. J Phys Chem C, 2008, 112(34): 13175-13180.

[39] CHAKRABARTI S, GONG Kuanping, DAI Liming. Structural evaluation along the nanotube length for super-long vertically aligned double-walled carbon nanotube arrays [J]. J Phys Chem C, 2008, 112(22): 8136-8139.

[40] CI L, SUHR J, PUSHPARAJ V, et al. Continuous carbon nanotube reinforced composites [J]. Nano Lett, 2008, 8(9): 2762-2766.

[41] DRDSSELHAUS M S. NT10: Recent advances in carbon nanotube science and applications [J]. ACS Nano, 2010, 4(8): 4344-4349.

[42] JIANG K, SCHADLER L S, SIEGEL R W, et al. Protein immobilization on carbon nanotubes via a two-step process of diimide-activated amidation [J]. J Mater Chem, 2003, 14(1): 37-39.

[43] MUBARAK N, YUSOF F, ALKHATIB M. The production of carbon nanotubes using two-stage chemical vapor deposition and their potential use in protein purification [J]. Chem Eng J, 2011, 168(1): 461-469.

[44] ZHANG Min, WU Yipan, FENG Xizeng, et al. Fabrication of mesoporous silica-coated CNTs and application in size-selective protein separation [J]. J Mater Chem, 2010, 126: 5835-5842.

[45] DYAL A, LOOS K, NOTO M, et al. Activity of candida rugosa lipase immobilized on Fe2O3magnetic nanoparticles [J]. J Am Chem Soc, 2003, 125(7): 1684-1685.

[46] LIU B H, CAO Y, CHEN D D, et al. Amperometric biosensor based on a nanoporous ZrO2matrix [J]. Anal Chim Acta, 2003, 478: 59-66.

[47] HSIEH Y L, CHEN T H, LIU C P, et al. Titanium dioxide nanoparticles coated column for capillary electrochromatographic separation of oligopeptides [J]. Electrophoresis, 2005, 26(21): 4089-4097.

[48] XU Chenjie, XU Keming, GU Hongwei, et al. Dopamine as a robust anchor to immobilize functional molecules on the iron oxide shell of magnetic nanoparticles [J]. J Am Chem Soc, 2004, 126(32): 9938-9939.

[49] ZOU Xueyan, LI Kun, ZHAO Yanbao, et al. Ferroferric oxide/L-cysteine magnetic nanospheres for capturing histidine-tagged proteins [J]. J Mater Chem B, 2013, 1: 5108-5113.

[50] 李群芳, 鄭麗敏, 婁方明, 等. 基于聚硫堇和納米銀固定酶的葡萄糖生物傳感器[J]. 分析試驗(yàn)室, 2010, 29(5): 102-105.

[51] CHEN Z, OU X, TANG F Q, et al. Effect of nanometer particles on the adsorbability and enzymatic activity of glucose oxidase [J]. Colloid Surface B: Biointerfaces, 1996, 7(3/4): 173-179.

[52] 任湘菱, 唐芳瓊. 納米銅顆粒-酶-復(fù)合功能敏感膜生物傳感器[J]. 催化學(xué)報(bào), 2000, 21(5): 455-458.

[53] CRUMBILISS A, PERINE S, STONEHUERNER J, et al. Colloidal gold as a biocompatible immobilization matrix suitable for the fabrication of enzyme electrodes by electrodeposition [J]. Biotechnol Bioeng, 1992, 40(4): 483-490.

[54] LIU Qian, GUO Manli, ZHOU Nie, et al. Spacer-mediated synthesis of size-controlled gold nanoparticles using geminis as ligands [J]. Langmuir, 2008, 24(5): 1595-1599.

[55] YU Chenju, SU Chinhlin, TSENG Weilung. Separation of acidic and basic proteins by nanoparticle-filled capillary electrophoresis [J]. Anal Chem, 2006, 78(23): 8004-8010.

[56] 劉 倩, 李燕清, 楊艷敏, 等. 雙子表面活性劑及其保護(hù)的納米金作為緩沖添加劑用于毛細(xì)管電泳蛋白質(zhì)分離[J]. 中國科學(xué)(B輯:化學(xué)), 2009, 39(10): 1251-1261.

[57] CHUN K Y, STROEVE P. Protein transport in nanoporous membranes modified with self-assembled monolayers of functionalized thiols [J]. Langmuir, 2002, 18(12): 4653-4658.

[58] 楊玉東, 徐菁華, 楊林梅, 等. 金納米棒表面修飾技術(shù)及其功能化的研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展, 2010, 29(03): 389-396.

[59] NA Na, HU Yuping, OUYANG J, et al. Use of polystyrene nanoparticles to enhance enantiomeric separation of propranolol by capillary electrophoresis with Hp-beta-CD as chiral selector [J]. Anal Chim Acta, 2004, 527(2): 139-147.

[60] ADACHI K, NODA N, NAKASHIGE M, et al. Affinity capillary electrophoresis with a DNA-nanoparticle conjugate as a new tool for genotyping [J]. J Chromatogr A, 2006, 1109(2): 127-131.

[61] 郭剛軍, 馬 林, 毛學(xué)圃, 等. 新型芳香胺-鄰醌聚合物的合成及其作為納米固定化酶載體的研究[J]. 化學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 60(03): 499-503.

[62] SONG J M, ASTHANA A, KIM D P. DNA mutation analysis based on capillary electrochromatography using colloidal poly (N-isopropylacrylamide) particles as pseudostationary phase [J]. Talanta, 2006, 68(3): 940-944.

[63] KLEINDIENST G, HUBER C G, GJERDE D T, et al. Capillary electrophoresis of peptides and proteins in fused silica capillaries coated with derivatized polystyrene nanoparticles [J]. Electrophoresis, 1998, 19(2): 262-269.

[64] HUBER C G, PREMSTALLER A, KLEINDIENST G. Evaluation of volatile eluents and electrolytes for high-performance liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry and capillary electrophoresis-electrospray ionization mass spectrometry of proteins: II. Capillary electrophoresis [J]. J Chromatogr A, 1999, 849(1): 175-189.

[65] 李 永, 楊黃浩, 莊峙廈, 等. 表面分子印跡聚合物納米線用于蛋白質(zhì)的特異性識(shí)別[J]. 高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 26(09): 1634-1636.

[66] 王者鵬, 陳淑鳳, 鄭白玉, 等. 麥胚凝集素的分離與純制[J]. 化學(xué)試劑, 1994(02): 119-120.

[67] 朱晶晶, 楊 柳, 楊 磊, 等. 基于谷胱甘肽-磁性微粒的GST融合蛋白純化體系的建立[J]. 生物工程學(xué)報(bào), 2009, 25: 1254-1256.

[68] BAE D R, LEE S J, HAN S W, et al. Au-doped magnetic silica nanotube for binding of cysteine-containing proteins [J]. Chem Mater, 2008, 20(12): 3809-3813.

[責(zé)任編輯：毛立群]

Applicationofnanometermaterialsinproteinseparation

ZOU Xueyan1*, DONG Shuo2, LI Binjie2, ZHAO Yanbao1

(1.KeyLaboratoryforSpecialFunctionMaterials,HenanUniversity,Kaifeng475004,Henan,China；
2.MedicalCollege,Henanuniversity,Kaifeng475004,Henan,China)

The technology of quantitative separation of proteins is of great importance to drug testing and pharmaceutical engineering, and it has become one of the hotspots in biochemical engineering and protein analysis. With many special properties different from those of bulk materials, nanometer materials have been widely applied in chemical industry, biology, medicine, space industry and so on, and they are considered to be the most promising materials in 21st century. This review mainly focuses on the application of nanometer materials in protein separation in the past decades, covering nonmetal oxide, nonmetal, metal oxide, metal, nanometer polymer, and nanoscale composites. The advantages and disadvantages of these nanometer materials and their application status are summarized. Besides, the application prospect of nanometer materials in protein immobilization and separation is proposed.

nanometer material; protein separation; application; review

2014-02-19.

河南省科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(14B150003)，國家自然科學(xué)基金(21271062).

鄒雪艷(1981-)，女，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)榧{米材料的制備及在生物分離方面的應(yīng)用.*

，E-mail: zouxy182838@163.com.

O 613

A

1008-1011(2014)05-0544-07

10.14002/j.hxya.2014.05.020