本文選題：微流控技術 + 蛋白質分離��； 參考：《東華大學》2016年博士論文

【摘要】：在后基因組時代,蛋白質組學成為了生命科學的中心任務之一,而蛋白質分離則是蛋白質組學的基礎。但傳統(tǒng)的蛋白質分離技術不能滿足當前高效高通量的蛋白質分離需求,因此需要發(fā)展一種新型的蛋白質分離技術。微流控技術具有集成化、微型化及自動化特點,若能將微流控技術應用于蛋白質分離,則有望實現(xiàn)蛋白質的高效高通量分離。目前過渡金屬親和色譜已廣泛應用于多種蛋白質的分離,而將其與微流控技術相結合的研究也逐漸引起了廣泛的關注。本文以構筑微納結構的過渡金屬化合物為主要研究對象,以調控其微觀形貌為主要手段,將其與微流控技術相結合,深入研究微觀形貌對于其蛋白質分離性能的影響,對其在高豐度蛋白分離及低豐度肽段富集等多個方面的應用進行了研究。利用微流體濕化學法在微通道內表面上構筑得到NiO陣列,通過調控反應液濃度構筑得到三種形貌的NiO陣列,并設計構建微流控器件。研究了p H和離子強度對器件的蛋白質吸附性能的影響,發(fā)現(xiàn)基于片狀NiO陣列的微流控器件對牛血清蛋白(BSA)和牛血紅蛋白(BHb)表現(xiàn)出最佳的吸附性能,當停留時間為120 s時,可分別對兩種蛋白(0.5 mg mL-1)進行完全吸附;該微流控器件可在特定的pH和NaCl濃度下對混合蛋白質樣品中的BHb進行選擇性分離,并成功應用于人體血樣中人血紅蛋白(hhb)的分離。通過流體化學法在封閉微空間內部構筑得到了超長菱形zn(oh)f納米棒陣列,其陣列長度達到了60μm,并構建得到微流控器件。研究了ph和離子強度對器件的蛋白質吸附性能的影響,發(fā)現(xiàn)器件可在一定的離子強度下表現(xiàn)出最佳吸附性能,其分別可在停留時間為14min和80s時完成對溶菌酶(lyz)和bhb(0.5mgml-1)的吸附,吸附量分別達到了3700和63094gm-3,與片狀nio陣列相比提升了近10倍。該器件對lyz和bhb皆體現(xiàn)出了選擇性吸附特性,并成功應用于蛋清中l(wèi)yz以及人體血樣中hhb的分離。在zn(oh)f陣列的基礎上,研究了反應物中zn與f的混合摩爾比及氟源的不同對zno/zn(oh)f陣列的微觀形貌的影響,構筑得到了納米纖維狀及三維網絡結構狀zno/zn(oh)f,并構建得到微流控器件。研究了微納結構形貌對器件的光催化性能和蛋白質吸附性能的影響,發(fā)現(xiàn)基于納米纖維狀zno/zn(oh)f的微流控器件具有突出的光催化性能,其可在停留時間為50s時,將亞甲基藍溶液(5ppm)完全降解,并對bhb(0.5mgml-1)進行全吸附。研究并驗證了光催化特性應用于分離材料自身快速再生的可行性,當置于紫外光下照射50min時,器件即可恢復其蛋白質吸附性能。相較于pbs過夜浸泡的方法,光催化處理顯著提升了器件的循環(huán)使用性能。當循環(huán)使用10次時,基于zno/zn(oh)f陣列的微流控器件仍可在停留時間為60s時吸附90%以上的bhb(0.5mgml-1),體現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)使用性能。通過在原有三維ZnO/Zn(OH)F網絡結構的基礎上,進行Ni(OH)2的功能化修飾,通過調節(jié)反應液濃度及反應時間,成功構筑得到了三維Ni(OH)2網絡結構,并構建得到微流控器件。該微流控器件表現(xiàn)出了突出的蛋白質吸附分離性能,可在25 s內對BHb(0.5 mg mL-1)進行完全吸附,其吸附容量達到了114450 g m-3,較ZnO/Zn(OH)F提升了30%。在循環(huán)使用10次時,該器件仍可在停留時間為25 s時,對90%的BHb(0.5 mg mL-1)進行全吸附,并可對100倍稀釋的人體血樣中HHb進行選擇性分離。采用蒸發(fā)誘導自組裝法和溶膠-凝膠法在玻片上制備得到了Ti O2-ZrO2反蛋白石結構薄膜,該薄膜具有比表面積大的特點,且其所含的TiO2與ZrO2成分在薄膜中均一分布。后設計構建了基于此薄膜的微流控器件,由于其結合了單多磷酸化肽富集材料的富集特性,研究表明其可在停留時間為30 s內完成對磷酸化肽的全富集。并且發(fā)現(xiàn)微流控器件的磷酸化肽富集特性取決于反蛋白石結構薄膜的微觀結構,相較于其他兩種薄膜,Ti O2-ZrO2-270表現(xiàn)出了較好的富集性能。
[Abstract]:In the post genomic era, proteomics has become one of the central tasks of life science, while the protein separation is based proteomics. But traditional protein separation techniques can not meet the current efficient high-throughput protein separation, protein separation technology, so it is necessary to develop a new type of microfluidic technology is integrated. Miniaturization and automation features, if the microfluidic technology applied to protein separation, is expected to achieve efficient high-throughput protein separation. The transition metal affinity chromatography has been widely used in a variety of proteins, and the study of combination with microfluidic technology has gradually aroused widespread concern. In this paper, in order to construct the transition the micro nano structure metal compounds as the main object of study, in order to control the morphology as the main method, combined with the microfluidic technology, in-depth research of micro The morphology of impact on the protein separation performance, the application in high abundance protein separation and enrichment of low abundance peptides and other aspects are studied. By using the micro fluid wet chemical method in the micro channel are constructed on the surface of the NiO array, by adjusting the reaction liquid concentration to build NiO array three kinds of morphologies. The design and construction of microfluidic devices. Effects of protein adsorption properties of P H and ionic strength on the device, found a microfluidic device for bovine serum albumin chip based on NiO array (BSA) and bovine hemoglobin (BHb) showed the best adsorption properties, when the residence time of 120 s, respectively in the two protein (0.5 mg mL-1) to complete the adsorption; microfluidic device for selective separation of protein mixture in BHb in particular pH and NaCl concentration, and successfully applied to human blood in human blood red protein (hHB) of the From. Through the fluid chemical method in a closed space within the building has been long micro diamond Zn (OH) f nanorod array, the array length reached 60 m, and the microfluidic device. The effects of protein adsorption properties of pH and ionic strength on the device, found that the device can exhibit the best adsorption performance in the ionic strength is certain, which are available in the residence time was 14min and 80s of lysozyme (Lyz) and BHb (0.5mgml-1) adsorption, the adsorption capacity reached 3700 and 63094gm-3, and the chip NiO array is increased by nearly 10 times. Compared with the device of Lyz and BHb are reflected in selective adsorption characteristics the separation, and successfully applied to the egg white in the Lyz and hHB in human blood. In Zn (OH) based on the f array, were studied in Zn and f mixed molar ratio and different sources of fluoride on zno/zn (OH) affects the morphology of the f array, by build The nano fibrous and three-dimensional network structure of zno/zn (OH) f, and to construct the microfluidic device. The effects on device photocatalytic properties and protein adsorption properties of micro nano structure morphology, found that the nano fibrous zno/zn (OH) based on microfluidic device f with photocatalytic performance is outstanding, which can when the retention time is 50s, the methylene blue (5ppm) and the complete degradation of all BHb (0.5mgml-1) adsorption. Research and verify the feasibility of photocatalytic properties of materials applied to the separation of its rapid regeneration, when placed in 50min under ultraviolet irradiation, devices can restore its adsorption protein. Compared with PBS. Immersion method, photocatalytic treatment significantly improves the device recycling performance. When recycling 10 times, based on zno/zn (OH) microfluidic devices still f array when the retention time is 60s adsorption more than 90% BHb (0.5mgml-1 ), reflects the excellent cycle performance. The original 3D ZnO/Zn (OH) based F network structure, Ni (OH) functionalized 2, by adjusting the reaction concentration and reaction time, the successful construction of the three Ni (OH) 2 network structure, and construct microfluidic the microfluidic device. The device exhibits the separation performance of the protein adsorption can be prominent, within 25 s of BHb (0.5 mg mL-1) were completely adsorption, the adsorption capacity reached 114450 g M-3, compared with ZnO/Zn (OH) F promoted 30%. in recycling 10 times, the device is still in the residence time 25 s, 90% BHb (0.5 mg mL-1) for adsorption, and the 100 times diluted in human blood HHb selective separation. By evaporation induced self-assembly method and sol-gel method on glass slides were prepared by the Ti O2-ZrO2 inverse opal film, the film has a large surface area the The characteristics of TiO2 and ZrO2, and the content of its content in the films uniform. After design and construct the microfluidic device based on this film, combined with the characteristics of single and multi enrichment of phosphopeptide enrichment materials, research shows that it can stay in time for 30 s to complete the full enrichment of phosphopeptides. And found that the microstructure in inverse opal films phosphorylation peptide enrichment depends on microfluidic device characteristics, compared with the other two films, Ti O2-ZrO2-270 showed enrichment of good performance.

【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q503

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本文編號：1771271