超顺磁四氧化三铁纳米颗粒的制备、功能化以及在蛋白质分离方面的应用

作     者：高凡 

作者单位：中国海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹立新

授予年度：2014年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070205[理学-凝聚态物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：超顺磁 Fe3O4纳米颗粒 制备 功能化 蛋白质分离 

摘      要：超顺磁氧化铁纳米颗粒（包括磁铁矿（Fe3O4）和磁赤铁矿（γ-Fe2O3））在生物医学、临床诊断、磁流体、催化剂、数据存储和环境治理等领域有潜在的应用价值，该类材料的制备和功能化已经成为科学研究的一个热点。在各种合成方法中，高温热分解有机前躯体法制备高质量的单分散氧化铁纳米颗粒方面具有显著的优越性。本文通过改进的高温热分解有机前躯体方法制备了单分散的Fe3O4纳米颗粒，产品具有均一的尺寸和形貌。利用多巴胺进行表面修饰制备水溶性Fe3O4纳米颗粒，并实现其在蛋白质分离方面的应用。具体的研究内容如下： （1）利用苯甲醇与乙酰丙酮铁反应“一锅法制备粒径均一、纯净度高的超顺磁Fe3O4纳米颗粒。制备的Fe3O4纳米颗粒在有机溶剂（DMSO）中具有非常好的单分散性和优异的磁学性能。此方法使用商用的有机铁前躯体，将苯甲醇同时用作反应溶剂和纳米颗粒表面配体，一锅反应即可完成，合成过程简单、绿色环保。 （2）利用多巴胺对Fe3O4纳米颗粒进行表面功能化，制备水溶性Fe3O4纳米颗粒（MNP-DA）。通过TEM、DLS以及水溶性和稳定性测试等手段对其进行表征，结果表明MNP-DA具有非常好的水溶液分散性和稳定性。MNP-DA纳米颗粒能够在水溶液中稳定存在80天以上而不发生明显的团聚。相比其他制备水溶性纳米颗粒的方法，此方法环保、安全、反应条件温和。更重要的是结合在纳米颗粒表面的多巴胺可以与带有氨基或巯基等基团的化合物快速、高效地反应，所以利用多巴胺的这种性质可以直接对MNP-DA纳米颗粒进行生物功能化和蛋白质分离。 （3）MNP-DA纳米颗粒在蛋白质富集与分离中的应用。在碱性条件下，MNP-DA纳米颗粒可以与蛋白质发生反应，从而将其与其他不带有氨基或巯基的分子分离开。为了证明MNP-DA纳米颗粒的这个功能，本文通过一种简单、环保的方法合成了BSA-Au荧光纳米晶，将其与荧光素钠溶液混合。当MNP-DA与BSA-Au和荧光素钠的混合液反应后，磁分离出纳米颗粒，原本为黄色荧光的溶液荧光颜色变为绿色。这说明BSA-Au已经被选择性地从混合溶液中分离出来。 （4）MNP-DA纳米颗粒功能化及在蛋白质可逆富集与分离中的应用。基于带有氨基或巯基基团的分子可以连接到MNP-DA的表面，可以对MNP-DA一步功能化。在MNP-DA表面修饰上Nα,Nα-二(羧甲基)-L-赖氨酸（NTA）制备功能性的MNP-NTA纳米颗粒，MNP-NTA与Ni2+形成的螯合物能特异性识别组氨酸标记的蛋白质，将MNP-NTA（Ni2+）与组氨酸标记的蛋白质溶液混合，可将组氨酸标记的蛋白质从溶液中分离出来，并且连接在颗粒表面的蛋白质可以用咪唑进行洗脱，从而实现蛋白质的可逆富集与分离。本文通过F-His-proteins溶液的荧光变化展现了整个过程。