基于乳糖的智能聚合物及其应用制造技术

本发明专利技术涉及基于乳糖的智能聚合物及应用。该基于乳糖的智能聚合物是由乳糖功能单体上的醛基通过席夫碱缩合反应接枝到多氨基类聚合物的主链上所得。所述多氨基类聚合物包括聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚天冬酰胺、聚酰胺、聚甲基丙烯酸氨基乙酯、聚酰胺‑胺或者聚甲基丙烯酸氨基丙酯中的一种或两种以上的混合。由乳糖聚合物制备成的聚合物薄膜材料，能够动态、可逆地响应唾液酸吸附与脱附，进而展现出在表面浸润性、硬度、粘滞力等材料学性质的大幅转变。这些材料学特性能够促进材料在唾液酸的识别与检测中的应用。进而，将基于乳糖的智能聚合物接枝到多孔无机基质上，得到色谱分离材料，能够分离具有不同糖链结构的糖肽，特别是唾液酸糖肽。

Lactose based intelligent polymers and their applications

The present invention relates to lactose based intelligent polymers and uses thereof. The lactose based intelligent polymer is obtained by grafting the aldehyde group on the lactose functional monomer through the Schiff base condensation reaction onto the backbone of the polyamine polymer. The number of amino polymers including polyacrylamide, polyethyleneimine, polyasparamide, polyamide, poly methyl methacrylate ethyl methacrylate, polyamide amine or poly one or more than two kinds of mixed amino propyl methacrylate. Polymer thin films prepared by polymer lactose, dynamic and reversible response of sialic acid adsorption and desorption, and then show a change in the properties of surface wettability, hardness, adhesion force and other materials. These material properties can promote the recognition and detection of sialic acid in materials. Furthermore, a lactose based intelligent polymer is grafted onto a porous inorganic matrix to obtain a chromatographic separation material capable of separating glycopeptides having different glycan structures, in particular sialic acid glycopeptides.

【技术实现步骤摘要】
基于乳糖的智能聚合物及其应用
本专利技术属于生物化学
，尤其涉及基于乳糖的智能聚合物及其应用。
技术介绍
蛋白质糖基化是一种非常重要的蛋白质翻译后修饰方式，真核细胞中约有一半的蛋白质发生过糖基化。蛋白质糖基化不仅赋予蛋白质特定的理化性质，更重要的是参与凝血、免疫、细胞生长、分泌和信号传导等关键的生理活动。因此，对糖蛋白的结构进行精确分析和解析非常重要。然而糖链非常复杂且具有微观不均一性，其分析和结构解析一直是糖生物学研究的瓶颈。而且糖肽丰度很低，极易受到高丰度非糖肽的干扰。[Ongay,S.；Boichenko,A.；Govorukhina,N.；Bischoff,R.J.Sep.Sci.2012,35,2341-2372.]目前主流的分析方法是将大的糖蛋白结构酶解成若干小的糖肽片段进行分析，在操作中，首先需要将糖肽与非糖肽进行分离，之后需要对具有不同糖链结构的糖肽进行分离。目前已有多种材料能够实现对糖肽的选择性富集，即满足前一个操作要求。然而对糖链结构精确区分和色谱分离仍然是一个巨大的难题。解决这一问题，可以极大地降低糖肽样品的复杂性，提高对目标糖肽链的富集能力，这对于内分泌疾病和癌症生物标记物的发现、鉴定、分析和应用至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于乳糖的智能聚合物及其应用。该智能聚合物修饰到不同的基质材料表面后对唾液酸具有显著的响应性，并且能够通过不同的溶剂梯度，分离含有不同糖链结构的糖肽，特别是唾液酸糖肽。本专利技术为解决上述技术问题所采用的方案为：基于乳糖的智能聚合物，其是由乳糖功能单体上的醛基通过席夫碱缩合反应接枝到多氨基类聚合物的主链上所得，所述乳糖功能单体的结构式如下：所述多氨基类聚合物包括聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚天冬酰胺、聚酰胺、聚甲基丙烯酸氨基乙酯、聚酰胺-胺或者聚甲基丙烯酸氨基丙酯中的一种或两种以上的混合。上述方案中，所述乳糖功能单体按如下过程进行制备：1)在反应容器内加入50-250mL的乙酸酐溶液中加入0.5-3ml的高氯酸，缓慢加入所需乳糖10-80g，搅拌后置于冰浴中，依次加入5-20g红磷，10-30mL溴，10-20mL水，之后室温搅拌反应2-6h，所得混合物过滤、干燥及洗涤，萃取液合并旋干后得到乳糖一号位羟基溴取代产物；2)在反应容器中加入上述产物10-40g，用三氯甲烷溶解，之后加入50-200mL饱和的碳酸钠溶液，加入0.5-10g四丁基碘化铵，1-10g对羟基苯甲醛，30-70摄氏度反应4-24h，之后去除水层，干燥后过滤得到的有机混合物用柱色谱层析法分离提纯之后得到一号位接有对羟基苯甲醛其它羟基被乙酰基保护的产物；3)于反应容器中加入1-10g上述产物，加入10-50mL甲醇，加入0.1-1g的甲醇钠，反应1-24h后，产物用柱色谱层析法分离纯化，最后得到所述乳糖功能单体。上述方案中，所述多氨基类聚合物为聚丙烯酰胺，该聚丙烯酰胺接枝乳糖的智能聚合物的合成方法如下：其中x:0.01～0.7。上述方案中，将上述基于乳糖的智能聚合物修饰到无机基质材料表面即得到所述基于乳糖的智能聚合物薄膜材料，所述无机基质材料包括半导体Si、金属或氧化物；所述金属为Au、Ag、Cu、Al或Pt；所述氧化物为CuO、Al2O3、Fe3O4、TiO2或SiO2。基于乳糖的智能聚合物薄膜材料在唾液酸识别中的应用。基于乳糖的智能聚合物色谱分离材料，将上述基于乳糖的智能聚合物修饰到多孔基质材料上即得到所述基于乳糖的智能聚合物色谱分离材料，所述多孔基质材料包括多孔半导体Si、多孔金属或多孔氧化物；所述多孔金属为Au、Ag、Cu、Al或Pt；所述多孔氧化物为CuO、Al2O3、Fe3O4、或SiO2，所述多孔基质材料的粒径是50nm-50μm，孔径分布范围为基于乳糖的智能聚合物色谱分离材料在色谱分离中的应用，其特征在于，在固相萃取模式下，将糖蛋白酶解物负载到由所述基于乳糖的智能聚合物色谱分离材料填充的固相萃取柱上，采用梯度淋洗液洗脱的方法，从高体积浓度的乙腈/水溶液逐渐转换到低体积浓度的乙腈/水溶液，可以分离得到含有不同糖链结构的糖肽。上述方案中，糖蛋白酶解物与基于乳糖的智能聚合物色谱分离材料的质量比为1:5-1:200。上述方案中，分离温度为10-60℃。上述方案中，所述高体积浓度的乙腈/水溶液中乙腈与水的体积比为90/10，所述低体积浓度的乙腈/水溶液中乙腈与水的体积比为10/90。上述方案中，基于乳糖的智能聚合物薄膜材料或智能聚合物色谱分离材料的制备方法如下：1)在反应容器中依次加入0.1-10g多氨基类聚合物，0.1g-10g的乳糖单体，同时加1-10mLH2O以及1-15mL甲醇作溶剂，20-60℃搅拌反应1-48小时。反应所得产物装于透析袋中用体积含量1-99％甲醇和水的混合溶液中透析1-7天，之后将透析袋中的溶液冷冻干燥后得白色固体为基于乳糖的智能聚合物；2)3-(三乙氧基硅烷)丙基异硫氰酸酯与基质材料中的一种或二种以上于甲苯中反应得到带有异硫氰酸基团的基质材料；3-(三乙氧基硅烷)丙基异硫氰酸酯与基质材料的用量的质量比例为1:5-1：300，于甲苯溶液中回流反应1-6小时。反应结束后，依次用甲醇、水洗涤3-(三乙氧基硅烷)丙基异硫氰酸酯修饰的基质材料，干燥后将得到的材料置于真空干燥器中备用。其中3-(三乙氧基硅烷)丙基异硫氰酸酯的合成步骤：在反应容器中加入5-30mL四氢呋喃，1-10mL的3-氨基丙基三乙氧基硅烷，滴入1-5mL的二硫化碳搅拌1-3小时，随后加入1-6g双氰胺和0.1-1mL的三乙胺，搅拌反应时间1-8小时，减压蒸馏得到3-异硫氰酸丙基-三甲氧基硅氧烷。3)将接有3-异硫氰酸基团的基质材料0.1-5g浸入含有上述基于乳糖的智能聚合物(0.1-10g)的水溶液10-50mL中；将反应温度控制在20-60℃静止反应2-24小时；反应结束后用甲醇、水依次洗涤聚合物接枝的基质材料，干燥后得到乳糖的智能聚合物材料，包括基于乳糖的智能聚合物薄膜材料或智能聚合物色谱分离材料，置于真空干燥器中备用。本专利技术的有益效果为：本专利技术开发了基于乳糖的智能聚合物薄膜材料，能够对唾液酸进行高选择性识别和检测，并更进一步专利技术了乳糖的智能聚合物色谱分离材料能够分离具有不同糖链结构的糖肽，特别是唾液酸糖肽，分离效率高。附图说明图1为乳糖功能单体对多种不同单糖的结合力示意图。图2为基于乳糖的智能聚合物薄膜材料的初始的表面形貌图(插图显示的是表面接触角)。图3为基于乳糖的智能聚合物薄膜材料浸泡过浓度为0.02mol·L-1的唾液酸溶液后的表面形貌图。图4为基于乳糖的智能聚合物薄膜材料的初始的杨氏模量图(其中插图显示的是模量分布的直方图)。图5为基于乳糖的智能聚合物薄膜材料浸泡过浓度为0.02mol·L-1的唾液酸溶液后的杨式模量图。图6为基于乳糖的智能聚合物色谱分离材料在固相萃取模式下，对胎球蛋白和牛血清蛋白(质量比为1:100)混合物的酶解产物进行富集后的MALDI-TOF质谱图。图7为基于乳糖的智能聚合物色谱分离材料在固相萃取模式下，对胎球蛋白和牛血清蛋白(质量比为1:300)混合物的酶解产物进行富集后的MALDI-TOF质谱图。图8为通过改变乙腈/水混合溶液的极性，分本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于乳糖的智能聚合物，其特征在于，其是由乳糖功能单体上的醛基通过席夫碱缩合反应接枝到多氨基类聚合物的主链上所得，所述乳糖功能单体的结构式如下：

【技术特征摘要】
1.基于乳糖的智能聚合物，其特征在于，其是由乳糖功能单体上的醛基通过席夫碱缩合反应接枝到多氨基类聚合物的主链上所得，所述乳糖功能单体的结构式如下：所述多氨基类聚合物包括聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚天冬酰胺、聚酰胺、聚甲基丙烯酸氨基乙酯、聚酰胺-胺或者聚甲基丙烯酸氨基丙酯中的一种或两种以上的混合。2.如权利要求1所述的基于乳糖的智能聚合物，其特征在于，所述乳糖功能单体按如下过程进行制备：1)在反应容器内加入50-250mL的乙酸酐溶液中加入0.5-3ml的高氯酸，缓慢加入所需乳糖10-80g，搅拌后置于冰浴中，依次加入5-20g红磷，10-30mL溴，10-20mL水，之后室温搅拌反应2-6h，所得混合物过滤、干燥及洗涤，萃取液合并旋干后得到乳糖一号位羟基溴取代产物；2)在反应容器中加入上述产物10-40g，用三氯甲烷溶解，之后加入50-200mL饱和的碳酸钠溶液，加入0.5-10g四丁基碘化铵，1-10g对羟基苯甲醛，30-70摄氏度反应4-24h，之后去除水层，干燥后过滤得到的有机混合物用柱色谱层析法分离提纯之后得到一号位接有对羟基苯甲醛其它羟基被乙酰基保护的产物；3)于反应容器中加入1-10g上述产物，加入10-50mL甲醇，加入0.1-1g的甲醇钠，反应1-24h后，产物用柱色谱层析法分离纯化，最后得到所述乳糖功能单体。3.如权利要求1所述的基于乳糖的智能聚合物，其特征在于，所述多氨基类聚合物为聚丙烯酰胺。4.基于乳糖的智能聚合物薄膜材料，其特征在于，将权利要求1或2或3所述的基于乳糖的智能...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙涛垒，卿光焱，熊雨婷，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42