接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球及其制备方法与应用，该接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球由纳米级Fe3O4磁球，包覆于Fe3O4磁球表面的聚多巴胺高分子中间层以及接枝于聚多巴胺高分子中间层上的精氨酸聚合物刷构成；精氨酸聚合物刷由聚合引入至聚多巴胺高分子中间层上的PAMA聚合物刷和接枝于PAMA聚合物刷上的精氨酸组成。本发明专利技术提供的接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球，以Fe3O4磁球作为内核，具有很好的磁响应性能；在Fe3O4磁球表面依次引入厚度可控的聚多巴胺高分子中间层和接枝有精氨酸的PAMA聚合物刷，磁性纳米球粒径均匀且分布较窄，对外加磁场能很好地响应，从而有利于磷酸化多肽的富集和分离，在研究生理行为蛋白磷酸化过程中具有十分重要的意义。

Magnetic nanoparticles coated with grafted arginine polymer and preparation method and application thereof

The invention discloses a magnetic nano ball of graft arginine polymer brush and its preparation method and application. The magnetic nano ball of the grafted arginine polymer brush is composed of a nanometer Fe3O4 magnetic ball, a poly dopamine intermediate layer coated on the surface of the Fe3O4 magnetic ball and the arginine polymerization on the middle layer of polyamamine polymer. The arginine polymer brush is composed of PAMA polymer brushes that are introduced into the middle layer of polydopamine polymer and arginine grafted onto the PAMA polymer brush. The magnetic nano ball of the grafted arginine polymer brush is provided with a Fe3O4 magnetic ball as the core, and has a good magnetic response performance; a PAMA polymer brush with a thickness controlled poly dopamine polymer and a arginine graft is introduced in turn on the surface of the Fe3O4 magnetic sphere, and the magnetic nanoparticles have a uniform size and narrow distribution. The addition of magnetic field can respond well to the enrichment and separation of phosphorylated peptides, which is of great significance in the study of the phosphorylation of physiological behavioral proteins.

【技术实现步骤摘要】
接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球及其制备方法与应用
本专利技术属于生物材料
，涉及接枝有富集磷酸化多肽的高分子刷的磁性纳米球及其制备方法与应用。
技术介绍
胍基基团表现出对磷酸化多肽很好的亲和性能，鉴于此，一系列带有胍基基团的新型材料被制备出来。如文献Guanidyl-functionalizedgrapheneasabifunctionaladsorbentforselectiveenrichmentofphosphopeptides(Chem.Commun.,2014,50,10963-10966)公开了一种富集磷酸化多肽的双功能吸附剂，是以石墨烯为基底材料，然后利用石墨烯上的-COOH基团引入-COCL基团，再引入-NH2，最后通过缩合反应引入胍基。这种材料表面的胍基是单分子层，对于磷酸化多肽的富集存在富集量小、不能磁分离的技术缺陷，且该材料制备过程复杂，不易于工业化生产。文献Facilesynthesisofguanidyl-functionalizedmagneticpolymermicrospheresfortunableandspecificcaptureofglobalphosphopeptidesoronlymultiphosphopeptides(ACSAppl.Mater.Interfaces2014,6,22743-22750)公开了一种基于胍基刷的磁性复合材料用于富集磷酸化多肽，先合成具有超顺磁性的四氧化三铁纳米球，然后表面包裹一层MPS高分子层，再在高分子层表面利用回流沉淀聚合方式接枝上PGMA(poly(glycidylmethacrylate),聚(甲基丙烯酸缩水甘油酯))的聚合物刷，并在聚合物刷上修饰-NH2，利用氨基接枝上胍基。这种材料的优点在于利用表面聚合物刷可以引入大量的胍基，从而有利于磷酸化多肽的富集；然而由于需要经过多次表面改性，使得四氧化三铁磁球表面高分子层过厚，降低了所制备材料整体的饱和磁化强度和磁含量，进而影响了所制备材料的磁分离性能；且由于采用回流沉淀聚合方式接枝聚合物刷，存在聚合效率不高，所用试剂不环保的缺点，不利于推广。文献Apoly(ethyleneglycol)-brushdecoratedmagneticpolymerforhighlyspecificenrichmentofphosphopeptides(Chem.Sci.,2012,3,2828-2838)公开了一种基于聚合物刷螯合Ti离子的磁性复合材料用于富集磷酸化多肽，先合成具有超顺磁性的四氧化三铁纳米球，然后在纳米球表面包裹一层SiO2，再在SiO2层上修饰上-NH2，引入引发剂2-溴异丁酰溴，然后通过ATRP(AtomTransferRadicalPolymerization，原子转移自由基聚合)方式接枝上PEG(Polyethyleneglycol，聚乙二醇)的聚合物刷，并在聚合物刷上螯合Ti离子。这种制备方法虽然可以制备出具有磁分离性能的磁性复合材料，并对磷酸化多肽具有较高的富集效率，但其存在需要很高的无氧要求从而使制备过程相对复杂；采用ATRP聚合方法，以低价态的金属盐作为催化剂，不仅易被氧化而且不易保存，且催化剂用量很大，且对环境有污染，不符合绿色发展方向；因此不利于上述制备磁性复合材料的方法在本领域内推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在针对上述现有技术中存在的问题，提供一种接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球，以提高对于磷酸化多肽的富集效率，并便于实现磁分离。本专利技术另一目的旨在提供一种反应条件温和、操作简单的制备方法，用于制备上述接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球。本专利技术再一目的旨在提供上述接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球在磷酸化多肽富集方面的应用。本专利技术提供的接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球，由纳米级Fe3O4磁球，包覆于Fe3O4磁球表面的聚多巴胺层以及接枝于聚多巴胺层上的精氨酸聚合物刷构成；所述精氨酸聚合物刷由聚合引入至聚多巴胺层上的PAMA聚合物刷和接枝于PAMA聚合物刷上的精氨酸组成。上述接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球，呈现完整的球形，粒径均匀且分布较窄，平均粒径约为350nm～500nm，这种形状规整、尺寸均匀的纳米球比较适合用于蛋白多肽的富集与分离应用。该磁性纳米球以超顺磁性四氧化三铁(Fe3O4磁球)作为内核，使得接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球整体饱和磁化强度达到40-60emug-1,具有较高的磁含量和磁饱和磁化强度，从而对外加磁场具有很好的磁响应性能。包裹在Fe3O4磁球表面的聚多巴胺层作为过渡层，不仅可以实现对磁性纳米球厚度的调控，而且聚多巴胺上具有丰富的羟基，可以便于通过引发剂引发带有氨基的单体AMA(2-氨基丙烯酸甲酯盐酸盐)聚合形成聚合物刷。精氨酸可以通过PAMA聚合物刷上的氨基接枝到磁性纳米球的表面；精氨酸上带有对磷酸化多肽具有富集作用的胍基，此外精氨酸上还带有对磷酸化多肽具有亲和作用的氨基，所以引入精氨酸一个分子相当于引入了两种亲和位点。因此接枝有精氨酸的聚合物刷带有大量的胍基和氨基基团，具有很高的磷酸化多肽富集效率，尤其是在检测灵敏度上，可以达到10-11M检测限；同时精氨酸由于是小分子，空间位阻小，利于引入，也利于后面磷酸化多肽的富集，而且价格便宜易得；此外，精氨酸作为一种氨基酸，比一般化合物生物毒性小，有利于生物医学方面的应用。本专利技术进一步提供了一种接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球的制备方法，主要通过多巴胺自聚合和ARGET-ATRP(电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合)方法结合来得到接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球，具体步骤如下：(1)制备Fe3O4/Polymer纳米球向含有多巴胺的Tris缓冲液中加入纳米级Fe3O4磁球，之后于有氧条件下搅拌反应至少2h，得到第一反应液，对第一反应液进行磁分离并收集分离出的固体产物，再对固体产物洗涤得到聚多巴胺层包覆的Fe3O4磁球，即Fe3O4/Polymer纳米球；所述多巴胺与纳米级Fe3O4磁球的质量比为：1：(1.2～12)；(2)制备Fe3O4/Polymer-Br纳米球将Fe3O4/Polymer纳米球均匀分散到DMF中得到Fe3O4/Polymer纳米球悬浮液；在氮气环境、搅拌条件下，向Fe3O4/Polymer纳米球悬浮液中滴入三乙胺得到第一混合液，之后在冰浴条件和搅拌下向第一混合液中滴入2-溴异丁酰溴，滴加完毕后继续在冰浴条件下反应0.5～2h，之后撤去冰浴，再搅拌反应至少6h，得到第二反应液；对第二反应液进行磁分离并收集分离出的固体产物，再对固体产物洗涤得到聚多巴胺层表面引入引发剂的Fe3O4/Polymer纳米球，即Fe3O4/Polymer-Br纳米球；Fe3O4/Polymer纳米球悬浮液中，每100mgFe3O4/Polymer纳米球至少需要添加1mL三乙胺；所述2-溴异丁酰溴与三乙胺的体积比为1：(1.11～1.25)；(3)制备Fe3O4/Polymer/PAMA纳米球将Fe3O4/Polymer-Br纳米球均匀分散到溶剂A中得到Fe3O4/Polymer-Br纳米球悬浮液；在氮气环境下、搅拌条件下，向Fe3O4/Polymer-Br纳米球悬浮液中依次加入催本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球，其特征在于由纳米级Fe3O4磁球，包覆于Fe3O4磁球表面的聚多巴胺层以及接枝于聚多巴胺层上的精氨酸聚合物刷构成；所述精氨酸聚合物刷由聚合引入至聚多巴胺层上的PAMA聚合物刷和接枝于PAMA聚合物刷上的精氨酸组成。

【技术特征摘要】
1.接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球，其特征在于由纳米级Fe3O4磁球，包覆于Fe3O4磁球表面的聚多巴胺层以及接枝于聚多巴胺层上的精氨酸聚合物刷构成；所述精氨酸聚合物刷由聚合引入至聚多巴胺层上的PAMA聚合物刷和接枝于PAMA聚合物刷上的精氨酸组成。2.根据权利要求1所述接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球，其特征在于所述纳米球平均粒径为350nm～500nm。3.权利要求1或2所述接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球的制备方法，其特征在于步骤如下：(1)制备Fe3O4/Polymer纳米球向含有多巴胺的Tris缓冲液中加入纳米级Fe3O4磁球，之后于有氧条件下搅拌反应至少2h，得到第一反应液，对第一反应液进行磁分离并收集分离出的固体产物，再对固体产物洗涤得到聚多巴胺层包覆的Fe3O4磁球，即Fe3O4/Polymer纳米球；所述多巴胺与纳米级Fe3O4磁球的质量比为1：(1.2～12)；(2)制备Fe3O4/Polymer-Br纳米球将Fe3O4/Polymer纳米球均匀分散到DMF中得到Fe3O4/Polymer纳米球悬浮液；在氮气环境、搅拌条件下，向Fe3O4/Polymer纳米球悬浮液中滴入三乙胺得到第一混合液，之后在冰浴条件和搅拌下向第一混合液中滴入2-溴异丁酰溴，滴加完毕后继续在冰浴条件下反应0.5～2h，之后撤去冰浴，再搅拌反应至少6h，得到第二反应液；对第二反应液进行磁分离并收集分离出的固体产物，再对固体产物洗涤得到聚多巴胺层表面引入引发剂的Fe3O4/Polymer纳米球，即Fe3O4/Polymer-Br纳米球；Fe3O4/Polymer纳米球悬浮液中，每100mgFe3O4/Polymer纳米球至少需要添加1mL三乙胺；所述2-溴异丁酰溴与三乙胺的体积比为1：(1.11～1.25)；(3)制备Fe3O4/Polymer/PAMA纳米球将Fe3O4/Polymer-Br纳米球均匀分散到溶剂A中得到Fe3O4/Polymer-Br纳米球悬浮液；在氮气环境、搅拌条件下，向Fe3O4/Polymer-Br纳米球悬浮液中依次加入催化剂和配合物的溶剂A溶液及单体AMA的溶剂A溶液，得到第二混合液，再向所得第二混合液中滴入还原剂的溶剂A溶液，然后搅拌反应至少2h，得到第三反应液；对第三反应液进行磁分离并收集分离出的固体产物，再对固体产物洗涤得到接枝有PAMA聚合物刷的Fe3O4/Polymer纳米球，即Fe3O4/Polymer/PAMA纳米球；所述Fe3O4/Polymer-Br纳米球、催化剂与单体AMA的质量比为3：(0.23～0.38)：(5～50)，所述催化剂与配合物的摩尔比为1:(5～10)，所述还原剂与Fe3O4/Polymer-Br纳米球的质量比为(1～2)：3；(4)制备接枝有精氨酸聚合物刷的磁性纳米球将精氨酸溶解于去离子水中，得到精氨酸水溶液；在搅拌条件下向DMF加入精氨酸水溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝芳，罗斌，吴尧，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51