一种吸附和光控解吸附蛋白质的功能有机硅树脂及其制备方法技术

本发明专利技术属于功能性高分子材料和生物技术领域，具体涉及一种吸附和光控解吸附蛋白质的功能有机硅树脂及其制备方法。本发明专利技术在有机硅树脂中引入季铵基团和光敏性香豆素基团，通过静电作用将等电点小于7.4的蛋白质分子吸附于功能有机硅树脂表面，在410nm光源照射后香豆素光敏基团解离，有机硅树脂表面电荷性质反转，蛋白质分子为解吸附状态。本发明专利技术的功能有机硅树脂制备方法合成工艺简单，反应条件温和，操作性强，得到的功能有机硅树脂具有良好的生物相容性、光响应性和光控解吸附蛋白质分子能力，通过调节光照位置和光照时间可精准调控蛋白质分子的解吸附行为，具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种吸附和光控解吸附蛋白质的功能有机硅树脂及其制备方法
本专利技术涉及一种能够吸附和光控解吸附蛋白质的功能有机硅树脂及其制备方法，属于功能性高分子材料和生物

技术介绍
生物大分子的固定和释放技术在分离和纯化生物分子、抗体和抗原分子筛选以及蛋白质芯片等领域具有十分重要的应用价值。生物大分子结构复杂，易发生性质变化，容易丧失生物活性，因此设计和制备合适的载体材料是该领域的重要挑战之一。以Si-O-Si为主链结构，硅原子连接有机基团的有机硅材料具有优异的耐高低温性能、耐候耐老化性能和生理惰性，是生物高分子的良好载体。同时，有机硅材料具有较强的可设计性，能够得到不同结构和性能的功能化有机硅材料。目前，利用有机硅材料固定和分离蛋白质分子技术途径之一是基于材料表面的活性基团，如胺基和羧基，通过化学反应固定蛋白质分子(Adv.Mater.(2010)22,1242-1246；Angew.Chem.Int.Ed.Engl.(2008)47,3192–3195；Phys.Chem.Chem.Phys.(2011)13,4051–4059；Adv.Mater.(2011)23,3907–3910)，上述有机硅材料结构中选用邻硝基苄基作为光致断裂基团，通过光照释放固定的蛋白质分子，产生的毒副产物易导致蛋白质分子结构破坏，使其失去生物活性，这种技术过程复杂、固定效率低。利用生物分子的带电性实现吸附和解吸附是固定和分离蛋白质分子的另一个技术途径，如利用含光敏基团的聚乙烯基吡咯烷酮水凝胶，通过紫外光照射调控蛋白质的吸附和解吸附(Adv.Funct.Mater.(2017)27,1–9)；以聚丙烯酰胺水凝胶(Biomacromolecules(2013)14,1587–1593；Langmuir(2019)35,1450–1457)为吸附材料，在光照条件下对吸附于水凝胶表面的生物大分子实现控制释放。但是，水凝胶是一种微交联的含水高分子溶胀体系，水凝胶的物理性状随环境条件变化大，不适合做固相吸附材料。此外，CN106700080A公开了一种含有羧酸甜菜碱类两性离子前体的改性硅油及其制备方法和有机硅材料。其中，改性硅油的结构式如式Ⅰ所示(0<x≤800)，该改性硅油经交联成膜反应制备得到的有机硅材料具有良好抗蛋白质非特异性吸附特性和耐水性。该有机硅材料没有选择性吸附蛋白质分子和光响应解吸附蛋白质分子的功能。US8568594B2公开了肽和蛋白质的分离方法以及用于执行液相色谱的制品、装置、方法和设备，具有一个或多个五氟苯基基团的色谱吸附剂，其中所述一个或多个五氟苯基基团是选自二氧化硅、有机聚合物或杂化有机硅烷材料的吸附剂上的键合相，并且所述五氟苯基基团为单齿、双齿和三齿形式。该专利技术以无机二氧化硅、碳系有机聚合物或杂化有机硅烷为固定相，以五氟苯基为吸附功能基团，利用液相色谱技术实现蛋白质的分离，该专利技术公开的固定相材料不具备光控解吸附蛋白质功能。目前，现有技术中很少涉及基于有机硅树脂的蛋白质分子的光控吸附和解吸附，为此，提出本专利技术。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂及其制备方法。本专利技术在有机硅树脂中引入季铵基团和光敏性香豆素基团，光照前将蛋白质分子吸附于有机硅树脂表面，光照后香豆素光敏基团解离，实现光控解吸附蛋白质分子。本专利技术中所述的吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂具有良好的光响应性和光控精确性，该树脂材料的表面电荷在410nm光照射下发生由正到负的变换。光照前，含季铵基团的功能有机硅树脂通过静电作用吸附蛋白质分子，光照后，香豆素基团解离，致使羧基暴露于材料表面，材料表面电荷性质反转，实现蛋白质分子的解吸附。术语说明：式Ⅰ化合物：功能有机硅树脂(Ⅰ)，结构式中，R1为甲基或乙基；R2为甲基或乙基；x为0、1；y为0、1或2；式Ⅱ化合物：7-N,N-二乙胺基-4-甲基香豆素(Ⅱ)；式Ⅲ化合物：7-N,N-二乙胺基-4-羟甲基香豆素(Ⅲ)；式Ⅳ化合物：7-N,N-二乙胺基-4-氯乙酸乙酯香豆素(Ⅳ)；式Ⅴ化合物：含胺基的硅氧烷(Ⅴ)，结构式中，R1为甲基或乙基；R2为甲基或乙基；x为0、1；y为0、1或2；式Ⅵ化合物：香豆素基硅氧烷(Ⅵ)，结构式中，R1为甲基或乙基；R2为甲基或乙基；x为0、1；y为0、1或2。。本说明书中，化合物编号与结构式编号完全一致，具有相同的指代关系，以化合物结构式为依据。室温：指25℃±5℃。本专利技术的技术方案如下：一种吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂，其分子结构通式如式Ⅰ所示：式Ⅰ中，R1为甲基或乙基，R2为甲基或乙基；x为0或1，y为0、1或2。根据本专利技术，优选的，式Ⅰ中，R1为甲基，R2为甲基或乙基；x为0或1，y为0、1或2。根据本专利技术，优选的，所述的吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂，其分子结构如下：x为0或1。根据本专利技术，优选的，所述的功能有机硅树脂能够有效吸附等电点小于7.4的蛋白质分子；优选的，所述的吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂的表面电荷在410nm光照射下发生由正到负的变换。根据本专利技术，上述吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂的制备方法，包括步骤如下：(1)式Ⅱ化合物经氧化反应得到中间体1，中间体1经还原反应得到式Ⅲ化合物；(2)式Ⅲ化合物与氯乙酰氯经过酰化反应得到式Ⅳ化合物；(3)式Ⅳ化合物与式Ⅴ化合物经取代反应，得到式Ⅵ化合物；(4)式Ⅵ化合物在碱性催化剂作用下，避光进行缩聚反应，得到式Ⅰ化合物，即为吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂；根据本专利技术，优选的，步骤(1)中将式Ⅱ化合物溶于1,4-二氧六环中，加入氧化剂二氧化硒，经氧化反应后，过滤、减压浓缩得到中间体1；将中间体1溶于甲醇中，在冰水浴下分批加入还原剂硼氢化钠，之后将反应体系升至室温，中间体1经还原反应，产物分离提纯得到式Ⅲ化合物；优选的，步骤(1)的制备条件符合如下中的一项或多项：A、所述的式Ⅱ化合物和二氧化硒的摩尔比为1:1.5～2；B、所述的式Ⅱ化合物和硼氢化钠的摩尔比为1:2；C、分离提纯过程为：向所得的反应液中加入0.1mol/L稀盐酸，用二氯甲烷萃取三次，将有机相依次用去离子水、饱和碳酸氢钠溶液和去离子水各洗涤三次，经无水硫酸镁干燥后，抽滤、蒸发溶剂浓缩后，柱层析提纯得到式Ⅲ化合物；进一步优选的，所述的柱层析提纯方法中，固定相为硅胶，洗脱剂为二氯甲烷和丙酮的混合溶剂，所述混合溶剂中二氯甲烷和丙酮体积比为5:1；D、氧化反应温度为105～115℃，氧化反应时间为20～30h。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中将步骤(1)得到的式Ⅲ化合物溶于四氢呋喃中，加入三乙胺，冰水浴下滴加氯乙酰氯，之后将反应体系升至室温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂，其特征在于，该功能有机硅树脂分子结构通式如式Ⅰ所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂，其特征在于，该功能有机硅树脂分子结构通式如式Ⅰ所示：



式Ⅰ中，R1为甲基或乙基，R2为甲基或乙基；x为0或1，y为0、1或2。


2.根据权利要求1所述的吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂，其特征在于，式Ⅰ中，R1为甲基，R2为甲基或乙基；x为0或1，y为0、1或2；
优选的，所述的吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂，其分子结构如下：



x为0或1。


3.根据权利要求1所述的吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂，其特征在于，所述的功能有机硅树脂能够有效吸附等电点小于7.4的蛋白质分子；
优选的，所述的吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂的表面电荷在410nm光照射下发生由正到负的变换。


4.权利要求1所述的吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂的制备方法，包括步骤如下：
(1)式Ⅱ化合物经氧化反应得到中间体1，中间体1经还原反应得到式Ⅲ化合物；



(2)式Ⅲ化合物与氯乙酰氯经过酰化反应得到式Ⅳ化合物；



(3)式Ⅳ化合物与式Ⅴ化合物经取代反应，得到式Ⅵ化合物；



(4)式Ⅵ化合物在碱性催化剂作用下，避光进行缩聚反应，得到式Ⅰ化合物，即为吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂；





5.根据权利要求4所述的吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将式Ⅱ化合物溶于1,4-二氧六环中，加入氧化剂二氧化硒，经氧化反应后，过滤、减压浓缩得到中间体1；将中间体1溶于甲醇中，在冰水浴下分批加入还原剂硼氢化钠，之后将反应体系升至室温，中间体1经还原反应，产物分离提纯得到式Ⅲ化合物；
优选的，步骤(1)的制备条件符合如下中的一项或多项：
A、所述的式Ⅱ化合物和二氧化硒的摩尔比为1:1.5～2；
B、所述的式Ⅱ化合物和硼氢化钠的摩尔比为1:2；
C、分离提纯过程为：向所得的反应液中加入0.1mol/L稀盐酸，用二氯甲烷萃取三次，将有机相依次用去离子水、饱和碳酸氢钠溶液和去离子水各洗涤三次，经无水硫酸镁干燥后，抽滤、蒸发溶剂浓缩后，柱层析提纯得到式Ⅲ化合物；进一步优选的，所述的柱层析提纯方法中，固定相为硅胶，洗脱剂为二氯甲烷和丙酮的混合溶剂，所述混合溶剂中二氯甲烷和丙酮体积比为5:1；
D、氧化反应温度为105～115℃，氧化反应时间为20～30h。


6.根据权利要求4所述的吸附和光控解吸附蛋白质分子的功能有机硅树脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中将步骤(1)得到的式Ⅲ化合物溶于四氢呋喃中，加入三乙胺，冰水浴下滴加氯乙酰氯，之后将反应体系升至室温反应，经酰化反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱庆增，张鑫，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37