[发明专利]石墨烯基蛋白吸附海绵

说明书

技术领域

本发明涉及蛋白质化学和生物化学领域，具体的，本发明描述了用于蛋白质分离、吸附、纯化领域的海绵材料。

背景技术

一般来说，分离纯化某一蛋白质首先要将蛋白质从原来的组织中释放出来，将杂质吸附去除，再根据需求采用适当的办法分离纯化。因为生物体液环境的复杂性很高，在实际工作中，很难用单一的方法实现蛋白质的分离纯化，往往要综合几种方法才能提纯出一种蛋白质，因此，蛋白质生物大分子的纯化分离过程十分繁琐，耗时很长。由于蛋白质纯化体系操作时间长，大规模纯化所需纯化系统体积巨大，工作条件不易控制，蛋白质经常失去活性；而且当前蛋白质分离纯化成本偏高，致使蛋白药物价格居高不下。因此，蛋白分离纯化技术成了蛋白质等多种生物药物的生产瓶颈；开发新型高效的蛋白质纯化方案成为当务之急。

目前，在医药品制造工序等工艺中，对蛋白质等有价值物质的吸附回收或者对杂质的吸附去除等操作是通过将被处理液通入多孔性凝胶颗粒作为吸附体来进行的。此类凝胶颗粒内部具有很多细孔，通过细孔增加比较面积，从来确保蛋白质的吸附容量。将在培养皿中的含有目的蛋白质和杂质的粗原料填充入上述多孔凝胶颗粒柱中，液体通过细孔时，通过细孔表面具有蛋白吸附能力的官能团来吸附目标蛋白，分离杂质。

但是，通常来讲凝胶颗粒阻力大，若粗原料液注入速度过快，凝胶颗粒的吸附无法完全进行，造成吸附容量的大幅降低。所以只能是原料液慢慢流动，而速度慢的后果直接导致整个实验过程耗时很长，难以满足工业生产需求。另外，凝胶颗粒其内部为多孔网状结构。一定型号的凝胶网孔大小一定，只允许相应大小的分子进入凝胶颗粒内部，大分子则被排阻在外。洗脱时，大分子随洗脱液从颗粒间隙流下来，洗脱液体积小，小分子则在颗粒网状结构中穿来穿去，历程长，后洗脱下来，洗脱体积大。即目前常规用的蛋白分离纯化载体单位质量的负载率较低，整个装置体积庞大，分离纯化时间长，而生物分子对温度等环境因素比较敏感，极易造成分离纯化过程中的蛋白分子变性。

石墨烯是由单层碳原子形成的二维平面型纳米材料，易于进行各种功能化，目前已经广泛应用于生物化学领域。本项目研究团队的前期研究结果发现：通过将石墨烯与多种金属或非金属纳米粒子（如金、铂、银、钯、金属氧化物、半导体纳米晶等）复合制作成水溶性的纳米复合物/杂化体，这种复合物/杂化体具有很高的疏水性及黏着性，可以像“万能胶水”一样快速、大量的吸附蛋白质，同时也表现了很好的水溶性和稳定性。同时，石墨烯比表面积大，可以大大减小分离装置的体积。但是由于操作上并未得到质的改善，操作方案依旧复杂。尤其是石墨烯载体在填充色谱柱之后，由于石墨烯的片层结构，容易造成层析柱堵塞。通过研究前期工作中所取得的结果和充实的文献资料的调研，发明人认为，通过合理修饰，完全可以设计一种全新的石墨烯海绵离子交换树脂，解决目前凝胶颗粒吸附量低、历程长的问题；为蛋白分离纯化开辟另一条道路。

因此本发明提出石墨烯海绵状载体的设计思路以及制造方法。

发明内容

本发明的目的在于石墨烯基海绵状蛋白吸附载体的设计制备，并将其应用于层析柱，请参考说明书附图1。本发明基于化学修饰的原理，在石墨烯或者氧化石墨烯基地上修饰离子交换官能团，构建石墨烯基蛋白吸附海绵。

即，本发明如下：

本发明的目的在于提供一种新型石墨烯基蛋白吸附海绵，该材料为三维海绵形态，可直接用于工业蛋白层析整体柱，改善目前层析柱出现的堵塞过滤网眼的问题。

所述的石墨烯基蛋白吸附海绵，具体以氧化石墨烯为载体；氧化石墨烯技术指标如下：单颗载体的尺寸为10纳米-100微米，片层厚度0.8 nm；含氧量> 30%。

上述所述的石墨烯基蛋白吸附海绵，其特征在于：需要对氧化石墨烯基地进行离子化修饰，该修饰过程可以在制备海绵之前，或制备海绵之后进行。修饰基团的种类分为强酸型(-SO3H)、弱酸型(-COOH)、强碱型(-NR3)、弱碱型(-NRH2, NR2H)等。

上述所述的石墨烯蛋白吸附海绵，所述石墨烯与离子官能团的结合方式可以为复合物，亦可以为杂化物。

上述所述的石墨烯蛋白吸附海绵，其制备方法包含以下步骤：