[发明专利]一种磷酸功能化和Ti-IMAC碳材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及基于水热法制备一种磷酸功能化碳材料及其在磷酸化肽富集中的应用。具体制备过程是首先以葡萄糖为碳源、乙烯基磷酸为功能化单体，水作为单一溶剂，通过一步水热反应制备得到表面含有磷酸功能基团的碳材料。然后螯合了钛离子(Ti⁴⁺)，制备成一种固定钛金属离子亲和色谱功能化(Ti⁴⁺‑IMAC)的碳材料，并将其应用于复杂生物样品中的磷酸化肽富集。本发明所述的Ti⁴⁺‑IMAC碳材料对人血清中的内源性肽段具有良好的富集效果。

技术领域

本发明涉及一种基于水热法制备磷酸功能化碳材料及其在磷酸化肽富集中的应用。具体制备过程是首先以葡萄糖为碳源、乙烯基磷酸为功能化单体，水作为单一溶剂，通过一步水热反应制备得到磷酸功能化碳材料。然后螯合了钛离子(Ti⁴⁺)，制备成一种固定化钛金属离子亲和色谱(Ti⁴⁺-IMAC)功能化碳材料。该材料具有应用于复杂生物样品中的磷酸化肽富集的潜力。

背景技术

近年来，各种形态的碳材料广泛应用于催化、能量存储、水体净化、样品处理以及生物传感等领域，受到了人们越来越多的关注。尽管已经有多种方法可以用于制备碳材料，如高温碳化法、化学气相沉积法以及弧放电法等，但这些方法均需要严格的制备条件，而且所制备的碳材料需要后修饰引入功能基团才可以用于实际应用中。而水热碳化法(Hydrothermal carbonization，HTC)已经证明其可以将生物质转化为具有亲水性的功能化碳材料，并且制备方法简单，无需复杂的制备流程，所制备的球形碳材料具有良好的机械性能和化学稳定性，同时该方法只需要可再生生物质(葡萄糖、蔗糖、纤维素等)作为碳源，水为单一溶剂，少量的水溶性有机试剂作为功能单体，避免了有毒试剂、有机溶剂的使用。目前，通过HTC方法已经制备出多种功能化(羧酸、磺酸、氨基等)的碳材料。

蛋白质磷酸化作为重要的蛋白质翻译后修饰，在细胞代谢调节中具有重要的作用。异常的磷酸化修饰与一些疾病息息相关。目前，基于“鸟枪法”的蛋白质组学分析策略是磷酸化蛋白组学研究当中的主要方法。在这种方法中，蛋白质样品首先被酶解成肽段，然后经过对其中的磷酸化肽段富集后，再进行LC-MS/MS分离分析。由于磷酸化修饰的高度动态范围、磷酸化蛋白质的低丰度以及磷酸化肽段较差的离子化效果，因此，影响整个磷酸化蛋白质组学分析的准确度以及灵敏度的关键步骤就是磷酸化肽段的特异性富集过程。到目前为止，分离和富集磷酸化肽段最常用的是IMAC材料，也是富集效果最好的一种材料。该材料是通过带正电荷的金属离子与磷酸化肽段中磷酸基团的螯合作用和离子相互作用而特异性的分离和富集磷酸化肽段。但目前IMAC材料的制备过程过于繁琐，因此，设计和制备新型的IMAC材料仍然吸引着人们的目光。

发明内容

本发明首先以葡萄糖为碳源、乙烯基磷酸为功能化单体，水作为单一溶剂，通过水热反应得到一种磷酸功能化碳材料，然后与Ti⁴⁺进行螯合，最终得到一种对生物样品中磷酸化肽段具有良好富集能力的Ti⁴⁺-IMAC碳材料。

具体包括如下内容：

首先配制含有葡萄糖和乙烯基磷酸的水溶液，将混合溶液加入到水热反应釜中，加热得到磷酸功能化碳材料，然后将所得碳材料加入到含有硫酸钛的水溶液中，与Ti⁴⁺进行螯合，最终得到Ti⁴⁺-IMAC碳材料。

上述反应中葡萄糖的质量百分数为5～30％，乙烯基磷酸的的质量百分数为1～20％。

所述加热温度为160～240℃，反应时间为6～48小时。

所述的含有Ti⁴⁺的溶液为硫酸钛水溶液，浓度100mg/mL，碳材料与硫酸钛的质量比为1:100。

所述碳材料通过水热法直接制备，功能基团为磷酸功能基团，其结构示意式如下：

所述磷酸功能化碳材料优点在于：