磁性納米顆粒分離蛋白質(zhì)的研究進展

◎邱碧霞，許亞麗，翟穎紅，王俊偉，蘇宇杰

（1.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；

2.江蘇康德蛋業(yè)有限公司，江蘇 南通 226600）

磁性納米顆粒分離蛋白質(zhì)的研究進展

◎邱碧霞1，許亞麗1，翟穎紅1，王俊偉2，蘇宇杰1

（1.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；

2.江蘇康德蛋業(yè)有限公司，江蘇 南通 226600）

蛋白質(zhì)作為食品中的一種重要成分，其分離純化技術(shù)受到許多科研工作者的關(guān)注。近年來，磁性納米顆粒在蛋白質(zhì)分離技術(shù)中的應(yīng)用迅速發(fā)展，研究者們在磁顆粒表面上結(jié)合不同的基團，如螯合物、官能團、與模板蛋白對應(yīng)的聚合物結(jié)構(gòu)等，來實現(xiàn)對不同蛋白質(zhì)的特異性分離和純化。

磁性納米顆粒；蛋白質(zhì)分離；研究；進展

磁性納米顆粒（MNPs）是20世紀80年代出現(xiàn)的一種新型納米顆粒材料，具有優(yōu)良的超順磁性和較高的矯頑力，易在外加磁場的作用下從反應(yīng)介質(zhì)中分離出來，不需要離心、透析、過濾等操作，這使得磁性納米顆粒的應(yīng)用范圍越來越廣。

蛋白質(zhì)是食品與醫(yī)藥領(lǐng)域中具有巨大前景的生物大分子。隨著對蛋白功能特性與應(yīng)用潛力研究的深入，對原料體系中的蛋白進行快速高效分離提取也逐漸成為蛋白研究的熱點。但到目前為止，原料體系中蛋白的分離提取仍然以傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)純化方法為主，如鹽析、結(jié)晶、超濾、離子交換層析等，這些方法步驟繁多、操作復(fù)雜，且對環(huán)境污染較大。而磁性粒子用于蛋白質(zhì)分離純化的研究發(fā)展迅速，其對蛋白質(zhì)的分離具有高效、快速的優(yōu)勢。

1　磁性納米顆粒的分類

磁性納米顆粒為了應(yīng)用于與生命健康相關(guān)的蛋白質(zhì)分離過程中，必須具備化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性的特點，如果用于體內(nèi)實驗，則還需具有生物可降解性等特點。磁性納米顆粒主要有3種類型：①無機磁性納米顆粒，其磁性材料為磁性金屬或金屬氧化物，目前應(yīng)用的最為廣泛的是Fe3O4；②核殼型磁性高分子納米顆粒，一般是由無機磁核和聚合高分子外殼組成。除此之外，也可做成夾心式結(jié)構(gòu)，即內(nèi)層為高分子材料，中間為磁性材料，外層為功能化層；③核殼型磁性無機物納米顆粒，主要是指由金屬和二氧化硅等無機物基體與一些具有超順磁性的納米粒子組成。

2　磁性納米顆粒分離活性蛋白的應(yīng)用

磁性納米顆粒對蛋白質(zhì)的分離原理是利用功能化的磁性納米顆粒表面配體與蛋白質(zhì)受體的特異性結(jié)合，通過施加外加磁場實現(xiàn)對磁性粒子的快速分離，從而實現(xiàn)對蛋白質(zhì)受體的特異性分離。

從近年來的研究中可以發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)者通過在磁性納米顆粒表面修飾螯合物或者在硅殼表面上直接附著官能團，制備了許多可以特異性識別、吸附、分離蛋白質(zhì)的磁性納米顆粒。Xu等［1］通過合成M/Fe2O3-DA-NTA（NTA=氨基三乙酸）磁性復(fù)合納米粒子對相應(yīng)的特異性蛋白進行了分離。Yanhua Huang等［2］通過合成Fe3O4@GO-DES，以附著了Fe3O4的石墨烯氧化物為磁性納米材料，結(jié)合以氯化膽堿為基礎(chǔ)的幾種低共熔物形成磁性納米顆粒，成功分離純化了牛血清蛋白、卵清蛋白、牛血紅蛋白和溶菌酶。Quaresma， P.等［3］以金原子為殼，磁性材料為核，制備星形的磁性納米顆粒，在該磁性納米顆粒表面修飾了Ni-NTA作為生物功能分子基團來與組氨酸結(jié)合。因此，該磁性納米顆粒可以從細胞粗提液中特異性識別吸附以組氨酸結(jié)尾的麥芽糖蛋白。

硅殼磁性納米顆粒除了具備內(nèi)核材料的超順磁性外，其硅殼表面還可引入-NH2、-COOH、-OH等多種具有生物化學(xué)活性的官能團，從而結(jié)合各種蛋白質(zhì)或多肽分子，因而在生物分離領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

3　展望

將磁性納米顆粒應(yīng)用于蛋白質(zhì)等生物大分子分離純化仍然是比較新穎的分離技術(shù)。然而磁性粒子針對蛋白質(zhì)的分離研究大都局限在簡單體系中對標準蛋白質(zhì)的吸附條件和吸附容量測定等方面，且蛋白的研究種類集中在某些常見實驗用標準蛋白，如牛血清蛋白、牛血紅蛋白等，對復(fù)雜體系的研究相對較少。所以，應(yīng)進一步開展實際樣品中對特定的重要蛋白質(zhì)分離純化的方法研究，并且需要對磁性顆粒與蛋白質(zhì)的作用機理進行更深入的探討，使得其在蛋白質(zhì)的分離純化中能夠應(yīng)用得更加廣泛。

[1]Xu C J，Xu K M，Gu H W，et al. Dopamine as a robust anchor to immobilize functional molecules on the iron oxide shell of magnetic nanoparticles[J]. J Am Chem Soc，2004，126（32）：9938-9939.

[2]HuangY H，WangY Z，PanQ，et al. Magnetic graphene oxide modified with choline chloride-based deep eutectic solvent for the solid-phas e extraction of protein [J]. Anal Chim Acta，2015（877）：90-99.

[3]Quaresma P，Osorio I，Doria G，et al. Star-shaped magnetite@gold nanoparticles for protein magnetic separation and SERS detection[J]. Rsc Adv，2014，4（8）：3659-3667.

The Research Progress on Protein Separation by Magnetic Nanoparticles

Qiu Bixia1， Xu Yali1， Zhai Yinghong1， Wang Junwei2， Su Yujie1
（1. School of Food Science and Technology of Jiangnan University， Wuxi 214122， China；
2. Jiangsu Kang De Egg Industry Co.， Ltd.， Nantong 226600， China）

Protein is an important component in food， and its separation and purification technology is concerned by many researchers. In recent years， magnetic nanoparticles in protein separation technology in the application of rapid development， the researchers in magnetic particle surface with different groups， such as chelate， functional group， and the template protein corresponding to the polymer structure to achieve the spec ificity of different protein separation and purification.

Magnetic nanoparticle； Protein separation； Research； Progress

O482.54

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.06.017

江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金——前瞻性聯(lián)合研究項目（編號：BY2014023-02）

邱碧霞（1993-），女，廣東汕頭人，碩士研究生，主要研究方向為食品生物技術(shù)。