本發(fā)明涉及一種具有分離蛋白質(zhì)作用的復合水凝膠及其制備方法，屬于復合材料領域。
背景技術：
毛細管電泳是一種強大的分離分析工具，在環(huán)境監(jiān)控、藥物分析以及手性分離等領域發(fā)揮了重要的作用。然而，其在堿性蛋白質(zhì)分離方面的應用十分有限，這是因為堿性蛋白質(zhì)很容易通過靜電引力和疏水相互作用吸附到毛細管壁上，從而造成峰變寬，峰拖尾，蛋白質(zhì)回收率、柱效、分離度以及重現(xiàn)性的下降，甚至會污染毛細管柱。目前最常用的是涂層方法(Analytical Chemistry 2013, 85, 9824-9831)，已有多種高分子被用作涂層材料來抑制毛細管壁對蛋白質(zhì)的吸附。它們通過掩蓋毛細管內(nèi)壁的硅羥基來屏蔽蛋白質(zhì)的吸附位點，或反轉(zhuǎn)毛細管內(nèi)壁所帶電荷，通過靜電斥力阻止蛋白質(zhì)的吸附(Analytical Chemistry 2008,80,1806-1812)達到抑制堿性蛋白質(zhì)吸附的目的。另一方面，Au納米粒子具有比表面積高，易表面改性以及優(yōu)異的穩(wěn)定性等獨特的理化性質(zhì)，在毛細管電泳和微流控芯片電泳中被用作涂層材料；在毛細管電色譜中則充當準固定相材料。研究表明：往上述體系中加入高分子量的聚環(huán)氧乙烷能夠與Au納米粒子形成復合物并進一步提高蛋白質(zhì)的分離效率。在其它體系中也觀察到類似現(xiàn)象。例如，1.6%聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDDAC）溶液中添加少量的 Au NPs 即可顯著提高蛋白質(zhì)的分離速度和分離效率(Electrophoresis 2008, 29, 3024-3031)。上述方法存在著明顯的缺點和不足：1）添加的高分子與Au納米粒子結合不牢固，重復利用率低。2）制備Au納米粒子的過程繁瑣，能耗大。3）制備得到的復合涂層材料價格較高，難以工業(yè)化。
因此，現(xiàn)有技術中存在如下技術問題：毛細管電泳是一種強大的分離分析工具，在環(huán)境監(jiān)控、藥物分析以及手性分離等領域發(fā)揮了重要的作用。Au納米粒子具有比表面積高，易表面改性以及優(yōu)異的穩(wěn)定性等獨特的理化形式，在毛細管電泳和微流控芯片電泳中被用作涂層材料，將 Au 納米粒子和高分子結合起來用作毛細管電泳的動態(tài)涂層會顯著提高蛋白質(zhì)的分離效率。然而現(xiàn)在一般利用強還原劑NaBH4或高壓高溫水熱反應來還原得到Au納米離子，過程繁瑣、能耗大，阻礙了其進一步的發(fā)展。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術中存在的上述技術問題，本發(fā)明提供了一種具有分離蛋白質(zhì)作用的復合水凝膠及其制備方法。所述的一種具有分離蛋白質(zhì)作用的復合水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO以及納米Au構筑而成，其中納米ZnO的粒徑為30~80 nm，納米Au的粒徑為5~20 nm，具有催化以及毛細管電泳分離蛋白質(zhì)的作用。具體技術方案如下：
一種具有分離蛋白質(zhì)作用的復合水凝膠的制備方法，所述的具有分離蛋白質(zhì)作用的復合水凝膠以纖維素/納米ZnO為主體，納米Au生長在納米ZnO表面，形成核殼異質(zhì)結構，包括如下步驟：第一步：配制NaOH/尿素/鋅酸鈉水溶劑并預冷至-11~-14℃，其中水溶劑由5~12 wt% NaOH、0.8~1.5 wt% 鋅酸鈉、3~12 wt% 尿素和水組成；第二步：將聚集態(tài)纖維素浸入預冷的NaOH/尿素/鋅酸鈉水溶劑中，快速攪拌使其溶解；第三步：向得到的纖維素水溶液中加入0.2~1.0 mmol/L的氯金酸溶液20~100 ml，攪拌均勻并靜置5~12小時，靜置溫度為5~35 ℃；第四步：將靜置后的溶液流延成膜并浸入丙酮或乙醇或乙二醇或丙三醇中使其發(fā)生溶液凝膠化轉(zhuǎn)變，使用去離子水洗至中性最終制得纖維素基Au@ZnO納米復合水凝膠。
進一步的，第四步中，溶液凝膠化轉(zhuǎn)變過程中溫度為20~80 ℃，時間為5~30 min。
進一步的，所述的具有分離蛋白質(zhì)作用的復合水凝膠中納米ZnO的粒徑為30~80 nm，占干重的5~15 wt%；納米Au的粒徑為5 ~ 20 nm，占干重的2~8 wt%。
與已有技術相比較，采用本發(fā)明技術方案有顯著進步，且能取得有益效果：本發(fā)明首先利用生物大分子維素使鋅酸鈉礦化結晶納米ZnO，然后利用ZnO在紫外光照射條件下會產(chǎn)生電子以及電子空穴來還原金離子得到納米Au，最終得到Au包裹在納米ZnO外部，形成核殼異質(zhì)結構，達到了很好的效果：a）實驗過程簡單，過程綠色，條件溫和；b）制備得到的一種纖維素/納米ZnO/納米Au復合水凝膠的催化、毛細管電泳分離蛋白質(zhì)的能力優(yōu)異。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的具有分離蛋白質(zhì)作用的復合水凝膠的放大結構圖。
具體實施方式
以下結合具體的實施例對本發(fā)明的技術方案進一步地說明。
實施例1
第一步配置NaOH/鋅酸鈉/尿素水溶劑并冷凍至-12℃，組合水體系由7 wt%氫氧化鈉，0.8 wt%鋅酸鈉，6 wt%尿素和水組成；第二步將聚集態(tài)纖維素浸入預冷的NaOH//鋅酸鈉/尿素水溶劑，快速攪拌使其溶解；第三步向得到的纖維素水溶液中加入0.2~1mmol/L的氯金酸溶液20~100ml，攪拌均勻并放置2~12小時；第四步將溶液流延成膜并浸入乙二醇或丙三醇中通過溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變最終制得一種纖維素基Au@ZnO納米復合水凝膠；第五步使用去離子水洗至中性。
制得的復合水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO、納米Au構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為40 nm，納米ZnO的粒徑為40 nm，納米Au的粒徑為10nm，所得復合水凝膠具有毛細管電泳分離蛋白質(zhì)的作用，其理論塔板數(shù)與纖維素涂層毛細管內(nèi)相比提高1.5倍，電滲流測定結果也顯示復合水凝膠涂層毛細管內(nèi)EOF值比纖維素增加了約14%。
實施例2
第一步配置NaOH/鋅酸鈉/尿素水溶劑并冷凍至-13℃，組合水體系由8 wt%氫氧化鈉，1.0 wt%鋅酸鈉，10 wt%尿素和水組成；第二步將聚集態(tài)纖維素浸入預冷的NaOH//鋅酸鈉/尿素水溶劑，快速攪拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于乙二醇中制得纖維素/納米ZnO復合水凝膠；第四步將制得的纖維素/ZnO納米復合膜浸入制得的纖維素/納米ZnO/納米Au復合水凝膠浸入3×10-5mol/L的氯金酸溶液中1h后拿出，并使用30W的紫外燈照射1小時；第五步使用去離子水洗至中性。
制得的復合水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO、納米Au構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為30 nm，納米ZnO的粒徑為30 nm，納米Au的粒徑為8nm，所得復合水凝膠具有毛細管電泳分離蛋白質(zhì)的作用，其理論塔板數(shù)與纖維素涂層毛細管內(nèi)相比提高1.9倍，電滲流測定結果也顯示復合水凝膠涂層毛細管內(nèi)EOF值比纖維素增加了約17%。
實施例3
第一步配置NaOH/鋅酸鈉/尿素水溶劑并冷凍至-14℃，組合水體系由12 wt%氫氧化鈉，1.5 wt%鋅酸鈉，8 wt%尿素和水組成；第二步將聚集態(tài)纖維素浸入預冷的NaOH//鋅酸鈉/尿素水溶劑，快速攪拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于丙三醇中制得纖維素/納米ZnO復合水凝膠；第四步將制得的纖維素/ZnO納米復合膜浸入制得的纖維素/納米ZnO/納米Au復合水凝膠浸入4×10-5mol/L的氯金酸溶液中1.5h后拿出，并使用40W 的紫外燈照射1.5小時；第五步使用去離子水洗至中性。
制得的復合水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO、納米Au構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為35 nm，納米ZnO的粒徑為60 nm，納米Au的粒徑為20nm，所得復合水凝膠具有毛細管電泳分離蛋白質(zhì)的作用，其理論塔板數(shù)與纖維素涂層毛細管內(nèi)相比提高1.3倍，電滲流測定結果也顯示復合水凝膠涂層毛細管內(nèi)EOF值比纖維素增加了約12%。
實施例4
第一步配置NaOH/鋅酸鈉/尿素水溶劑并冷凍至-12℃，組合水體系由10 wt%氫氧化鈉，1.2 wt%鋅酸鈉，6 wt%尿素和水組成；第二步將聚集態(tài)纖維素浸入預冷的NaOH//鋅酸鈉/尿素水溶劑，快速攪拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于丙三醇中制得纖維素/納米ZnO復合水凝膠；第四步將制得的纖維素/ZnO納米復合水凝膠浸入制得的纖維素/納米ZnO/納米Au復合水凝膠浸入2×10-5mol/L的氯金酸溶液中2h后拿出，并使用20W的紫外燈照射0.5小時；第五步使用去離子水洗至中性。
制得的復合水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO、納米Au構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為40 nm，納米ZnO的粒徑為40 nm，納米Au的粒徑為10nm，所得復合水凝膠具有毛細管電泳分離蛋白質(zhì)的作用，其理論塔板數(shù)與纖維素涂層毛細管內(nèi)相比提高1.5倍，電滲流測定結果也顯示復合水凝膠涂層毛細管內(nèi)EOF值比纖維素增加了約14%。
實施例5
第一步配置NaOH/鋅酸鈉/尿素水溶劑并冷凍至-13℃，組合水體系由7 wt%氫氧化鈉，1.5 wt%鋅酸鈉，12 wt%尿素和水組成；第二步將聚集態(tài)纖維素浸入預冷的NaOH//鋅酸鈉/尿素水溶劑，快速攪拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于乙二醇中制得纖維素/納米ZnO復合水凝膠；第四步將制得的纖維素/ZnO納米復合水凝膠浸入制得的纖維素/納米ZnO/納米Au復合水凝膠浸入5×10-5mol/L的氯金酸溶液中2.5h后拿出，并使用50W 的紫外燈照射2小時；第五步使用去離子水洗至中性。
制得的復合水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO、納米Au構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為40 nm，納米ZnO的粒徑為30 nm，納米Au的粒徑為5nm，所得復合水凝膠具有毛細管電泳分離蛋白質(zhì)的作用，其理論塔板數(shù)與纖維素涂層毛細管內(nèi)相比提高2.3倍，電滲流測定結果也顯示復合水凝膠涂層毛細管內(nèi)EOF值比纖維素增加了約20%。
實施例6
第一步配置NaOH/鋅酸鈉/尿素水溶劑并冷凍至-12℃，組合水體系由8 wt%氫氧化鈉，1.3 wt%鋅酸鈉，12 wt%尿素和水組成；第二步將聚集態(tài)纖維素浸入預冷的NaOH//鋅酸鈉/尿素水溶劑，快速攪拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于乙二醇中制得纖維素/納米ZnO復合水凝膠；第四步將制得的纖維素/ZnO納米復合水凝膠浸入制得的纖維素/納米ZnO/納米Au復合水凝膠浸入3×10-5mol/L的氯金酸溶液中3h后拿出，并使用40W 的紫外燈照射1.5小時；第五步使用去離子水洗至中性。
制得的復合水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO、納米Au構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為45 nm，納米ZnO的粒徑為50nm，納米Au的粒徑為12nm，所得復合水凝膠具有毛細管電泳分離蛋白質(zhì)的作用，其理論塔板數(shù)與纖維素涂層毛細管內(nèi)相比提高1.7倍，電滲流測定結果也顯示復合水凝膠涂層毛細管內(nèi)EOF值比纖維素增加了約18%。
實施例7
第一步配置NaOH/鋅酸鈉/尿素水溶劑并冷凍至-12℃，組合水體系由7 wt%氫氧化鈉，0.8 wt%鋅酸鈉，6 wt%尿素和水組成；第二步將聚集態(tài)纖維素浸入預冷的NaOH//鋅酸鈉/尿素水溶劑，快速攪拌使其溶解；第三步利用流延成膜法于乙二醇中制得纖維素/納米ZnO復合水凝膠；第四步將制得的纖維素/ZnO納米復合水凝膠浸入制得的纖維素/納米ZnO/納米Au復合水凝膠浸入2.5×10-5mol/L的氯金酸溶液中3.5h后拿出，并使用25W 的紫外燈照射1小時；第五步使用去離子水洗至中性。
制得的復合水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO、納米Au構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為45 nm，納米ZnO的粒徑為55nm，納米Au的粒徑為25nm，所得復合水凝膠具有毛細管電泳分離蛋白質(zhì)的作用，其理論塔板數(shù)與纖維素涂層毛細管內(nèi)相比提高1.6倍，電滲流測定結果也顯示復合水凝膠涂層毛細管內(nèi)EOF值比纖維素增加了約15%。