基于强螯合性配体的固定金属亲和吸附剂及其分离富集性能

Immobilized-metal affinity chromatography (IMAC) is one of the most effective technology for separation and enrichment of biopolymers. However, IMAC has two problems to be resolved. One is metal ion leakage resulting in the pollution of the target in bioengineering, and another is the analytical interference caused by nonphosphopeptides in proteomics. Based on the strong coordinate ability of tetrazole with metal ion and our provious work, the present project aims to resolve these two problems by considering the fact that the ligands are the key factor which affect the stability of metal and the selectivity in IMAC. In this project, a series of tetrazole-containing polydentate ligands are designed to prepare tetrazole-bonded silica and magnetic nanoparticles, which are further derived into immobilized ion affinity adsorbents for protein/phosphoproteomics analysis, after immobilized with metal ions. The main properties of the prepared materials, including the stability of metal ions, selectivity to proteins/phosphopeptides, will be investigated, and also mechanism behind the separation and enrichment will be elucidated. A new IMAC separation system with tetrazole materials as the key will be established. The present project would provide a new idea to resolve the present problems in IMAC, and would play an important role in the development of IMAC methodologies for protein separation and phosphoproteome analysis.

固定金属亲和色谱（IMAC）是生物大分子分离富集的最有效技术之一。目前,在蛋白分离过程中因金属离子流失而造成的产品污染、在磷酸化蛋白组学研究中由非磷酸化肽引起的分析干扰是IMAC技术发展中丞待解决的问题。根据四唑基团强的配位能力以及项目组的前期工作，本项目从影响金属配位稳定性和分离选择性的关键因素- - 配体研究入手，设计有更强配位能力的四唑类多齿配体，合成一系列四唑配体键合的硅胶和磁性纳米硅胶。螯合金属离子，使之成为金属螯合吸附剂。研究硅胶吸附剂对蛋白的IMAC分离性能及金属离子的配位稳定性，磁性纳米吸附剂对蛋白和磷酸化肽富集的选择性，以及分离/富集机理，试图建立以四唑型金属螯合吸附剂为核心的IMAC分离体系，为减少金属离子流失、提高蛋白和磷酸化肽分离富集的选择性提供新思路。研究成果在蛋白药物的IMAC生产和磷酸化蛋白质的分析鉴定中具有重要用途。

固定金属亲和色谱（IMAC）是生物大分子分离富集的最有效技术之一。目前,在蛋白分离过程中因金属离子流失而造成的产品污染、在磷酸化蛋白组学研究中由非磷酸化肽引起的分析干扰是IMAC技术发展中丞待解决的问题。与传统研究思路不同，本项目在保持配体齿数不变的条件下，通过在配体中引入强的配位基团--四唑，设计一系列有更强配位能力的四唑类配体吸附剂，达到减小金属离子流失以及改善分离富集选择性的目的。另外，还探索了金属掺杂磁性粒子和具有多位点配位作用的亲和配体，对增强蛋白与吸附剂之间保留强度以及提高吸附容量的作用。研究内容包括：. （1）合成了二齿配体和三齿配体金属亲和吸附剂，研究了其分离富集性能。与传统的二齿和三齿配体吸附剂比较，在该吸附剂上的金属离子流失率明显降低。用多种手段分析了蛋白与四唑型吸附剂之间的螯合机理。该吸附剂用于纯化组氨酸标记的人表皮生长因子抗菌肽，获得了满意结果。证明了在IMAC配体中引入强的配位基团--四唑，能够增强配体与金属的结合力，减小IMAC分离过程中的金属离子流失率，改善分离的选择性。. （2）在树脂和分离膜表面构建了具有多位点配位作用的亲和配体，研究了吸附剂对目标物的保留强度以及吸附容量。发现多位点配位作用的亲和配体不仅能够提高吸附剂的吸附容量，同时能够增强亲合势。另外，还合成了Zr掺杂磁性纳米粒子,发现掺杂金属的Fe3O4粒子对顺式邻二醇以及糖蛋白具有良好的吸附选择性和极低的Zr流失率，说明掺杂金属吸附剂有望成为一种减小IMAC中金属离子流失的有效方法。. 研究成果在“Journal of Materials Chemistry A”、“Journal of Membrane Science”、“Journal of Chromatography A”、“Analytica Chimica Acta”等期刊发表SCI收录论文22篇，其中6篇论文发表在影响因子大于4.0的期刊上；授权发明专利2项；全国学术会议报告16人次，其中邀请报告5次。