新型智能双水相体系的构建、相行为与萃取分离性能研究

双水相萃取技术具有操作简单、条件温和、易于放大等优点，是生物下游工程中一种最具潜力的分离技术之一。传统双水相操作体系对于目标产物缺乏特异的选择性，只能起到粗分离的作用，且目标产物和成相聚合物分离困难，而把具有亲和选择性和温度敏感性的聚合物引入双水相体系中，为解决上述问题提供了一种可能。本项目提出以pNIPAAm系热敏聚合物为成相聚合物、以三嗪染料为亲和配基，制备一系列的智能聚合物，从而构建一种分配效率高、目标产物和成相聚合物分离简单，并实现聚合物回收利用的新型智能双水相体系。在此基础上，以牛血清白蛋白为模型蛋白质，研究亲和－热敏双水相体系的相行为、微观结构及蛋白质萃取机理，为这种新型的智能双水相体系的萃取过程研究、分离工艺流程选择和设计提供相关基础数据和理论指导，从而拓宽双水相萃取技术的应用范围。

本项目采用了共聚-螯合金属离子的方法，将异丙基丙烯酰胺单体和丙烯酸随机共聚合成了二元线型聚合物，使聚合物既具有温度敏感性能同时又提供了可与金属离子螯合反应的功能基团—羧基-COOH。然后在PNIPAAm-co-AAm二元线型聚合物上键合金属离子，从而制得同时具有温度敏感性和亲和特性的聚合物，并将其应用在亲和沉淀和双水相萃取技术中。主要研究成果如下：（1）采用水作为聚合反应溶剂，氧化-还原体系（APS）为引发体系，TEMED作为加速剂，来合成聚合物PNIPAAm-co-AAm，得到合成聚合物PNIPAAm-co-AAm最佳化条件为：单体浓度为4%（占溶液总质量），单体的配比为每1.0 gNIPAAm需添加AAm的量为200 μl，引发剂APS的添加量为0.24%（占溶液总质量），TEMED的加入量为0.24%（v/v，占溶液总体积）。（2） 制备得到的温敏聚合物PNIPAAm-co-AAm具有良好的物理化学性能，不仅具有较好的温敏性，同时还具有对pH敏感的特性，适合作为蛋白质分离纯化的载体；选择铜离子作为特异性配基，结果表明最佳螯合pH值为4.5，最佳铜离子初始浓度为2.0 g/L，最佳聚合物用量为0.20 g，用电感耦合等离子体原子发射光谱仪检测聚合物PNIPAAm-co-AAm对铜离子的最大吸附量为63.5 mg/g。亲和温敏聚合物PNIPAAm-co-AAm-Cu具有良好的储存稳定性，溶剂适用范围较广。（3）亲和温敏聚合物PNIPAAm-co-AAm-Cu对BSA的最佳吸附条件为：pH 6.0，吸附温度为20℃，BSA的初始浓度为1.0 mg/ml。在相同的BSA浓度下，三种聚合物对BSA的吸附量的比较为：PNIPAAm-co-AAm＜PNIPAAm＜PNIPAAm-co-AAm-Cu。实验结果证明，BSA分子与金属螯合温敏聚合物PNIPAAm-co-AAm-Cu之间存在特异性的相互作用。（4）亲和温敏聚合物PNIPAAm-co-AAm-Cu对BSA的最佳洗脱条件为：pH 4.0 0.05 mol/L Tris-HCl缓冲液，其中含有0.20 mol/L NaCl和0.050 mol/L EDTA。金属螯合温敏聚合物PNIPAAm-co-AAm-Cu不仅解决了复杂性质的多相体系的分离难题，而且也可以多次循环利用，节省了很多资源，是一种环保、高效、性能优异的亲和分