模板介导下的界面反应制备 超薄、高强度蛋白质微囊
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模板介导下的界面反应制备 超薄、高强度蛋白质微囊. 答辩人：王晓莉 专 业：化学工艺 导 师：姜忠义 教授 2013 年 10 月 13 日. 蛋白质微囊的运用. 蛋白质微囊具有生物相容性好、可生物降解等特点，因而可运用于生物反应器、药物传递及疾病诊断等领域。. 良好蛋白质微囊特点： 良好的稳定性 高的生物活性 窄的尺寸分布 可控的形貌 可调的蛋白质负载量. 制备方法： 温和制备条件 简单的制备方法 避免交联剂的使用 避免有机溶剂的使用. 本工作发现了一种温和、简便、适用于多种蛋白质微囊的制备方法。. 儿茶酚基团的特异性反应. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
模板介导下的界面反应制备超薄、高强度蛋白质微囊
答辩人：王晓莉 专 业：化学工艺导 师：姜忠义 教授
2013 年 10 月 13 日
蛋白质微囊的运用蛋白质微囊的运用蛋白质微囊具有生物相容性好、可生物降解等特点，因而可运用于生物反应器、药物传递及疾病诊断等领域。
良好蛋白质微囊特点：良好的稳定性高的生物活性窄的尺寸分布可控的形貌可调的蛋白质负载量
制备方法：温和制备条件简单的制备方法避免交联剂的使用避免有机溶剂的使用
本工作发现了一种温和、简便、适用于多种蛋白质微囊的制备方法。
儿茶酚基团的特异性反应儿茶酚基团的特异性反应迈克尔加成与希夫碱反应
儿茶酚改性海藻酸的制备儿茶酚改性海藻酸的制备
O *HO
O*C
HO
OH
OH
O
HN
O OHO
OOHOOC
COOH OHOH
O
HO
OO
HOOC OHOH O
yx
OHHO
H2N
EDC/NHS pH=5.5, 12h
选用生物相容性好及可生物降解的多糖类物质—海藻酸
利用 EDC/NHS 活化海藻酸的羧基，之后与多巴胺氨基反应，将儿茶酚基团接枝到海藻酸上。
儿茶酚改性海藻酸的制备儿茶酚改性海藻酸的制备
利用紫外光谱及元素分析的方法确定儿茶酚改性海藻酸的接枝率。接枝率最高可达 42% 。
O *HO
O*C
HO
OH
OH
O
HN
O OHO
OOHOOC
COOH OHOH
O
HO
OO
HOOC OHOH O
yx
OHHO
H2N
EDC/NHS pH=5.5, 12h
200 250 300 350 400
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
Abs
orba
nce
valu
eWave number (nm)
A: Alg-DA0.0
B: Alg-DA0.5
C: Alg-DA1.0
D: Alg-DA2.0280nm
(a)
A
B
C
D
蛋白质微囊的制备过程蛋白质微囊的制备过程
Surface
coati
ng
O OHO
OOC
COONaHO
OHO
HO
OHHO
O
HN
HN
HOHO
HN
Interfacialreaction
EDTATemplateremoval
Na2CO3
CaCl2
Protein
AlgDA
ED
TA
蛋白质微囊的制备过程蛋白质微囊的制备过程
EDX
碳酸钙颗粒的直径约为 4μm, 表面有大量的微孔。吸附上 AlgDA
之后，颗粒表面微孔不明显，并变得相对光滑。
EDX 检测到 N 元素的存在，说明碳酸钙颗粒表面吸附上了AlgDA
乙二胺四乙酸二钠（ EDTA）去除碳酸钙乙二胺四乙酸二钠（ EDTA）去除碳酸钙
Na2EDTA(2-) + CaCO3 = [CaEDTA](2-) + H2O + CO2
EDTA
(a) (b)
掺杂不同蛋白微囊掺杂不同蛋白微囊
CAT
牛血清蛋白 BSA (Mw~66 kDa, pI 4.7)
过氧化氢酶 CAT (Mw~250 kDa, pI 5.4)
鱼精蛋白 Pro (Mw~5.1 kDa, pI 12.0-12.4)
ProBSA
无掺杂的碳酸钙是没有微囊形成的
掺杂的蛋白质越多，制备得到的微囊越厚，这是因为可以与AlgDA反应的蛋白质增多，因而微囊变厚。
不同蛋白质掺杂量不同蛋白质掺杂量1mg 4mg 6mg
当掺杂的蛋白质量持续增大，微囊的形貌并没有明显的变化。这说明能发生反应的蛋白存在饱和量。碳酸钙表面吸附的AlgDA量是一定的，所以能与蛋白质反应的 AlgDA量是固定的。
不同蛋白质掺杂量不同蛋白质掺杂量0.5mg/ml 2mg/ml 3mg/ml16mg 24mg 40mg10mg
剩余蛋白去向？剩余蛋白去向？
共沉淀效率 = 沉淀入碳酸钙中的蛋白量 / 蛋白的掺杂量蛋白的包埋率 = （碳酸钙中蛋白量 - 泄漏蛋白量） / 碳酸钙中蛋白量蛋白负载量 mg/g 微囊 = 微囊中蛋白含量 / 微囊质量
BSA 的掺杂量(mg/66 mg CaCO3)
2 4 6 10 16 24 40
沉淀到碳酸钙中的蛋白质含量 (mg)
1.4 2.7 3.6 3.9 4.9 6.5 6.6
共沉淀效率 (%) 70.0 67.5 60.0 39.0 30.6 27.0 16.5微囊中蛋白质的量 (mg) 1.32 2.13 2.56 2.57 2.60 2.67 2.58蛋白的包埋率 (%) 94 79 71 66 53 41 39蛋白负载量 (mg g-1 microcapsules) ±30
700 740 830 810 840 830 840
微囊的厚度（ AFM）微囊的厚度（ AFM）
(a) (b) (c)
2 mg 4 mg 6 mg
酶微囊的活性酶微囊的活性
过氧化氢酶 CAT 2mg负载率 680±30mg/g 微囊 包埋率 70±5% 相对酶活 80±5%
Km (mM) Vmax (mM/min)
游离 46.1 49.6
固定 49.8 39.5
动力学常数
稳定性稳定性
1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
20
40
60
80
100
Rel
ativ
e ac
tivity
(%)
Cycle number(n)
(a)
30 40 50 60 70
0
20
40
60
80
100
Free CAT CAT-AlgDA capsules
Rel
ativ
e ac
tivity
(%)
Temperature(℃)
(b)
3 4 5 6 7 8 9
0
20
40
60
80
100
Rel
ativ
e ac
tivity
(%)
pHs
Free CAT CAT-AlgDA capsules
(c)
0 10 20 30 40 50 60
60
70
80
90
100
Storge time(days)
Re
lativ
e a
ctiv
ity(%
)
Free CAT CAT-AlgDA capsules
(d)
目前研究成果目前研究成果
1. Xiaoli Wang, Zhongyi Jiang*, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces,
4(7), 3476-3483, 2012. (IF=4.525, 一区 )
2.Xiaoli Wang, Zhongyi Jiang*, et al. Accepted by Biomacromolecules (IF=5.371, 一区 )
3.Xiaoli Wang, Zhongyi Jiang*, et al. Accepted by Ind. Eng. Chem. Res.(IF=2.206, 二区 )
4. Jiafu Shi, Xiaoli Wang, Zhongyi Jiang*, et al. Adv. Funct. Mater.,
23(11), 1450-1458, 2012. (IF=9.765, 一区 )
5. Jiafu Shi, Xiaoli Wang, Zhongyi Jiang*, et al. Bioresource Technol.,
118(0), 359-366, 2012. (IF=4.750, 一区 )
发表文章一作 3 篇，二作 2 篇 ; 申请发明专利 4 项 , 会议论文 3 篇 , 以一作撰写膜百科词条 1 个。
目前研究成果目前研究成果申请发明专利1.姜忠义，石家福，王晓莉，聚丙烯胺 - 氧化钛杂化多孔微囊和制备方法，申请号： CN201210133905.7
2.姜忠义，石家福，王晓莉，一种粒径可控氧化钛纳米颗粒的制备方法，申请号： CN201210133873.0
3.姜忠义，石家福，王晓莉，核壳结构固定化酶颗粒及其制备法，申请号： CN201210133875.X
4.姜忠义，王晓莉，石家福，聚多巴胺改性海藻酸微球的制备方法，申请号： CN201210462198.6
5.吴洪，宋晓凯，姜忠义，王晓莉，包埋醇脱氢酶的明胶 - 氧化硅杂化凝胶及制备方法，申请号： CN201310425486.9
发表 AIChE 年会、 SEBE(2012) 会议、第六届中美化工会议 (The 6th Sino-US Joint Conference of Chemical Engineering) 等会议摘要及论文 3 篇。
以第一作者撰写了膜百科全书 (Encyclopedia of Membranes) 词条 1个。
谢谢各位老师！
答辩人：王晓莉