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1、L047 新型季铵化聚苯乙烯树脂的制备和蛋白吸附性能研究 沈珺 魏荣卿 卞国建 刘晓宁1 （南京工业大学 制药与生命科学学院，南京 210009） 摘摘 要要 本文以聚苯乙烯型叔胺树脂经季胺化反应， 制备出含二乙胺基的季铵化离子交换剂 树脂。研究了不同反应温度、反应时间、不同溶剂及不同溶剂加入量对季铵化反应的影响，对 季铵化条件进行了优化。 本文主要考察了不同作用时间和不同季铵担载量树脂对蛋白的吸附性 能，并与经 NaOH 溶液转型后的季铵型树脂 II 的吸附性能进行了比较，同时还比较了乙酰化 PS、 胺化 PS、和季铵化 PS 对蛋白的吸附性能。结果表明：与乙酰化 PS、胺化 PS 相比，季
2、铵化 PS 对蛋白具有较好的吸附效果。 关键字关键字 季铵化 聚苯乙烯 吸附 蛋白 以聚合物为载体的离子交换树脂， 耐酸碱性能和抗微生物污染能力优于以交联多糖 （如 葡萄糖、琼脂糖、纤维素等）为载体的离子交换剂，而且制备容易、成本低廉，因此近年来 广泛用于蛋白质的分离和纯化。 这些离子交换树脂一般以交联的聚乙烯醇1、 聚丙烯酰胺2、 聚苯乙烯等为载体制备的季铵盐。由于聚苯乙烯微球便宜、易制成规整均匀的小球，且容易 衍生化。因此，以聚苯乙烯为载体的季铵盐最为常见。本文采用的这一新的合成路线即通过 聚苯乙烯的乙酰化和Mannich反应避免了使用氯甲醚这一致癌物及氯甲基基团的二次交联、 多取代等副反
3、应。 本文以粒径均匀的交联聚苯乙烯微球为载体，经乙酰化3、Mannich反应4制得的苯乙 烯型叔胺树脂为原料、通过季胺化反应5制备出含二乙胺基的以交联聚苯乙烯为载体的离子 交换剂， 并对其合成条件进行了优化。 然后选择牛血清白蛋白 （bovine serum albumin， BSA） 为蛋白质吸附模型，综合评价该离子交换剂在常压液相下的吸附性能。 实验部分 1 实验仪器与试剂实验仪器与试剂 恒温振荡器 TH2-82国华企业公司， 紫外分光光度计 TU1901 北京普析通用， 聚苯乙烯型叔胺树脂 交联度 1， 粒径 150200 （南京麦科菲高效分离载体有限公司 提供），硫酸二甲酯 CP 上海
4、凌峰化学试剂有限公司，牛血清白蛋白（BSA）BR Amersco 公司进口分装，二羟基甲基氨基甲烷（Tris）AR Sigma 公司进口分装, 甲苯，碳酸氢钠为国 产分析纯。 基金项目：国家自然科学基金（No. .20076021） ；江苏省十五攻关项目基金（No.BE2001040）资助 通讯联系人，博士生导师.e-mail:xiaoningliu, 025-83587347 2苯乙烯型季胺树脂的制备苯乙烯型季胺树脂的制备 称取一定量苯乙烯型叔胺树脂加入装有磁力搅拌器和回流冷凝装置的圆底烧瓶中， 再逐 一加入计算量的溶剂和硫酸二甲酯， 在预热至特定温度的油浴中， 加热回流反应一定时间后， 乙
5、醇转移反应物，浸泡、洗涤、过滤，蒸馏水洗涤产物至中性，再用甲醇洗 3-4 次，真空干 燥至恒重，称重产物。 3季铵盐性能的测试（离子吸附静态法）季铵盐性能的测试（离子吸附静态法） 称取BSA0.1g，pH7.6 的TrisHCl缓冲液稀释至 100 ml，测其 280 nm的紫外吸收值为 Y1。称取离子交换树脂 0.5g，加入含有BSA溶液 20 ml的锥形瓶中。将锥形瓶放入水浴温度 为 22的振荡器中，转速 120RPM恒温振荡，每隔一定时间测该时间瓶内BSA溶液的紫外吸 收值Y2，直至紫外吸收值不再变化为止。 结果与讨论 1作用时间及树脂季铵担载量对离子吸附的影响作用时间及树脂季铵担载量对
6、离子吸附的影响 蛋白质在离子交换剂上的离子交换作用达到平衡需要一定的时间， 如果流速过快， 离子 交换难以达到平衡，使得分离效果下降；反之，流速太慢，则溶质的扩散作用对分离的影响 就会表现出来，也会导致分离效果下降。因此，合适的流速对分离效果至关重要。 在本实验合成的强碱性阴离子交换树脂用于蛋白吸附的初步研究中， 我们选择静态吸附 法来检测蛋白被离子吸附的程度，则流速的问题在此体现为吸附速率。蛋白选择 BSA、树 脂选择不同担载量的离子交换树脂，在不同的作用时间测其紫外吸收值。其结果见表 1。 Tab 1 The change result of different quantitative
7、loading resin in different time 6 小时 12 小时 24 小时 树脂担载量 季铵 mmolg-1 280 nm 吸光值 吸附量 mgg-1 280 nm 吸光值 吸附量mgg-1280 nm 吸光值 吸附量 mgg-1 0.23 - - 0.7179 4.0 0.7377 2.8 0.52 0.6024 11.9 0.5982 12.2 0.6181 10.9 0.93 - - 0.5743 13.4 0.6000 11.6 1.18 0.6070 11.8 0.5749 13.7 0.6271 10.4 1.4 0.5981 12.2 0.5784 13.5
8、 0.6055 11.8 注：担载量为 0.23，0.93 molg-1的实验，蛋白的初始紫外吸光度为：0.7824。其它的实验 蛋白的初始紫外吸光度为：0.7882。 从表 1 可以看出：随着时间的增加吸附量先增加，后下降。为此，在同样的条件下， 考察了不加树脂的蛋白溶液随时间变化的紫外吸收值，见表 2。 Tab 2 The Abs of protein solution by changing time 蛋白初始 280 nm 吸光度 6 小时 12 小时 16 小时 24 小时 0.7558 0.7554 0.7527 0.7672 0.8869 从表 2 可以看出，时间大于 12 小时
9、后，BSA 溶液的紫外吸光度开始变大。此时 BSA 溶液和起始溶液已经有一定的差别。 而在相同条件下不加蛋白， 树脂在缓冲液中的吸光度为 -0.0030，说明树脂的存在不会使溶液的吸光度发生改变。 综合表 1、2，当时间超过 12 小时时，蛋白的紫外吸收值会发生变化，此时的吸收值不 稳定，不宜作为参比数据。所以确定最佳的吸附时间为 12 小时。 表 1 还可以看出，不同季铵担载量的树脂对吸附量有影响。为此选择吸附时间为 12 小 时，研究了不同担载量季铵树脂对吸附量的影响，结果见图 1： 0.20.40.60.81.01.21.4 4 6 8 10 12 14 吸附量mmg g -1 担 载
10、量 mmolg -1 图 1 不同担载量的季铵树脂的吸附量 从图 1 可以看出，随着季铵担载量的增加，吸附量也随之迅速增加，当树脂的担载量为 0.82 mmolg-1时，吸附量为 13.3 mgg-1；继续增加树脂的担载量，吸附量的增加趋于平缓。 我们认为，当担载量小于 0.82 mmolg-1时，即树脂表面的季铵基团较少时，溶液中的蛋白很 容易和离子交换， 当交换量达一定值时， 树脂表面已经被蛋白分子占满， 则空间位阻也增加， 所以再增加季铵基团的数量也不会增加其吸附量。 2. NaOH 溶液交换后的季铵盐对吸附量的影响溶液交换后的季铵盐对吸附量的影响 称取一定量担载量为 0.93 mmol
11、g-1季铵树脂（I）放入直径 1.5 cm的层析柱中，配制一 定浓度的NaOH溶液， 缓缓通过层析柱， 用pH试纸检测为碱性时， 用蒸馏水洗涤过滤至中性， 得到羟基型强碱性阴离子交换树脂II。以树脂和树脂II分别加入BSA蛋白溶液，吸附结果 见表 3。 从表 3 可以看出，树脂 II 的交换能力不如树脂。其原因可能是：硫酸酯基团较大， 易于离去，使蛋白分子易于吸附；另一方面，树脂 II 的-OH 可能改变蛋白分子微环境的 pH 值，削弱了其离子强度，降低了树脂对蛋白的吸附作用。 Tab 3 The change result of resinand primary resin 6 小时 12
12、小时 24 小时 树脂 280 nm 吸光值 吸附量 mgg-1 280 nm 吸光值 吸附量 mgg-1 280 nm 吸光值 吸附量 mgg-1 0.5743 13.4 0.6000 11.6 II 0.6457 5.3 0.5303 12.5 0.5845 8.97 注：树脂的实验，蛋白的初始紫外吸光度为：0.7238 3.乙酰化乙酰化 PS、胺化、胺化 PS、季铵化、季铵化 PS 对对 BSA 蛋白吸附量的影响蛋白吸附量的影响 以乙酰化 PS、胺化 PS、季铵化 PS 为吸附树脂吸附 BSA 蛋白溶液，其结果见表 4。 从表 4 可以看出，乙酰化 PS 对蛋白没有吸附，胺化树脂的吸附量
13、居中，季铵化树脂最 大。 Tab4 The change result of acetylized resins,amido resin and primary resin 6 小时 12 小时 24 小时 树脂 280 nm 吸光值 吸附量 mgg-1 280 nm 吸光值 吸附量mgg-1280 nm 吸光值 吸附量 mgg-1 乙酰化 PS 0.7251 0 0.7294 0 0.7726 0 胺化 PS 0.6300 3.37 0.5300 7.66 0.5236 8.97 季铵化 PS - - 0.5743 13.4 0.6000 11.6 胺化树脂是弱碱性阴离子交换树脂，对蛋白的吸
14、附作用，主要依靠氢键的作用力，所以 吸附较慢或者吸附量较少。季铵化 PS 是强碱性阴离子交换树脂，对蛋白的吸附是离子键的 作用，电性较强，对蛋白的吸附较快，吸附量也较大。 References 1 张敏莲,孙彦. 新型高效液相层析方法: 连续床层析J, 离子交换与吸附, 2000, 16(2): 188-192. 2 祁世泽,朱涛. 毛细管凝胶电泳J, 色谱, 1994, 12(2): 98-102. 3 GaleazziL. D E, 2455946. 1975. 4 张国义,浅谈离子交换法, 西南师专学报, 1998, 12(3): 67-71. 5 钟振声,匡科. 阳离子咪唑啉表面活性剂的合成J. 精细化工, 2000, 7: 690692.
