功能化磁性纳米材料在样品前处理中的应用研究进展

随着分析化学所面临的样品性质的复杂程度越来越高,被检测物质的浓度要求越来越低,在色谱及质谱分析前进行准确、高效的样品前处理过程就显得尤为重要。磁性固相萃取法由于其合成方法简单、易于分离、萃取效率高等优点,被认为是一种高效的样品预处理方法。Fe₃O₄磁性纳米材料由于分离速度快,分散性、生物相容性好等特点,近年来被广泛用于分离分析等各个领域。为了提高Fe₃O₄磁性纳米材料的物理和化学的稳定性,使其具备更高效的吸附分离能力,需要对其进行功能化的修饰。本文综述了近年来由碳基纳米材料、分子印迹聚合物、离子液体、硼酸亲和配体、金属有机骨架、共价有机骨架、量子点、金属氧化物等功能化磁性纳米材料的制备及其在生物、环境污染物、食品样品等样品前处理中的应用,并对这一领域发展进行了展望。     

功能化磁性纳米材料在磷酸化肽富集中的应用

蛋白质磷酸化是最重要和最普遍的翻译后修饰之一。基于质谱的技术已成为分析蛋白质磷酸化的重要手段。然而,磷酸化肽固有的低丰度和电离效率以及由非磷酸化肽共存引起的严重抑制使得直接质谱分析仍然是一个挑战。为解决此问题,需在质谱分析前对磷酸化蛋白质进行选择性富集。磁性纳米材料具有良好的磁响应性,可以在外界磁铁的帮助下实现与溶液的迅速分离。功能化磁性纳米材料作为一种新型的分析技术已在蛋白质组学研究中得到广泛的应用。该文就近年来对磁性纳米粒子进行各种功能化修饰以提高其特异性吸附能力的吸附材料在磷酸化肽的富集方面的应用予以综述,并展望了功能化磁性纳米材料在磷酸化肽富集领域的应用前景。     

糖蛋白/糖肽的分离富集方法*

蛋白质糖基化是一种重要的翻译后修饰,糖基化对蛋白质的结构和功能有着重要的影响。目前,作为蛋白质组学的一个组成部分,糖蛋白质组学是备受关注的研究热点。而从复杂的生物样品体系中富集糖蛋白/ 糖肽是蛋白质糖基化研究的重点和难点,本文就糖蛋白/糖肽分离富集方法的研究进展和应用作了简要概述。这些方法包括常用的凝集素亲和法、硼酸法、肼化学法和亲水作用法,还包括分子筛法、强阳离子交换法等新方法。     

氧化石墨烯固定化凝集素的制备及在糖蛋白/糖肽富集中的应用

生物体内蛋白质的糖基化修饰调控着细胞识别、细胞黏附和迁移以及免疫应答等多种生理过程,并与多种人类重大疾病的发生、发展密切相关。因此对蛋白质糖基化修饰的鉴定,不仅能够为生物学机理研究提供重要信息,对疾病诊断标志物和治疗靶标的发现也至关重要。然而在复杂生物体系中,大多数糖蛋白为低丰度蛋白质,其含量与现有质谱仪器的检测灵敏度之间存在较大差距,所以对含有不同糖型结构的糖蛋白进行全面/高效的富集,是实现高灵敏度糖蛋白鉴定的必由之路。凝集素富集作为一种有效的糖蛋白富集方法,已在糖蛋白质组学研究中得到了广泛的应用。针对现有凝集素功能化材料存在负载量偏低以及富集效率有限等问题,我们制备了两种以氧化石墨烯(GO)为载体的新型固定化凝集素,利用GO比表面积大,功能基团含量高,分散性、化学稳定性好等特点,实现了高负载量的凝集素固定(GO-ConA 2.073 mg/mg, RSD=1.0%; GO-WGA 1.908 mg/mg, RSD=0.14%)。同时考察了材料的可重复使用性与稳定性:每隔3天测一次同一GO-lectin材料对对应糖蛋白的富集效果,可以看出材料合成两周内富集效果都>200 μg/mg。将该GO-lectin成功应用于糖蛋白、糖肽的选择性富集,在糖蛋白质组学研究中体现出良好的应用潜力。     

硼酸功能化介孔纳米材料的制备及其对糖肽的富集研究

制备了一种硼酸功能化介孔纳米材料, 利用硼酸基团可以和糖肽中糖链上的顺式邻位或间位羟基发生反应形成环状二酯对糖肽进行富集, 考察并比较了不同的孵育时间、孵育缓冲液、清洗方式以及洗脱液对糖肽富集的影响, 优化了该材料富集糖肽的条件, 建立了一种硼酸功能化介孔纳米材料用于选择性富集糖肽并用基质辅助激光解吸附电离-四极离子阱-飞行时间质谱(MALDI-QIT-MS)进行糖肽分析的方法.     

用于N-糖肽/糖蛋白分离富集的新型材料

蛋白质糖基化在调节各种复杂的生物过程中,如分子识别、免疫应答和蛋白质折叠等起着至关重要的作用。由于糖肽/糖蛋白在复杂生物样品或临床样品中丰度较低,进行糖蛋白组学分析前往往需要进行目标蛋白的分离富集。研究开发具有高效糖蛋白分离富集能力的新型材料对糖蛋白/糖肽的研究具有重要意义。近年来报道了许多新型糖蛋白分离富集材料,如有机高分子材料、生物基材料、新型有机骨架材料和新型功能复合材料等。这些材料因其结构、生物相容性和理化性质等特点,从不同层面推动了糖蛋白分离富集技术的发展。本文就目前国内外有关糖肽/糖蛋白分离富集的新型材料进行了总结和讨论,并对其未来发展提出展望。     

磁性微纳米材料的功能化及其在食物样品前处理中的应用进展

磁性固相萃取是当前对复杂样品中痕量目标物进行有效分离富集的热门技术,功能化磁性微纳米粒子是该技术应用中的关键材料。本文综述了各种已报道的功能化磁性微纳米材料,总结了包括表面嫁接有机小分子、表面包覆碳或无机氧化物、表面嫁接或包覆聚合物、载体表面或孔道内负载磁性纳米粒子、载体骨架内掺入磁性纳米粒子、物理共混法制备磁性功能材料在内的6种功能化方法,并对功能化磁性微纳米材料在食物样品前处理中的应用进行了简要评述。     

基于纳米粒子的糖蛋白/糖肽分离富集方法

蛋白质糖基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰方式,糖基化对蛋白质的结构和功能有着非常重要的影响。在血清或者组织提取液中,一些低浓度的糖蛋白/糖肽是具有高度临床灵敏性和特异性的生物标记物,这些生物分子可能对疾病发生机理探讨、疾病标记物发现及蛋白类新药开发提供重要信息。由于糖蛋白/糖肽的丰度低,从复杂的生物样品中高选择性富集糖蛋白/糖肽一直是糖蛋白组学的难点和重点。纳米结构的材料因其大比表面积、丰富的活性亲和位点和特殊结构,已经广泛应用于糖蛋白/糖肽的分离富集中。本文对基于金、SiO₂、TiO₂、Fe₃O₄、金刚石和聚合物纳米粒子为载体的糖蛋白/糖肽分离富集方法的研究进展作了简要概述,并且阐明了糖蛋白/糖肽分离富集方法所面临的挑战,最后,对其未来发展方向做了展望。     

精氨酸功能化磁性纳米材料的制备及在磷酸化肽富集中的应用

以精氨酸修饰的磁性微球作为磁性固相萃取(MSPE)平台的载体, 结合基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)技术, 实现了对复杂样品中低丰度磷酸化肽的分离富集. 采用场发射扫描电子显微镜、 Zeta电位测定、 红外光谱分析、 振动样品磁强计及X射线衍射分析等手段对合成的功能化磁性材料进行了表征. 选择β-酪蛋白酶解产物磷酸化肽为标准品, 在最佳实验条件下, 利用构建的MSPE-MS平台能够实现对磷酸化肽的高选择性和高灵敏度检测, 检出限为0.1 fmol. 实验结果表明, 经精氨酸修饰的磁性材料对牛奶样品中低含量的磷酸化肽具有较高的选择性, 所建立的方法适用于复杂样品的分离分析.     

基于叠氮基-氰基点击化学的苯硼酸亲和硅胶的制备及其在糖蛋白/糖肽选择性富集中的应用

硼亲和色谱法在糖肽/糖蛋白选择性富集中的应用趋于成熟。硼酸亲和材料的选择性，生物相容性，制备过程是否简便均是开发新型苯硼酸功能化材料需要考虑的问题。该研究立足硼酸亲和材料开发的关键问题，设计并开发了一种新型苯硼酸亲和硅胶（TCNBA）。该材料采用基于叠氮基-氰基的无铜催化点击化学方法进行合成，生物相容性好，制备方法简便。红外光谱和X射线光电子能谱图表征结果证明材料合成成功。TCNBA的糖肽富集选择性利用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）进行评价，结果表明，TCNBA能够分别从辣根过氧化物酶（HRP）和免疫球蛋白G（IgG）酶解液中鉴定出13个和11个糖肽；以HRP和牛血清白蛋白（BSA）酶解液混合物（物质的量比1：10）作为研究对象，富集后能够鉴定出5个糖肽。TCNBA的糖蛋白富集选择性利用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法（SDS-PAGE）进行评价，以HRP、IgG、核糖核酸酶B（RNaseB）作为考察对象，结果表明，TCNBA对糖蛋白具有较好的富集选择性。以实际样品人血清为测试对象验证TCNBA在实际生物样品中的应用价值。结果显示，富集后非糖蛋白得到较大程度去除，糖蛋白得以富集。所制备的材料和方法具有大规模实际蛋白质样品分离处理的应用前景。     

磁性纳米材料在样品前处理中的应用进展与展望

在样品前处理技术中,吸附剂材料起关键作用。随着纳米材料的发展,越来越多的纳米材料被用作吸附剂以提高对目标物的萃取效率。磁性纳米材料因其具有易于分离、表面可修饰、吸附能力强和良好的生物相容性等优异性能,已广泛应用于分析方法的样品前处理技术中。该文通过对磁性纳米材料在磁性固相萃取和在其他样品前处理技术中的研究与应用展开总结和论述,对磁性纳米材料的稳定性、作用力、比表面积及孔径调控的制备进行了阐述,展望了磁性纳米材料在分离科学中的应用前景,为进一步研究磁性纳米材料的应用提供了参考。     

不同金属/适配体双功能复合磁性纳米材料的制备及其对外泌体的富集性能

外泌体作为一种细胞外囊泡,其内容物可以反映亲代细胞的重要信息,而自身也具有独特的结构,能够执行特征的生物学功能。基于外泌体的表面化学和生物学特征,制备了不同类型的金属/适配体(Apt)双功能复合磁性纳米材料,并将其应用于外泌体的富集纯化。将适配体和外泌体表面目标膜蛋白的特异性结合性能与以钛、锆为代表的金属氧化物和外泌体磷脂双层膜的特异性亲和作用结合,可极大地提高分离材料对外泌体的分离选择性和富集容量。分别以Fe₃O₄@Zr-MOFs、Fe₃O₄@Zr-Ti-MOFs和Fe₃O₄@TiO₂等金属有机框架(MOFs)/金属氧化物磁性纳米材料为基底,制备对应的双功能MOFs/金属氧化物-适配体复合磁性纳米材料Fe₃O₄@Zr-MOFs-Apt、Fe₃O₄@Zr-Ti-MOFs-Apt和Fe₃O₄@TiO₂-Apt,并进一步对不同材料的外泌体富集性能加以评价。以超速离心法提取的模型外泌体以及尿液为样品,对修饰相同质量适配体和不同含量金属氧化物的双功能材料的富集性能加以对比。将3种双功能磁性纳米材料应用于尿液外泌体的富集,得到的外泌体裂解后经质谱鉴定,分别得到233、343和832个外泌体蛋白。这一结果也表明双功能磁性纳米材料可以充分结合核酸适配体亲和的高选择性和金属氧化物的高富集容量优势,对于复杂生物样品中外泌体的快速、高效分离纯化具有潜在的应用价值,而针对材料制备和分离纯化方法的设计也为新型外泌体富集材料的设计提供了一条可行的新思路。     

完整糖基化肽段的富集与质谱解析新技术研究进展

蛋白质糖基化是生物体内最重要的翻译后修饰之一,在蛋白质稳定性、细胞内和细胞间信号转导、激素活化或失活和免疫调节等生理过程和病理进程中发挥重要作用.而异常的蛋白质糖基化往往和多种疾病的发生发展密切相关,目前应用于临床检测的多种肿瘤生物标志物大多属于糖蛋白或者糖抗原.因此在组学层次系统分析蛋白质糖基化的变化对阐明生物体内糖...     

聚烯丙基氯点击反应接合葡萄糖纳米磁球的制备与糖肽富集

糖蛋白及与蛋白质结合的糖链在生物体内的丰度一般极低,为实现其准确定性及定量,去除高丰度非糖蛋白、非糖肽的干扰,通常需要进行富集前处理操作。该文设计并制备了一种基于点击化学反应和烯丙基氯多功能化位点聚合物的葡萄糖改性核-壳-壳型磁性纳米颗粒,并建立了相应的用于糖肽亲水富集的固相微萃取方法。以人免疫球蛋白G酶解液为样品,共测得32个糖肽信号。该方法检出限可达10 fmol,每克磁性分离介质的富集容量达100 mg。     

Boronic acid functionalized fibrous cellulose for the selective enrichment of glycopeptides

Enrichment of glycoproteins has been important because of their dynamicity and role in biological systems. Study of glycoproteins is complex because of the simultaneous glycosylation and deglycosylation inside the body. Often employed affinities for glycopeptides are hydrazide, boronic acid, or physiosorbed lectin on support materials. Cellulose, a natural polysaccharide, has rich surface chemistry, stable structure, low cost and availability in different variants. In present study, fibrous cellulose is oxidized using periodate to modify with boronic acid. Attachment of boronic acid is confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy. Particle size and morphology of boronic acid@fibrous cellulose is studied by scanning electron microscopy. The enrichment efficiency is evaluated by using horseradish peroxidase as model protein. Boronic acid@fibrous cellulose is selective up to 1:250 for spiked horseradish peroxidase in bovine serum albumin digest, sensitive down to 0.1 femtomol and recovering 88.15% glycopeptides. Moreover, protein binding capacity is determined as 213 mg/g and 41% sequence coverage of horseradish peroxidase protein with all eight glycosylation sites detected. Total of 18 glycopeptides are enriched from immunoglobulin digest showing ability of boronic acid@fibrous cellulose to enrich glycoproteins from multiglycoforms. Enrichment from human serum recovers 18% extracellular and 72% secreted glycoproteins via bottom‐up approach and online tools.