硼酸功能化的介孔氧化硅用于糖肽的高特异富集

复旦大学的赵东元院士和陆豪杰教授合作研究开发的将介孔材料成功运用于糖基化肽段富集的新技术（Anal．Chem．,2009,81（1）：503～508）。与传统策略相比,此方法不仅大大缩短了孵育时间,并且将灵敏度提高两个数量级,有望为大规模的蛋白质组后修饰鉴定提供了强有力的技术保障。     

功能化磁性纳米材料在糖蛋白及糖肽富集中的研究进展

蛋白质糖基化作为最重要的翻译后修饰之一,在生物体诸如细胞信号转导、蛋白质翻译调控、免疫应答等诸多生命过程中发挥重要作用。此外,蛋白质的异常糖基化还与肿瘤等疾病的发生发展密切相关,这为以糖蛋白为目标的疾病生物标志物的发现提供了可能。尽管质谱已经成为糖蛋白质组学的重要分析工具,但糖肽的低丰度和低电离效率使得其直接质谱分析仍面临挑战。在糖蛋白质组学研究中,从复杂的生物样品中富集糖蛋白和糖肽是重要的环节。磁性固相萃取(MSPE)是一种操作简单、成本低和萃取效率高的样品预处理方法。在磁性固相萃取中,磁性吸附剂是影响萃取效果的关键,将功能化磁性纳米材料作为吸附剂进行糖蛋白质组学研究已经得到广泛应用。该文综述了糖分子、离子液体、凝集素、硼酸亲和配体、金属有机框架、共价有机骨架等功能化磁性纳米材料的制备及其在糖蛋白及糖肽富集中的应用。上述功能化磁性纳米材料具有高比表面积、大量作用位点等特点,其富集机理包括亲水相互作用色谱、凝集素亲和作用色谱、硼酸化学法和肼化学法等,主要应用于血清、血浆、细胞、组织、唾液等样品的糖蛋白和糖肽的富集。该文引用了近十年来发表的约90篇源于科学引文索引(SCI)与中文核心期刊的相关论文,并于文末对磁性纳米材料在糖蛋白和糖肽富集领域的发展趋势进行了展望。     

有机功能化介孔氧化硅的制备和表征

有机功能化的介孔氧化硅在催化领域、吸附分离、生物化学和电子学等领域有广泛的应用前景。本文综述了近年来有机功能化介孔氧化硅的研究进展,主要介绍了有机功能化的介孔氧化硅的制备方法、种类和表征手段,并对其未来发展前景进行了展望。有机功能化的介孔氧化硅的制备方法主要有接枝法、共缩聚法、有序介孔有机硅法和自模板法,常用的表征方法有粉末X-射线衍射分析、低温N₂吸附-脱附、透射电镜、红外光谱、热重分析、元素分析和²⁹Si、¹³C交叉极化和魔角旋转核磁共振等。     

功能化介孔二氧化硅的制备及其吸附分离水中铀的研究进展

铀是一种高效、清洁的核能燃料,但在核工业中不可避免地会产生含铀废水。如果不及时处理,泄漏到环境中,将对动植物和人类的健康构成威胁。因此,从能源回收和环境保护的角度来说,研究水溶液中U(Ⅵ)的分离工艺迫在眉睫。吸附技术因其可行性、效率高和操作简单等优点备受关注。功能化介孔二氧化硅材料具有比表面积大、孔容量大和吸附能力强等优点,是一种理想的吸附剂,在铀的吸附分离领域有着广泛的应用。本文在功能化介孔二氧化硅制备方法的基础上,结合X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、X射线吸收精细结构谱、X射线能谱分析和拉曼光谱等分析方法,对国内外目前水溶液中U(Ⅵ)吸附的表征及吸附机理进行了综述。虽然功能化介孔硅吸附铀已经取得了令人鼓舞和潜在的发展,但新型多功能吸附剂的设计和批量生产在实际环境的应用方面仍具有挑战性。     

介孔碳纳米材料的制备与改性

介孔碳纳米材料因具有快速传输通道、优异的导电性、极高的比表面积和出色的化学稳定性在众多领域受到广泛关注.实现介孔碳纳米材料的可控制备和精准改性是当前的研究热点和重点.基于此,本文分析总结了这类材料的制备和改性方法,并讨论了存在的问题和未来研究方向.     

改性介孔材料制备及其对低分子量蛋白质的在线选择富集研究

制备了3种内外表面修饰不同官能团的硅基介孔材料,采用傅立叶变换红外光谱对修饰后材料的官能团进行了表征,并采用高效液相色谱对材料选择性富集低分子量蛋白质的能力进行了考查。3种材料对低分子量蛋白质和小肽均具有选择性富集能力,其中乙烯-二醇材料的富集能力最好。采用乙烯-二醇介孔材料装填预柱,考察了其对低分子量蛋白质的在线富集能力。高分子量蛋白质(卵清蛋白,分子量43000Da)在该预柱上没有保留,在死时间里直接流出柱外,而低分子量蛋白质(胰岛素,分子量5700Da)在该预柱上得到了较好的选择性萃取。保留在柱上的低分子量样品通过提高流动相中的有机相含量进行洗脱。研究工作对低分子量蛋白质和小肽的在线富集提供了一种新技术。     

巯丙基功能化介孔纳米二氧化硅的合成

用三种不同的方法将巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)引入二氧化硅网络中, 合成了粒径为50-200 nm的巯丙基功能化的介孔纳米二氧化硅, 并利用透射电子显微镜, 热重分析等手段对其形貌与性能进行了表征. 在巯丙基官能团的作用下介孔纳米二氧化硅的形貌发生了重大改变, 由非常规则的六角形变为纳米棒. 控制反应时间可以调节介孔纳米二氧化硅的粒径大小, 用三乙醇胺代替氢氧化钠可以合成直径在100 nm以下的功能化介孔二氧化硅粒子. 为了保护巯基官能团, 选用了酸醇提取法去除模板. 另外, 对介孔二氧化硅粒子的形成机制也进行了探讨.     

具有红光发射的稀土上转换发光纳米晶及其介孔直接功能化

红光发射稀土上转换发光纳米晶(UCNPs)在光动力治疗(PDT)等方面具有特定的优势。将油溶性的UCNPs通过表面改性转变为水溶性,对其在生物医疗、疾病诊断等方面的应用具有重要意义。利用一种简单易行的方法将具有红光发射的UCNPs进行介孔直接功能化表面修饰,制备了一种具有良好水溶性的纳米材料NaYF4:Yb/Er/Mn@mSiO2。实验结果表明该材料核-壳结构明显,形貌均一,在980 nm的激发下保持了上转换发光特性。该材料在光动力治疗等方面具有良好的潜在应用价值。     

介孔分子筛MCM-41表面的有机胺功能化及其应用

采用γ-胺丙基三甲氧基硅烷与表面硅羟基的反应,对介孔分子筛MCM-41进行了有机胺功能化.并对其进行了表征.XRD、比表面积测定、元素分析、TG、FT-IR和TEM的测定结果均表明,MCM-41表面成功地接枝上了有机胺功能基团而六方结构特征基本保持.在有机胺功能化的MCM-41上固载Ru基催化剂,并将其用于CO2加H2合成HCOOH反应,所显示的活性优于相应的均相催化剂,并且该催化剂具有较好的回收再用性能.     

Boronic Acid Functionalized Core–Satellite Composite Nanoparticles for Advanced Enrichment of Glycopeptides and Glycoproteins

A core–satellite‐structured composite material has been successfully synthesized for capturing glycosylated peptides or proteins. This novel hybrid material is composed of a silica‐coated ferrite “core” and numerous “satellites” of gold nanoparticles with lots of “anchors”. The anchor, 3‐aminophenylboronic acid, designed for capturing target molecules, is highly specific toward glycosylated species. The long organic chains bridging the gold surface and the anchors could reduce the steric hindrance among the bound molecules and suppress nonspecific bindings. Due to the excellent structure of the current material, the trap‐and‐release enrichment of glycosylated samples is quite simple, specific, and effective. Indeed, the composite nanoparticles could be used for enriching glycosylated peptides and proteins with very low concentrations, and the enriched samples can be easily separated from bulk solution by a magnet. By using this strategy, the recovery of glycopeptides and glycoproteins after enrichment were found to be 85.9 and 71.6 % separately, whereas the adsorption capacity of the composite nanoparticles was proven to be more than 79 mg of glycoproteins per gram of the material. Moreover, the new composite nanoparticles were applied to enrich glycosylated proteins from human colorectal cancer tissues for identification of N‐glycosylation sites. In all, 194 unique glycosylation sites mapped to 155 different glycoproteins have been identified, of which 165 sites (85.1 %) were newly identified.     

Facile Synthesis of Boronic Acid‐Functionalized Magnetic Mesoporous Silica Nanocomposites for Highly Specific Enrichment of Glycopeptides

In the work, aminophenylboronic acid (APB)‐functionalized magnetic mesoporous silica, which holds the attractive features of high magnetic responsivity and large surface area, was developed to enrich glycopeptides. At first, magnetic mesoporous silica nanocomposites were prepared. And then, the nanocomposites were functioned with glycidoxypropyltrimethoxysilane (GLYMO) for boronic acid immobilization. Due to that the boronic acid group on the surface of magnetic mesoporous silica nanocomposites can form tight yet reversible covalent bond with glycopeptides containing cis‐1,2‐diols groups, the magnetic mesoporous silica nanocomposites were successfully applied to selective enrichment of glycopeptides. APB functionalized magnetic mesoporous silica was also demonstrated to have high selectivity for the glycopeptides in the presence of a 10‐fold excess bovine serum albumin (BSA) over horseradish peroxidase (HRP) in the tryptic digest. We also find that magnetic mesoporous silica has better sensitivity in HRP digest compared with that of commercial aminophenylboronic acid‐functionalized magnetic nanoparticles beads. The limit of detection for glycopeptides from glycoprotein HRP is about 0.01 ng/µL.     

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。     

氧化铝富集糖肽的研究

糖基化蛋白对于生命体的生长发育, 免疫调节, 细胞识别粘附等具有重要意义, 而异常的糖基化表达与风湿关节炎、肿瘤、阻塞性肺病等疾病密切相关. 因此糖蛋白结构检测对于研究生命活动至关重要. 由于在复杂样品中糖肽含量相对较少, 加之非糖肽的离子抑制作用, 使得糖肽的质谱检测有一定的挑战性. 因此发展一种有效富集糖肽的方法是必要的. 本实验中我们选用氧化铝对糖肽进行富集研究, 并考察了影响氧化铝保留多肽的机理. 我们利用氧化铝, 从HRP酶解液中共获得16个糖肽, 从IgG酶解液中共获得12个糖肽. 与直接检测样品酶解液和经商品化材料Sepharose富集后再检测相比, 检测到糖肽的个数增多. 实验数据证明氧化铝富集糖肽具有较好的选择性和覆盖率.     

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。     

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.     

介孔氧化铁材料快速、高效富集分离磷酸化肽段和蛋白的新方法研究

以0.1μmol/Lβ-casein磷酸化蛋白酶解液为对象,利用在酸性条件下对PO43-能够特异性吸附的氧化铁材料为新载体,对介孔氧化铁材料富集分离磷酸化肽段的孵育液酸含量、孵育液有机溶剂含量和洗脱液选择的条件进行了优化,结果表明:室温条件下,在含有0.1%乙酸和30%乙腈的孵育液中孵育5min后,经1mol/LNH3.H2O溶液的洗脱,介孔氧化铁可有效地将磷酸化肽段从蛋白酶解液中富集分离。本方法也可以选择性地提取α-casein磷酸化蛋白,实现了简单、快速、高效的磷酸化肽段和蛋白的富集分离。同时,通过MALDI-TOF串级质谱分析,成功地完成了在优化条件下分离出的磷酸化肽段磷酸位点的鉴定。     

有机-无机介孔材料分离富集痕量铅及其火焰原子吸收光谱法测定

以正辛胺及γ-巯丙基三乙氧基硅烷在氯化钾溶液中反应,制得一种有机-无机介孔材料,并应用于分离富集痕量铅,试验了溶液pH值、温度、洗脱条件及干扰离子对铅(Ⅱ)分离富集的影响,结果发现该材料对铅(Ⅱ)的吸附具有较高的选择性和较大的吸附容量。在pH 6.0、试验温度为(20±1)℃条件下,铅(Ⅱ)可被该材料定量吸附。其静态饱和吸附容量为26.37 mg·g~(-1)。吸附的铅(Ⅱ)可用0.2 mol·L~(-1)硝酸-0.5 mol·L~(-1)乙酸混合酸溶液洗脱,再用火焰原子吸收光谱法测定。该方法测定铅(Ⅱ)的检出限(3s/k)达到1.5μg·L~(-1),线性范围在0.80 mg·L~(-1)以内。此法应用于环境水样中痕量铅的测定,加标回收率在96.7%～105.0%之间。测定值的相对标准偏差(n=7)在1.66%～2.05%之间。     

Highly Efficient Solid‐Phase Labeling of Saccharides within Boronic Acid Functionalized Mesoporous Silica Nanoparticles

Labeling is critical for the detection, quantitation, and structural identification of saccharides. However, conventional liquid‐phase labeling suffers from apparent disadvantages, such as time‐consuming, the presence of excessive labeling reagent, and high applicable saccharide concentration. A solid‐phase approach is presented for highly efficient labeling of saccharides, using boronic acid functionalized mesoporous silica nanoparticles (MSNs) as a selective extraction sorbent and nanoscale reactor. The solid‐phase labeling approach exhibited several significant advantages, including: much faster reaction speed (taking only 2 min), high product purity, and much lower applicable saccharide concentration (four orders of magnitude lower than that of liquid‐phase labeling). Thus, this labeling approach opens up new avenues to the facile and efficient labeling of saccharides.