羟基磷灰石对生物分子吸附性能研究

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羟基磷灰石(HAP)是一种性能优良的生物无机材料,具有良好的生物相容性和化学稳定性。HAP表面有大量的含氧物种和缺电子中心,可以与很多含羟基、醛基等活泼基团的生物分子以化学键或非键方式偶联。因此,HAP又是生物分子的优良载体,在生物、医学以及它们与化学、材料、电子等学科交叉领域具有十分广阔的应用前景。本论文以具有微米通道结构的HAP为载体,研究了HAP对可溶性淀粉、α-淀粉酶和胃蛋白酶的吸附性能,为HAP在生物分子的分离、富集、体内及离体检测等方面的应用研究奠定理论和实验基础。实验过程中采用紫外-可见(UV-Vis)分光光度法分析了经过HAP吸附前后,可溶性淀粉、α-淀粉酶和胃蛋白酶溶液浓度的变化,研究了HAP对可溶性淀粉、α-淀粉酶和胃蛋白酶的吸附情况和吸附效率;采用SEM和EDS分别对吸附实验前后被吸附溶液的光谱结构和HAP的形貌及化学元素组成进行了表征,为研究HAP对上述生物大分子的吸附性能提供了依据。实验结果表明,在本实验条件下,HAP对可溶性淀粉、α-淀粉酶及胃蛋白酶的吸附性能迥异。HAP对可溶性淀粉的吸附作用较强,吸附效率大于90%。我们分析认为,淀粉分子链上的羟基和醛基等可以与HAP表面的含氧基团结合,形成化学键或者氢键,从而使淀粉分子单层吸附在HAP微米通道的内壁上。HAP对α-淀粉酶有一定的吸附作用,吸附效率最高46%;而HAP对胃蛋白酶则不产生吸附。分析认为,HAP对可溶性淀粉、α-淀粉酶和胃蛋白酶的吸附行为不同的原因不仅与这三种生物大分子的性质有关,还与HAP表面呈极性有关。α-淀粉酶和胃蛋白酶均为蛋白质分子,蛋白质的多级结构使分子中的疏水基团多指向蛋白质分子外部,使其具有一定的疏水性,因此不容易吸附在HAP的极性内壁上。然而,α-淀粉酶是一种钙依赖型的酶,Ca2+存在可以提高α-淀粉酶的稳定性,而HAP表面大量的缺电中心的主要阳离子就是Ca2+。所以α-淀粉酶可以通过电荷补偿而被吸附在HAP表面,从而表现为HAP对α-淀粉酶有有限的吸附能力。而胃蛋白酶分子量更大,表面亲核基团和亲电基团的数量较少,因此很难进入到内壁呈极性的HAP微米通道之中,因此HAP不吸附胃蛋白酶。
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