[发明专利]一种海胆状核-壳型Fe3O4@TiO2磁性微球及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于无机材料和分析技术领域，具体涉及一种海胆状核-壳型的磁性微球及其制备方法和应用。

本发明提出的磁性微球，可作为一种亲和探针对含复杂肽段生物样品中痕量磷酸化肽实现高选择性富集，并结合MALDI-TOF/MS对富集到的磷酸化多肽进行分析和鉴定。该材料在蛋白组学等领域有良好的实用价值和应用前景。

背景技术

蛋白质的磷酸化是蛋白质翻译后修饰的重要方式之一，在细胞中蛋白质的磷酸化是一种普遍的现象，这些磷酸化的蛋白在细胞信号传导，细胞分化和细胞生长等生命过程起着重要调节作用。因此对于磷酸化蛋白的结构鉴定和磷酸化水平的分析对于解释蛋白磷酸化如何调节生命过程具有十分重要的意义。近年来，生物质谱已经成为磷酸化蛋白结构解析的有力工具。然而，由于磷酸化肽段丰度低且在质谱分析中的离子化效率相对较差，样品中非磷酸化肽段信号严重干扰了磷酸化肽段的检测。因此，在质谱分析之前对磷酸化肽段进行选择性富集是非常必要的。

目前，在磷酸化多肽富集领域最为典型的两种技术是固定金属亲和色谱和金属氧化物柱色谱。人们将不同的金属离子，比如钛，锆，铁，镍等固定于不同的柱基质上，尤其于近年来和整体柱填料结合解决了大部分磷酸化多肽富集问题。但是该法除了树脂固有“孔洞效应”造成富集到的磷酸化多肽无法被检测外，一般由于金属离子通过螯合技术键合在树脂表层，作用力薄弱，在反复使用过程中容易造成金属离子流失，富集能力下降。此外，整体柱型固定离子亲和色谱多借助液相色谱泵来促使样品溶液，淋洗液和洗脱液通过亲和基质，使得整个预处理过程十分繁琐。金属氧化物表现出的高亲和性能和稳定性越来越赢得人们的青睐。一度人们热衷于制备各种氧化物的微球，像氧化锆，氧化钛，氧化铁以及一些氧化物的复合粒子。不过这些氧化物微球多采用装填成柱子或者直接离心分离的方法用于磷酸化肽段的分离富集。但是，装柱多涉及平衡，上样，淋洗，洗脱及脱盐等处理过程，使用相对复杂繁琐；使用高速离心可能高质量的非磷酸化肽段和磷酸化肽段共沉淀下来而造成部分低含量磷酸化多肽漏检。

近年来，磁性纳米粒子以高比表面积，易表面修饰和快速的外磁场响应，易回收等优越性能已经被广泛的应用于核磁成像，催化，传感，疾病治疗，富集等领域。逐步的人们将磁性粒子与磷酸化多肽的亲和基团，诸如金属离子和金属氧化物相结合，形成独特的核-壳型复合材料，应用于磷酸化多肽选择性富集领域，尤为突出的是，磁性材料经过富集后可以直接点靶进行MALDI分析，无需洗脱，因此大大简化了整个样品预处理过程。但是，现有的金属氧化物磁性材料比表面积偏小，表层亲和位点不足，造成磷酸化肽段富集效果不是太理想。因此，合成高比表面积的包覆金属氧化物型的磁性材料，对于实现高效、快速磷酸化肽段的选择性富集中有重要意义。一维纳米棒具有较高的表面积/体积比，相对为球体而言能提供更对的活性位点。从一定意义上讲，提高了相互作用的比表面积。本发明提供的海胆状核一壳型的磁性微球集合了磁性材料快速外磁场响应和金属氧化物稳定性的优点，具有很高的比表面积，不但简化了磷酸化多肽富集过程，提高了富集通量，而且这种合成方法更为新型磁性材料的合成提供了新思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种海胆状核-壳型磁性微球及其制备方法和应用。

一种海胆状核-壳型的磁性微球，于四氧化三铁磁性微球表面包裹一层SiO₂材料层，形成核壳结构的磁性微球材料，然后在核壳结构的磁性微球材料表面制备一层TiO₂纳米棒，形成海胆状结构；其中，四氧化三铁磁性微球的粒径为150-350nm，中间层氧化硅层的厚度为30-60nm，外层海胆状TiO₂纳米棒的直径50-100nm，长度200-500nm。

该发明所述的海胆状核-壳型磁性微球的具体合成方法是：通过溶剂热还原法合成四氧化三铁超顺磁微球，之后用正硅酸四乙酯通过溶胶凝胶法包覆一层二氧化硅，以酞酸丁酯为钛源于表层沉积一层锐钛矿纳米晶，最后通过水热生长法在磁球表层形成金红石纳米棒。具体合成方法如下：

第一步用溶剂热还原法合成Fe₃O₄磁性微球：以1-1.5gFeCl₃·6H₂O为原料，用40-60mL乙二醇作分散剂，加入3-5g乙酸钠和1-2g聚乙二醇，反应温度为200℃，反应时间为6-12小时，得到Fe₃O₄磁性微球。