磁性纳米颗粒分离蛋白质的研究进展

◎邱碧霞，许亚丽，翟颖红，王俊伟，苏宇杰

（1.江南大学食品学院，江苏 无锡 214122；

2.江苏康德蛋业有限公司，江苏 南通 226600）

磁性纳米颗粒分离蛋白质的研究进展

◎邱碧霞1，许亚丽1，翟颖红1，王俊伟2，苏宇杰1

（1.江南大学食品学院，江苏 无锡 214122；

2.江苏康德蛋业有限公司，江苏 南通 226600）

蛋白质作为食品中的一种重要成分，其分离纯化技术受到许多科研工作者的关注。近年来，磁性纳米颗粒在蛋白质分离技术中的应用迅速发展，研究者们在磁颗粒表面上结合不同的基团，如螯合物、官能团、与模板蛋白对应的聚合物结构等，来实现对不同蛋白质的特异性分离和纯化。

磁性纳米颗粒；蛋白质分离；研究；进展

磁性纳米颗粒（MNPs）是20世纪80年代出现的一种新型纳米颗粒材料，具有优良的超顺磁性和较高的矫顽力，易在外加磁场的作用下从反应介质中分离出来，不需要离心、透析、过滤等操作，这使得磁性纳米颗粒的应用范围越来越广。

蛋白质是食品与医药领域中具有巨大前景的生物大分子。随着对蛋白功能特性与应用潜力研究的深入，对原料体系中的蛋白进行快速高效分离提取也逐渐成为蛋白研究的热点。但到目前为止，原料体系中蛋白的分离提取仍然以传统的蛋白质纯化方法为主，如盐析、结晶、超滤、离子交换层析等，这些方法步骤繁多、操作复杂，且对环境污染较大。而磁性粒子用于蛋白质分离纯化的研究发展迅速，其对蛋白质的分离具有高效、快速的优势。

1　磁性纳米颗粒的分类

磁性纳米颗粒为了应用于与生命健康相关的蛋白质分离过程中，必须具备化学稳定性和生物相容性的特点，如果用于体内实验，则还需具有生物可降解性等特点。磁性纳米颗粒主要有3种类型：①无机磁性纳米颗粒，其磁性材料为磁性金属或金属氧化物，目前应用的最为广泛的是Fe3O4；②核壳型磁性高分子纳米颗粒，一般是由无机磁核和聚合高分子外壳组成。除此之外，也可做成夹心式结构，即内层为高分子材料，中间为磁性材料，外层为功能化层；③核壳型磁性无机物纳米颗粒，主要是指由金属和二氧化硅等无机物基体与一些具有超顺磁性的纳米粒子组成。

2　磁性纳米颗粒分离活性蛋白的应用

磁性纳米颗粒对蛋白质的分离原理是利用功能化的磁性纳米颗粒表面配体与蛋白质受体的特异性结合，通过施加外加磁场实现对磁性粒子的快速分离，从而实现对蛋白质受体的特异性分离。

从近年来的研究中可以发现，许多学者通过在磁性纳米颗粒表面修饰螯合物或者在硅壳表面上直接附着官能团，制备了许多可以特异性识别、吸附、分离蛋白质的磁性纳米颗粒。Xu等［1］通过合成M/Fe2O3-DA-NTA（NTA=氨基三乙酸）磁性复合纳米粒子对相应的特异性蛋白进行了分离。Yanhua Huang等［2］通过合成Fe3O4@GO-DES，以附着了Fe3O4的石墨烯氧化物为磁性纳米材料，结合以氯化胆碱为基础的几种低共熔物形成磁性纳米颗粒，成功分离纯化了牛血清蛋白、卵清蛋白、牛血红蛋白和溶菌酶。Quaresma， P.等［3］以金原子为壳，磁性材料为核，制备星形的磁性纳米颗粒，在该磁性纳米颗粒表面修饰了Ni-NTA作为生物功能分子基团来与组氨酸结合。因此，该磁性纳米颗粒可以从细胞粗提液中特异性识别吸附以组氨酸结尾的麦芽糖蛋白。

硅壳磁性纳米颗粒除了具备内核材料的超顺磁性外，其硅壳表面还可引入-NH2、-COOH、-OH等多种具有生物化学活性的官能团，从而结合各种蛋白质或多肽分子，因而在生物分离领域具有广阔的应用前景。

3　展望

将磁性纳米颗粒应用于蛋白质等生物大分子分离纯化仍然是比较新颖的分离技术。然而磁性粒子针对蛋白质的分离研究大都局限在简单体系中对标准蛋白质的吸附条件和吸附容量测定等方面，且蛋白的研究种类集中在某些常见实验用标准蛋白，如牛血清蛋白、牛血红蛋白等，对复杂体系的研究相对较少。所以，应进一步开展实际样品中对特定的重要蛋白质分离纯化的方法研究，并且需要对磁性颗粒与蛋白质的作用机理进行更深入的探讨，使得其在蛋白质的分离纯化中能够应用得更加广泛。

[1]Xu C J，Xu K M，Gu H W，et al. Dopamine as a robust anchor to immobilize functional molecules on the iron oxide shell of magnetic nanoparticles[J]. J Am Chem Soc，2004，126（32）：9938-9939.

[2]HuangY H，WangY Z，PanQ，et al. Magnetic graphene oxide modified with choline chloride-based deep eutectic solvent for the solid-phas e extraction of protein [J]. Anal Chim Acta，2015（877）：90-99.

[3]Quaresma P，Osorio I，Doria G，et al. Star-shaped magnetite@gold nanoparticles for protein magnetic separation and SERS detection[J]. Rsc Adv，2014，4（8）：3659-3667.

The Research Progress on Protein Separation by Magnetic Nanoparticles

Qiu Bixia1， Xu Yali1， Zhai Yinghong1， Wang Junwei2， Su Yujie1
（1. School of Food Science and Technology of Jiangnan University， Wuxi 214122， China；
2. Jiangsu Kang De Egg Industry Co.， Ltd.， Nantong 226600， China）

Protein is an important component in food， and its separation and purification technology is concerned by many researchers. In recent years， magnetic nanoparticles in protein separation technology in the application of rapid development， the researchers in magnetic particle surface with different groups， such as chelate， functional group， and the template protein corresponding to the polymer structure to achieve the spec ificity of different protein separation and purification.

Magnetic nanoparticle； Protein separation； Research； Progress

O482.54

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.06.017

江苏省产学研联合创新资金——前瞻性联合研究项目（编号：BY2014023-02）

邱碧霞（1993-），女，广东汕头人，硕士研究生，主要研究方向为食品生物技术。