叠杯状碳纳米管%26氧化石墨烯的生物分离应用.pdf

天津大学硕士学位论文


叠杯状碳纳米管&氧化石墨烯
的生物分离应用


The Biological Separation Applications of
Cup-stacked-type Carbon Nanotubes &
Graphene oxide



专业:化学工程
研究生:刁秀辉
指导教师:张凤宝教授



天津大学化工学院
二零一二年七月

1
独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得
的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经
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位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已
在论文中作了明确的说明并表示了谢意。


学位论文作者签名: 签字日期: 年月日




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学位论文作者签名: 导师签名:

签字日期: 年月日签字日期: 年月日



2
中文摘要
新型碳纳米材料——叠杯状碳纳米管和石墨烯——具备优异的物理化学性
质,探索和开发其生物及医学应用具有重要的理论价值及现实意义。本论文的
工作是根据叠杯状碳纳米管(Ts)和石墨烯(Graphene)的结构与特点,开发
和探索其在蛋白质分离方面的应用。具体研究内容包括:(1)磁性 Ts 用于
蛋白质分离;(2)APBA 改性的氧化石墨烯用于抗体捕获。
Ts Ts),制备过程中会
有 Fe 纳米颗粒被包覆于其顶端,使得 Ts 具备磁性;Ts 的叠杯状结
构,易于对其进行化学修饰而增强生物兼容性。作者将 Ts 作为理想的磁
性分离系统,以 IgG 抗体为分离对象,首次探讨磁性 Ts 定向分离抗体的
效果及优势。主要工作如下:(1)通过自由基加成和酰胺化反应对磁性 Ts
改性,使其表面修饰大量的 3-氨基苯硼酸(APBA)同时保持其磁性;(2)获得
APBA 修饰的 Ts 能够与抗体 Fc 上的糖基反应,实现对抗体 IgG 的定向结
合;(3)通过抗体-抗原的特异性反应,证明了获得的磁性的 Ts 和抗体 IgG
的复合物能迅速的与抗原反应,达到分离蛋白质的目的。得到结论如下:首次
利用磁性 Ts 为分离载体,实现了对抗体(二抗)的高效分离。因为其反应
的专一性和高效性,这个新的磁分离系统在细胞分离和生物分离中将应用前景
广阔。
作为碳纳米家族的最新成员,Graphene 难以在水溶液及生物体系中稳定;
与 Graphene 不同,Graphene oxide 具有良好的亲水特性。本部分工作中,作者
证明了一种有用的、简单的、通用的方法将糖蛋白(抗体)共价结合到 Graphene
oxide 上。主要工作:(1)采用 Hummer 法成功的制备;(2)通过化学改性,将
Graphene oxide 表面修饰大量的硼酸基团;(3)获得 APBA 修饰的 Graphene oxide
(NGO–APBA)与抗体 Fc 上的糖基结合,定向结合抗体 IgG 分子。(4)获得
NGO–APBA 和抗体复合物(NGO–APBA–IgG conjugates)迅速的与抗原反应,达
到分离蛋白质的目的。因为其反应的专一性和高效性,我们预测这个 Graphene
oxide–生物系统将为 Graphene oxide 的生物应用开辟打开新的途径。


关键词:叠杯状碳纳米管氧化石墨烯生物应用蛋白质


3
ABSTRACT
Carbon nanomaterials have interesting chemical and physical properties,
especial Cup-stacked-type Carbon Nanotubes (Ts) and Graphene, and
investigating the biological applications of new carbon nanomaterials is of
theoretical and practical significances