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新型水凝胶膜连续、高选择性制备生物大分子晶体研究
大连理工大学膜科学与技术团队 / 时间:2018-07-26 11:44:43

  据大工膜科学与技术微信公众平台2018年7月26日讯 连续、高选择性制备特定形貌、晶型、粒度特征的生物大分子晶体,对蛋白质结构解析、高端生物医药制备等具有重要意义。研发精准的结晶调控技术和连续化制备平台是这一领域的研究核心。

新型水凝胶膜连续、高选择性制备生物大分子晶体研究


  大连理工大学膜科学与技术团队的姜晓滨教授提出构建基膜-水凝胶预聚物-玻璃板构成的“三明治结构”,使N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)组成的预聚物介于玻璃板与基膜间的隔氧环境中,大大提高了聚合速率及水凝胶复合膜(NIPAM-PEGDA HCMs)结构稳定性、机械强度,保证了连续结晶过程的稳定应用。

新型水凝胶膜连续、高选择性制备生物大分子晶体研究

图1.(A)HCMs制备工艺示意图;(B)膜结构表征:a-PP原膜表面;b-溶胀的PEGDA HCM表面指纹状结构;c-溶胀的PEGDA HCM断面结构;d-NIPAM-PEGDA HCM表面结构;e-NIPAM-PEGDA HCM断面结构;f-过厚的水凝胶层导致复合层与基膜分离;g-连续在水溶液中浸泡4周的NIPAM-PEGDA HCM断面结构;h-制备晶体后的NIPAM-PEGDA HCM断面结构(连续使用7天)。


  该水凝胶膜兼具NIPAM和PEGDA材料的温度敏感、pH响应能力,同时,聚合物分子网格在结晶溶液中平均尺寸变化,形成“指纹状”褶皱,这种仿生结构可控的网格收缩和扩张有效地调节离子的吸附和传输能力,从而使水凝胶界面的非均相结晶成核微环境高度可控。

新型水凝胶膜连续、高选择性制备生物大分子晶体研究

图2.(A)HCMs的离子吸取及重结晶实验示意图;(B)不同网格结构的HCMs示意图;(C)不同PEGDA:NIPAM比例的HCMs的表面无机盐结晶成核密度和形貌。


  所研发的水凝胶膜装配在多通道连续膜结晶平台中,应用于模型蛋白溶菌酶的连续结晶生产。不同于PP膜和PEGDA自聚水凝胶膜结晶平台制备的晶体产品(棒状、片状混杂,粒度分布宽,平均粒径仅为20μm),NIPAM-PEGDA HCMs膜结晶平台制备的产品具有极高的形貌和尺寸选择性:既实现了晶面生长完整的拟球体晶形的高选择性制备(选择性>97%),又通过调控温度、pH值,制备出全新的具有显著多向成核生长特征的“花形”晶体,平均粒径达120 μm,选择性>98%。在这一高效制备平台中,还可通过增大洗脱液离子浓度,强化晶体的连续生产能力,在保证高形貌选择性的同时(选择性>97%),将晶体生产时间缩短30%以上。

新型水凝胶膜连续、高选择性制备生物大分子晶体研究

图3.(A)HCMs膜结晶流程示意图;(B)膜组件单元分解示意图;(C)多通道连续实验平台(D)PEGDA-NIPAM HCMs的晶体成核调控及高选择性生长机理与实验结果。


  以上相关成果发表于ACS Applied Materials & Interfaces (10.1021/acsami.8b08381)。论文的第一编辑为硕士生王林,通讯编辑为姜晓滨教授。此领域的研究工作得到了国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金面上项目(21527812,21676043)、科技部重点领域创新团队和大连理工大学“星海”人才计划支撑。

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