功能化石墨烯富集蛋白质的机理探索

石墨烯的功能化修饰可扩展其性能和应用，有重要的理论研究和实际应用价值。本项目拟通过共价键和非共价键作用在石墨烯分子中引入不同类型的官能团，实现石墨烯的功能化修饰并加以表征；以不同分子量的蛋白质为富集对象，考察不同功能化石墨烯对蛋白的富集效果并评价各种功能化石墨烯对蛋白富集的选择性，结合荧光光谱、拉曼光谱等谱学分析，初步探索功能化石墨烯富集蛋白的机理。在此基础上，将功能化石墨烯应用于复杂生物样本中蛋白质组的富集研究，建立复杂体系中蛋白的富集新方法，为蛋白质组学研究提供技术支撑，同时拓展了石墨烯的应用领域。本课题涉及材料科学、分析化学和生命科学多学科交叉渗透，其研究具有重要意义。

本项目以石墨烯类纳米材料为吸附剂，探索石墨烯及其功能化复合物对蛋白质的富集作用。基于这一目标，本项目从三个层次进行研究：（1）石墨烯的富集作用研究。主要以石墨烯作为吸附剂，结合基质辅助激光解吸离子化飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）技术和超高效液相色谱技术，对多肽、蛋白质及小分子化合物进行富集研究，结果表明石墨烯对多肽、蛋白质及小分子化合物均具有较好的富集效果，而且富集效果与目标分子的结构有一定的相关性；与此同时，本项目尝试将氧化石墨烯修饰到毛细管柱内壁并应用到毛细管电泳技术中，已经实现手性药物、天然产物活性成分的分离，并初步应用于蛋白质的检测，取得较为满意的检测效果。（2）磁性石墨烯对多肽、蛋白质的富集研究。主要是利用磁性材料在外加磁场下易于分离的特性实现磁性石墨烯对多肽、蛋白质的富集研究。项目成功合成了四氧化三铁-氧化石墨烯复合物及四氧化三铁-氧化石墨烯-壳聚糖复合物并分别探索对多肽、蛋白质的富集作用，MALDI-TOF-MS检测结果表明经磁性氧化石墨烯壳聚糖复合物富集后，蛋白细胞色素C的质谱信号明显增强；而且石墨烯复合物吸附蛋白质后不用洗脱可以作为辅助基质直接应用于质谱分析。（3）探索具有高选择性的功能化石墨烯复合物的合成。分别从以下两种策略来实现选择性的提高：其一是以石墨烯为基底材料，对石墨烯进行双(3-氨基丙基)封端的聚乙二醇修饰，基于荧光共振能量转移原理组装适配体传感器可以实现蛋白溶菌酶的高灵敏检测；其二是以氧化石墨烯为基底材料，在其表面引入分子印迹聚合物来提高石墨烯富集目标化合物的选择性，已经建立了基于氧化石墨烯-分子印迹聚合物-中空纤维的固相微萃取技术并实现了复杂样品中目标成分的检测，效果令人满意；后续将进一步拓展到研究制备磁性氧化石墨烯蛋白质分子印迹材料，实现对蛋白更好的选择和富集效果。