葡聚糖凝胶的制备及应用

发布日期:2022/4/11 13:17:59

背景及概述

交联葡聚糖凝胶(Sephadex gel)是具有多孔性三度空间网状结构的高分子化合物，属于软性凝胶，其微孔能吸人大量的溶剂。凝胶能溶胀至它们的干体积的许多倍，并得到与吸入溶剂体积成比例的孔隙度，在生物化学中广泛用于蛋白质、核酸、酶和多糖类高分子物质的分离，是生物大分子分离纯化技术中不可缺少的一类介质。其分离基础是根据溶液中这些物质分子体积大小进行过筛。交联葡聚糖凝胶起分子筛的作用，很少涉及表面吸附问题。八十年代中期在分析化学、无机化学和物理化学领域人们开展交联葡聚糖凝胶表面吸附性能的研究，发现它是一种优良的固体吸附剂，从而广泛用于色谱分离，固相吸附及分析等领域。

葡聚糖凝胶的制备

交联葡聚糖是最早发展的有机凝胶，它的制备一般是先用细菌发酵的方法，以蔗糖为培养基经过肠膜状明串珠菌、葡聚糖明串珠菌及黄杆菌发酵生成高分子量的葡聚糖，分子量范围在1×10⁷-3×10⁸，然后用稀盐酸降解成平均分子量4X10⁴-20 X 10⁴的葡聚糖。将葡聚糖悬浮在油中，加入交联剂环氧氯丙烷后通过醚键相互交联聚合而成G类凝胶。随着制备时交联度的变化，网孔大小也随而异。交联前平均分子量低的交联葡聚糖，制备成渗透极限低的凝胶填料，交联前平均分子量高的交联葡聚糖，制备成渗透极限高的凝胶填料。在G类交联葡聚糖凝胶上引入二乙氨基乙基的弱碱性阴离子交换剂，制得二乙氨基乙基葡聚糖凝胶A(A表示阴离子交换剂)。由于分子中含有胺基和羟基，所以对水有强的亲合力。放在水中膨胀形成凝胶颗粒。在G类交联葡聚糖凝胶上引入二乙基-(2-羟丙基)氨基乙基的强碱性阴离子交换剂获得委铵乙基交联葡聚糖胶A。如果引入羧甲基的弱酸性阳离子交换剂可得到既具有离子交换性质，又具有G类葡聚糖凝胶的优点(如非特异性吸附很少，不易使包括酶在内的蛋白质变性等)的羧甲基交联葡聚糖凝胶C-25、C-50。引入磺酸乙基、磺酸丙基的强酸性阳离子交换剂，则得到SE-葡聚糖凝胶C-25、SP-葡聚糖凝胶C-25。交联葡聚糖凝胶LH-20系在葡聚糖凝胶G-25上引入羟丙基制得，它既具有亲水性，又具亲脂性[1]。

葡聚糖凝胶的性质

交联葡聚糖凝胶为白色珠状微粒，在电子显微镜下放大7000倍时能看到有网络皱纹。交联葡聚糖适用于水，二甲基亚砜，甲酰胺，乙二醇以及水和低级醇的混合物。在水、盐水溶液、有机溶剂，碱性和弱酸性溶液中稳定，在强酸性溶液中糖苷键会水解，但是实验表明凝胶浸泡在0．1M HCl中1-2小时没有显著变化，在0．02M的HCI中可浸泡半年之久而不受影响。使用时要避免氧化剂的存在。由于凝胶骨架上含有大量的羟基有很强的吸附能力。Sephadex的型号很多，其中G型属亲水型凝胶，型号是根据交联度来编制的，型号中的数字为吸水量的十倍。例如G-10的“10”表示此干凝胶每克的吸水量为1．0毫升。“交联度”是指交联剂在原料中所占的重量百分比，交联度越大，凝胶的网结构愈紧密，吸水后膨胀愈小，能分离的分子量越小，反之交联度越小，网状结构愈疏松，吸水后膨胀愈大。交联葡聚糖中有很多孔隙，小分子可以进入孔隙之中；大分子不能进入孔内，只能随流动相在凝胶颗粒间隙中流动，最先被淋洗出来，因此能作为分子筛使用，分离大小不同的分子。此分离方法叫凝胶过滤法。在蛋白质、多肽和氨基酸的分离中起着重要作用。交联葡聚糖凝胶在潮湿状态下保存易长霉。较长时间不用，应根据需要选择加入防腐剂，如氯仿和甲苯等。

图1 葡聚糖凝胶的色谱性能

交联葡聚糖的应用

将巯基团引入交联葡聚糖骨架上，制得了巯基交联葡聚糖凝胶，该凝胶对多种重金属离子有良好的吸附和分离性能，吸附容量大，洗脱容易，而且机械强度好，使用方便。利用巯基交联葡聚糖凝胶分离富集光度法可测水样中微量的镉、铁和硒。Pablo等人将QAE-Sephadex用于流动注射光度法测定每毫升纳克级的镉。交联葡聚糖凝胶还被用于放射化学领域吸附分离放射性元素Ce、U等。用交联葡聚糖凝胶吸附测定海水中痕量的C0等金属离子。交联葡聚糖凝胶吸附富集碳酸溶液中的Ge，然后洗脱，可测定岩石中每千克毫克级的Ge。

交联葡聚糖凝胶优良的吸附性能，只需很少量的凝胶能将大体积溶液中的微量物质选择性地吸附富集。固相分光光度法是直接测定吸附富集了待测物质的凝胶相吸光度，故灵敏度和选择性远远高于溶液分光光度法，一般要提高1～2个数量级。交联葡聚糖凝胶相分光光度法测定痕量级的金属离子，有机物在分析化学应用的研究报道很多，例如用Sephadex QAEA-25凝胶吸附V5+，在560及850nm测量凝胶的吸光度，可直接测定原油及天然水中的微量矾。CM-Sephadex能够吸附形成络离子的稀土元素，将含有荧光特性的稀土络离子的试样溶液导入一个(内径1．5mm)熔合的石英管(装有lmg CM-Sephadex)中，凝胶相荧光强度增大，从而吸附其上的稀土元素能够被直接而精确地测定，被测的稀土元素为铕、铽、镝、钐。Sephadex G一25凝胶用于同步固相荧光光度法测定水中的苯并芘。交联葡聚糖凝胶用于一阶导数同步固相荧光光度法，可同时测定混合溶液、自然水中的AL、Be、Mo和w。有人用硅钼兰凝胶相双波长分光光度法直接测定高纯稀土氧化物中的痕量硅。此外，还有用交联葡聚糖凝胶吸附杂多阴离子固相双波长光度法测定痕量砷和磷的报道。