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研究生:盧韋名
研究生(外文):Wei-Ming Lu
論文名稱:利用無機層材進行牛血清蛋白之吸脫附行為研究
論文名稱(外文):Study on the Adsorption and Desorption Behavior of Bovine Serum Albumin (BSA) in Inorganic Layered Materials
指導教授:蔡宗燕
指導教授(外文):Tsung-Yen Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:化學研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:109
中文關鍵詞:吸附脫附無機層材牛血清蛋白
外文關鍵詞:Bovine Serum AlbuminDesorptionAdsorptionInorganic Layered Materials
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本研究選用六支不同陽離子交換當量(CEC)、與負電荷層分佈在四面體或八面體的黏土礦以及正電荷層的層狀雙氫氧化合物(LDH) 作為蛋白質吸附與脫附的兩類不同載體。由於牛血清蛋白(BSA)的胺基酸具有兩性電離性質,在小於其等電點(pH 4.8)的環境下帶正電荷,大於其等電點之pH值的環境下帶負電荷,而無機層狀材料因為晶格缺陷使其表面帶有電荷,利用離子交換法可與蛋白質吸附/插層及脫附,實驗中無機層狀材料調控在磷酸緩衝溶液 pH 2.5 、4.8、9.5 的條件下進行吸附,由此得知 pH 值對吸附度的影響,另一方面改變牛血清蛋白相對濃度,分別為與無機層狀材料重量比一倍至六倍的濃度,尋找出飽和吸附度,經由上述條件篩選出最佳之吸附材再進行脫附實驗,經由重複吸脫附三次探討脫附率及吸附材之生命週期。無機材層狀材料之吸附度利用熱重分析儀(TGA)及紫外可見光光譜儀(UV-Visible)進行定量及比較,吸附後之無機材層狀材料利用X光繞射儀(XRD)、穿透式電子顯微鏡(TEM)、傅立葉轉換紅外線光譜儀(FT-IR)探討無機材層狀材料之吸附機制,並由介面電位分析儀(Zeta Potential Analyzer)探討無機材層狀材料之電性變化。
In this work, protein adsorption into and desorption from two different types of carriers, which have different ion exchange capacity (IEC), such as clays with negative charges distribution on the structural surface and layered double hydroxide (LDH) with positive charge distribution on the surface, were investigated. Bovine Serum Albumin (BSA) is zwitterions, which could be adjusted by different pH at 2.5、4.8、9.5 to form the positive, neutral, and negative charges on the surface respectively. When the pH is lower than the isoelectrical point (pH=4.8) of BSA, there is more BSA with positive charge which is adsorbed and intercalated into the gallery of layered materials due to electrostatic attraction. When the pH is higher than the isoelectrical point (pH=4.8) of BSA, there is more BSA with negative charge which is desorbed from the gallery of layered materials due to electrostatic repulsion. In order to study the saturated point of adsorption, the relative concentrations of BSA have been changed and screened the best adsorbent via the above-mentioned experiments. The best adsorbent were adsorbed and desorbed three times to known the material life cycle.
Adsorptive capacity was measured by gravimetric analysis (TGA) and UV-Visible spectrometer (UV-Visible). X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), Fourier Transform Infrared (FT-IR),and Zeta potential analyzer are employed to explain the mechanism of adsorption and desorption of BSA in this purification process.
目錄
摘要 I
Abstract II
謝誌 III
目錄 IV
圖索引 VII
表索引 XI
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2文獻回顧 2
1-2-1層狀材料 2
1-2-2蛋白質介紹 9
1-2-3蛋白質純化 11
1-2-4 離子交換層析 14
1-2-5蛋白質吸附原理 15
1-2-6生物載體 17
1-3研究動機 18
第二章 藥品與儀器 19
2-1實驗材料 19
2-2實驗設備 21
2-3檢測儀器 22
第三章 實驗部份 24
3-1黏土純化 24
3-2 MgAl LDH合成 26
3-3磷酸緩衝溶液配置方法 28
3-4熱重分析儀及Bradford定量方式 29
3-5牛血清蛋白對無機層狀材料吸附/插層條件的探討 31
3-5-1 pH 值 31
3-5-2牛血清蛋白濃度 31
3-5-2-1黏土 31
3-5-2-1 MgAl LDH 32
3-6牛血清蛋白脫附實驗 34
3-7膨潤度檢測 36
第四章 結果與討論 37
4-1無機層狀材料之結構與性質分析 37
4-1-1天然黏土結構推導 37
4-1-2純化級天然黏土之結構 39
4-1-3 LDH之結構 44
4-1-4無機層狀材料之結構與性質比較 45
4-2牛血清蛋白之定量方法比較 46
4-2-1 熱重分析儀分析測定 46
4-2-2 Bradford 蛋白質定量分析 49
4-2-3牛血清蛋白吸附量之定量量測方法之比較 52
4-3牛血清蛋白於無機層狀材料之吸、脫附性 53
4-3-1不同pH值對牛血清蛋白吸附影響 53
4-3-2不同牛血清蛋白相對濃度對無機層材吸附能力的影響 55
4-3-3具有不同陽離子交換當量黏土對牛血清蛋白吸附能力的影響 59
4-3-4脫附性探討 61
4-4吸脫附行為探討 63
4-4-1牛血清蛋白吸附/插層於無機層狀材料之行為探討 63
4-4-2 CL42 吸脫附行為探討 75
4-4-3 牛血清蛋白吸附於無機層狀材料之電性探討 82
第五章 結論與未來展望 94
第六章 參考文獻 95

圖索引
圖1-1蒙脫土結構 4
圖1-2 LDH結構示意圖 7
圖1-3不同系列LDH相對於AEC值關係圖 7
圖1-4 不同pH值下BSA構形之可逆性 10
圖1-5 胺基酸在不同pH值下解離方程式 15
圖3-1黏土純化流程圖 25
圖3-2 MgAl LDH合成流程圖 27
圖3-3熱重分析儀及Bradford定量流程圖 30
圖3-4 牛血清蛋白吸附/插層黏土流程圖 33
圖3-5 牛血清蛋白脫附流程圖 35
圖3-6 膨潤度檢測流程圖 36
圖4-1 CL88 樣品熱重分析儀圖譜 39
圖4-2純化級CL111之X光繞射圖 41
圖4-4純化級CL22之X光繞射圖 42
圖4-5純化級CL120之X光繞射圖 42
圖4-6純化級CL88之X光繞射圖 43
圖4-7 CL5之X光繞射圖 43
圖4-8 MgAl之X光繞射圖 44
圖4-9 CL42 樣品熱重分析儀圖譜48
圖4-10牛血清蛋白樣品熱重分析儀圖譜 48
圖4-12檢量線 51
圖4-13 CL42於不同牛血清蛋白添加量、pH之吸附曲線 55
圖4-14不同牛血清蛋白添加量之吸附曲線圖 58
圖4-15不同陽離子交換當量黏土之飽和吸附度v.s.陽離子交 換當量 60
圖4-16膨潤度 63
圖4-17 BSA/CL111吸附/插層X光繞射圖 65
圖4-18 BSA/CL42吸附/插層X光繞射圖 66
圖4-19 BSA/CL22吸附/插層X光繞射圖 67
圖4-20 BSA/CL120吸附/插層X光繞射圖 68
圖4-21 BSA/CL88吸附/插層X光繞射圖 69
圖4-22層間距變化示意圖 69
圖4-23 BSA/CL5吸附/脫層X光繞射圖 70
圖4-24 BSA/CL5吸附/脫層TEM圖(x50k) 71
圖4-25 BSA/CL5吸附/脫層TEM圖(x100k) 71
圖4-26 BSA/MgAl LDH樣品之X光繞射圖 72
圖4-27不同陽離子交換當量吸附/插層示意圖 74
圖4-28 BSA/ Inorganic layered materials 吸附型態示意圖 75
圖4-29 BSA/CL42(1/1)不同pH值吸附/插層X光繞射圖 76
圖4-31 BSA/CL42(3/1)不同pH值吸附/插層X光繞射圖 77
圖4-32 BSA/CL42(4/1)不同pH值吸附/插層X光繞射圖 78
圖4-33 BSA/CL42(5/1)不同pH值吸附/插層X光繞射圖 78
圖4-34共軛插層示意圖 79
圖4-35 BSA/CL42脫附X光繞射圖 80
圖4-36 BSA/CL42樣品吸脫附IR圖譜 81
圖4-37 BSA pH=2.5 83
圖4-38 BSA pH=4 83
圖4-39 BSA pH=5 84
圖4-40 BSA pH=6 84
圖4-41 BSA pH=7 84
圖4-42 BSA pH=9.5 84
圖4-43 CL42 pH=2.5 85
圖4-44 CL42 pH=4 85
圖4-45 CL42 pH=5 85
圖4-46 CL42 pH=6 85
圖4-47 CL42 pH=7 85
圖4-48 CL42 pH=9.5 85
圖4-49 BSA/CL42 pH=2.5 86
圖4-50 BSA/CL42 pH=4 86
圖4-51 BSA/CL42 pH=5 86
圖4-52 BSA/CL42 pH=6 86
圖4-53 BSA/CL42 pH=7 86
圖4-54 BSA/CL42 pH=9.5 86
圖4-55 CL5 pH=2.5 87
圖4-56 CL5 pH=4 87
圖4-57 CL5 pH=5 87
圖4-58 CL5 pH=6 87
圖4-59 CL5 pH=7 87
圖4-60 CL5 pH=9.5 87
圖4-61 BSA/CL5 pH=2.5 88
圖4-62 BSA/CL5 pH=4 88
圖4-63 BSA/CL5 pH=5 88
圖4-64 BSA/CL5 pH=6 88
圖4-65 BSA/CL5 pH=7 88
圖4-66 BSA/CL5 pH=9.5 88
圖4-67 MgAl pH=4 89
圖4-68 MgAl pH=5 89
圖4-69 MgAl pH=6 89
圖4-70 MgAl pH=7 89
圖4-71 MgAl pH=9.5 89
圖4-72 BSA/MgAl pH=4 90
圖4-73 BSA/MgAl pH=5 90
圖4-74 BSA/MgAl pH=6 90
圖4-75 BSA/ MgAl pH=7 90
圖4-76 BSA/MgAl pH=9.5 90
圖4-77牛血清蛋白zeta potential趨勢圖 91
圖4-78 CL42、CL5吸附前後zeta potential趨勢圖 92
圖4-79 MgAl吸附前後zeta potential趨勢圖 92
圖4-80無機層材zeta potential示意圖 93

表索引
表 1-1黏土的種類分類 5
表 1-2胺基酸序列及代號對照表 11
表 3-1磷酸緩衝溶液配置表 28
表 3-2牛血清蛋白相對濃度 32
表 4-2無機層狀材料之離子交換當量與電荷層分佈表 45
表 4-3檢量線吸收值 51
表 4-4 BSA/CL42(1/1)吸附量 52
表 4-5 CL42於不同牛血清蛋白相對濃度、pH之吸附度 54
表4-6不同無機層材於不同牛血清蛋白相對濃度之吸附度 57
表 4-7不同陽離子交換當量黏土之飽和吸附度 60
表 4-8 CL42之吸脫附生命週期測試 62
表 4-9 BSA/ Inorganic layered materials 相對濃度與層間距關係表 73
表 4-10 BSA/ CL42不同相對濃度及不同pH值之層間距 79
表 4-11不同無機層材吸附前後之Zeta potential 91
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