簡易製備鈦離子-磺酸根修飾奈米鑽石粒子應用於磷酸化胜肽之選擇性濃縮

Facile Synthesis of Titanium Sulfonate-Functionalized Nanodiamonds for Selective Enrichment of Phosphopeptides

盧敬文(Jing-Wun Lu)

指導教授 ： 吳志哲

國立暨南國際大學/科技學院/應用化學學系/碩士(2017年)

摘要

在本篇論文中，我們開發出一種新型鈦離子-固定化金屬親和層析(Ti-IMAC)奈米探針，以聚精氨酸奈米鑽石表面修飾上一層富有磺酸根基團的高分子作為載體，並螯合上鈦金屬離子。我們利用經聚精氨酸修飾過後的奈米鑽石表面帶有正電胍基團與聚苯乙烯磺酸高分子表面的負電磺酸基團透過庫倫靜電作用力結合而成。最後利用聚苯乙烯磺酸根對多種金屬離子有著很高親和吸附的特性，將鈦金屬離子螯合至聚苯乙烯磺酸修飾的奈米鑽石上，而製備出新型鈦離子奈米探針(Ti4+-SND)。利用粒徑分析儀、介達電位分析儀、元素分析儀 ，來對合成的鈦離子奈米探針的表面及結構特性進行分析。
我們將所合成的鈦離子奈米探針(Ti4+-SND)應用於萃取標準蛋白質β-酪蛋白（β-casein）酵素水解溶液中的磷酸化胜肽。由質譜結果顯示，確實能有效偵測到樣品中微量的磷酸化胜肽訊號，而偵測到磷酸化胜肽的質譜訊號最低可以達到10 fmol 。在β-casein 和牛血清白蛋白（Bovine serum Albumin，BSA） 的蛋白質混合物的酵素水解溶液的複雜多肽實驗中，即使 β-casein : BSA 的混合莫耳數比例達到1 : 1000倍的複雜環境中，質譜結果顯示奈米探針能選擇性的針對樣品中的磷酸化胜肽進行分離及濃縮。成功地將鈦離子奈米探針應用於真實樣品(脫脂牛奶)酵素水解溶液中，並能有效地偵測到多組磷酸化胜肽片段的訊號。最後我們將所合成的奈米探針對不同類型的金屬離子進行置換後，而產生出不同金屬類型的奈米探針，並應用於複雜多肽樣品的實驗中，由實驗結果顯示，置換上不同金屬的奈米探針都能有效地偵測到複雜樣品中磷酸化胜肽的訊號。
新研發出的鈦離子奈米探針的製備方法簡單、快速，且能置換不同金屬離子，並能成功地應用於磷酸化胜肽的萃取，在未來具有很大的動力可作為磷酸化蛋白質體學的研究工具。

關鍵字

聚精氨酸 ； 聚苯乙烯磺酸鈉 ； 鈦離子-固定化金屬親和層析 ； 磷酸化胜肽

並列摘要

In this work, we have developed a novel synthesis route for the production of titanium (IV) sulfonate-functionalized nanodiamonds (Ti4+-SND) as Ti4+-IMAC (Immobilized metal-ion affinity chromatography)adsorbents for selective enrichment of phosphopeptides. Nanodiamonds were first functionalized with polyarginine via EDC-mediated coupling reaction and then the titanium-sulfonate functionalization was performed by mixing with polystyrene sulfate and TiCl4 solutions.
The obtained Ti4+-SNDs were used to specific capture of phosphopeptides from standard protein digests and nonfat milk digests. The results demonstrated that by taking advantage of the strong Ti4+-sulfate chelating effect and high Ti4+ loading amount, the Ti4+-SND show remarkable selectivity (β-casein/BSA = 1:1000), good sensitivity (10 fmol), and high recovery in phosphopeptide analysis. This novel approach for developing and producing IMAC adsorbents was further validated using different metal ions including Zr4+ and Fe3+. Both of the synthesized Zr4+ and Fe3+ IMAC adsorbents show excellent performance in selective enrichment of phosphopetides from complex peptide mixtures.

並列關鍵字

Polyarginine ； Polystyrene sulfonate ； Ti-IMAC ； Phosphopeptides

參考文獻

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