Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

הכנת תיאום מאוד נקבובי פולימר ציפויים על מונוליתים פולימר Macroporous להעשרה משופרת של Phosphopeptides

Published: July 14, 2015 doi: 10.3791/52926
Automatic Translation
1, 1,4, 2, 1, 1, 3
1The Molecular Foundry, E. O. Lawrence Berkeley National Laboratory, 2Institute of Chemical Sciences, Bahauddin Zakariya University, 3Department of Chemistry, University of the Balearic Islands, 4Beijing Key Lab of Bioprocess, College of Life Science and Technology, Beijing University of Chemical Technology

Introduction

פולימרים נקבוביים תיאום (PCPs) הם תרכובות המבוססים על תיאום מרכזי מתכת מקושרים על ידי ligands האורגני עם חוזר גופי תיאום הארכה ב 1, 2 או 3 ממדים שיכולים להיות אמורפי או גבישי 1-3. בשנים האחרונות, המעמד הזה של חומרים נקבוביים משך תשומת לב נרחבת בשל הנקבוביות שלהם גבוהות, tunability הכימי הרחב, והיציבות שלהם. PCPs נחקר עבור מגוון של יישומים, כולל אחסון גז, הפרדת גז, וקטליזה 3-6, ומאוד לאחרונה, היישומים אנליטיים הראשונים של PCPs תוארו 7.

בגלל PCPs פונקציונלי כימית והנקבובי גבוהים משופר שלהם היו ממוקד לפוטנציאל העצום שלהם לשיפור תהליכי טיהור והפרדות chromatographic, ומספר הדיווחים הנוגעים לנושא זה פורסמו 7-13. עם זאת, הביצועים של PCPs אינם נמצאים כעת בequivaleרמת NT עם חומרי chromatographic קיימים הנראה בשל דיפוזיה מהירה דרך החללים interparticle גדולים במיטות צפופות של מוצקים אלה בשל המורפולוגיות בדרך כלל בצורה לא סדירה שלהם של החלקיקים או הגבישים שלהם. אריזה הופצה באופן בלתי סדיר זה מובילה לביצועים נמוכים מהצפוי, כמו גם backpressures גבוה טור ומורפולוגיה צורת שיא רצויות 14,15.

כדי לפתור את הבעיה של דיפוזיה מהירה דרך החללים בין-חלקיקים ובו זמנית לשפר את הביצועים של PCPs עבור יישומים אנליטיים, הפיתוח של חומר היברידי המבוסס על פולימר מונולית macroporous 16 המכיל את PCP על פני השטח של macropores היית רצוי. פסלי פולימר הם עצמאיים, חומרים חד-חתיכה שיכולה לקיים זרימת הסעה דרך הנקבוביות שלהם, מה שהופך אותם אחת החלופות היעילה ביותר לחרוז אריזה וכבר ממוסחרים בהצלחה על ידי מספר ג ompanies 17,18. פסלי פולימר נקבוביים מבוססים בדרך כלל על פילמור של מונומר וcrosslinker בנוכחות porogens, אשר בדרך כלל תערובות בינאריות של ממסים אורגניים. יש חומרים מונוליטי מתקבלים מבנה microglobular וחדירות נקבוביות וזרימה גבוהות.

גישה פשוטה לאחד חומרים אלה כדי להכין מונולית פולימר המכילה PCP מבוססת על התוספת הישירה של PCPs כ- מסונתז בתערובת של פילמור מונולית. גישה זו הביאה לPCPs בעיקר נקברה בתוך פיגום פולימרים, ולא להיות פעיל ליישום נוסף של החומר הסופי 14,15. גישה סינתטית שונה יש צורך בבירור כדי, למשל, לפתח סרטים אחידים של PCPs, או מסגרות מתכת אורגנית גבישים (MOFs) שבו רוב הנקבוביות בתוך הגביש נגישים מmacropores של מונולית הפולימר.

לא "> בזאת אנו מדווחים פרוטוקול פשוט להכנת חומר מתכת אורגנית היברידי פולימר (MOPH) המבוסס על פולימרי תמיכת macroporous עם קבוצות מתאימות פונקציונליות להתקשרות של PCPs, אשר יכולה להיות מיושמות בקלות כאחד עצמאי מונולית פולימר -piece בפורמט טור עם תכונות אופטימליות ליישומי זרימה דרך. הליך סינתזת הפולימר ואחריו מבוסס פתרון טמפרטורת חדר פשוט   שיטה לגדול ציפוי PCP על פני השטח הפנימיים של הנקבוביות של מונולית 19-20. כדוגמא הראשונה, אנו מתארים את הכנת סרט פולימר תיאום benzenetricarboxylate ברזל (III) (FeBTC) בתוך פולי macroporous מונולית (חומצת סטירן divinylbenzene-methacrylic). שיטה זו יעילה להכנת אבקות בתפזורת כמו גם עמודות נימים והפרוטוקול המתוארים הוא בקלות ישים לPCPs האחר. כדוגמא לפוטנציאל של MOPHs כחומרים פונקציונליים לזרימת throuיישומי GH, אנחנו מוחלים MOPH FeBTC פיתח המכיל ציפוי צפוף של Fe (III) מרכזים להעשיר phosphopeptides מתערובות חלבון מתעכלים ניצול הזיקה המחייבת של phosphopeptides לפה (III). הפרוטוקול פיתח 21 מורכב משלושה חלקים עיקריים: הכנת תמיכת מונולית פולימר אורגני macroporous; צמיחה של ציפוי PCP על פני השטח של הנקבוביות של מונולית; בקשה להעשרת phosphopeptides.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: לפני תחילת, סמן את כל הגיליונות הרלוונטיים חומר נתונים (MSDSs). כמה מהכימיקלים המשמשים בתהליכים סינטטיים ויישום הם רעילים. אנא עקוב אחר כל נהלי הבטיחות המתאימים ולהשתמש בציוד מגן מתאים (חלוקה, מכנסיים באורך מלא, נעליים סגורות הבוהן, משקפיים בטיחות, כפפות). אנא להשתמש בכל ציוד מגן האישי קריוגני בעת טיפול בחנקן נוזלי למדידות ספיחת חנקן (כפפות מבודדים, מגן פנים).

1. נקבובי פולימר מונולית הכנה בפורמט טור גורף ונימים

  1. פולימר מונולית גורפת לאפיון
    1. לטהר סטירן, divinylbenzene וחומצת methacrylic דרך טור של אלומינה הבסיסית, על מנת להסיר את מעכבי פילמור. מקום 10 גרם של אלומינה הבסיסית במזרק 25 מיליליטר פלסטיק חד פעמי עם תקע של סיבי צמר זכוכית ארוזים בקצה המזרק. לחלחל כ 10 מיליליטר של מונומר דרך העמודה.
    2. טען את מונומרים (50 מ"ג סטירן, divinylbenzene מ"ג 100 ו -50 מ"ג חומצת methacrylic) וסוכנים הנקבוביות להרכיב (300 מ"ג ו -300 טולואן isooctane מ"ג) בבקבוקון זכוכית 1 מיליליטר. הוסף את יוזם פילמור, 4 מ"ג של 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN, 1% ביחס למונומרים).
    3. Homogenize ידי sonication במשך 10 דקות. הסר חמצן מומס במבעבע חנקן הנוזלי באמצעות למשך 10 דקות. חותם את כובע הבקבוקון עם סרט פרפין ולמקם אותו באמבט מים ב 60 מעלות צלזיוס במשך 6 שעות לפלמר התערובת.
    4. להתקרר לטמפרטורת חדר ולשבור את הבקבוקון בזהירות. העבר את מונולית הפולימר לאצבעון חילוץ תאית. מניחים את אצבעון החילוץ לתא חילוץ Soxhlet ולהרכיב אותו בבקבוק עגול תחתון המכיל נפח של מתנול, שהוא לפחות שלוש פעמים בנפח של תא החילוץ. להרכיב הקבל לחלקו העליון של תא החילוץ. לבצע חילוץ Soxhlet על ידי הרתחת מתנולבמשך 16 שעות, על מנת להבטיח את הסרת מונומרים unreacted המלאה ונקבוביים להרכיב סוכנים.
    5. הלילה יבש בתנור ואקום ב 60 ° C. לאשר את קיומן של קבוצות פונקציונליות קרבוקסיליות לצרף PCP ידי Fourier Transform אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (FT-IR). למדוד את שטח פנים על ידי porosimetry ספיחת חנקן.
  2. Functionalization של סיליקה נימים להכנת עמודות מונוליטי
    1. חותך 2 מ 'של נימי סיליקה התמזגה 100 מיקרומטר id מצופה polyimide. לחבר אותו למזרק זכוכית 0.25-.50 מ"ל ולשטוף את הנימים עם אצטון. הסר את אצטון על ידי שטיפה במי הנימים.
    2. על מנת להפעיל את הציפוי הפנימי של סיליקה הנימים, השתמש משאבת מזרק לזרום פתרון NaOH 0.2 M המימי ברמה של 0.25 μl / דקה למשך 30 דקות. לשטוף עם מים עד לשפכים הוא ניטראליים.
    3. להשתמש ברצועות נייר pH כדי לבדוק pH בשפכים. כדי protonate קבוצות silanol של הנימים, לשאוב aqueo 0.2 Mפתרון HCl דרך הנימים ברמה של 0.25 μl / דקה למשך 30 דקות. לשטוף עם מים עד לשפכים הוא ניטראליים. לשטוף עם אתנול.
    4. לשאוב 20% (w / w) פתרון אתנול של 3 (trimethoxysilyl) methacrylate propyl (pH 5 מותאמים עם חומצה אצטית) בשעה 0.25 μl / דקה לשעה 1. בשלב זה, נימי סיליקה היא פונקציונליות עם קבוצות ויניל כדי לצרף מונולית הפולימר למשטח הפנימי הנימים.
    5. לשטוף עם אצטון, יבש בזרם חנקן ומשאירים בטמפרטורת חדר למשך הלילה לפני השימוש. חותך את הנימים לחתיכות קצרות של 20 סנטימטרים אורך.
  3. הכנת עמודות מונוליטי נימים
    1. הכן תערובת פילמור זהה למונולית פולימר התפזורת (סעיף 1.1) בבקבוקון זכוכית 1 מיליליטר עם מחיצת גומי. להוסיף יוזם 1% AIBN ביחס למונומרים. Homogenize ידי sonication במשך 10 דקות.
    2. לטהר את תערובת פילמור עם חנקן על ידי צימוד נימי סיליקה שאינן פונקציונליותלזרם חנקן.
      1. הכנס את נימי זרם חנקן דרך מחיצת הגומי של הבקבוקון ולטבול אותו לתוך תערובת פילמור כך שחנקן בועות באמצעות הנוזל. השאר את כובע הבקבוקון הרופף מעט, כדי למנוע לחץ יתר. לטהר במשך 10 דקות.
      2. הרם את נימי זרם חנקן מתערובת פילמור לאמיץ של הבקבוקון, ולסגור היטב את המכסה. הכנס נימים פונקציונליות באמצעות המחיצה לתוך תערובת פילמור. עודף הלחץ שנוצר לתוך הנימים באמצעות החנקן מוזרק לתוך אמיץ משאבות תערובת פילמור דרך הנימים פונקציונליות.
      3. לאסוף כמה טיפות של תערובת פילמור מהשפכים של הנימים על מנת להבטיח כי הוא מלא לחלוטין ולסגור אותו עם מחיצת גומי. קח את הנימים מתוך הבקבוקון מאוד בזהירות ולסגור את הכניסה של הנימים עם מחיצת גומי.
    3. פלמר התמהילture הכלול בנימים באמבט מים ב 60 מעלות צלזיוס במשך 6 שעות. מגניב בטמפרטורת חדר ולחתוך כמה מילימטרים של שני הקצוות של הנימים. הסר מונומרים unreacted וסוכנים נקבוביות ויוצר על ידי שטיפת העמודה עם אצטוניטריל באמצעות משאבת HPLC 3 μl / דקה למשך 30 דקות. בדוק backpressure של טור הנימים.

2. צמיחה של הברזל-benzenetrycarboxylate PCP (FeBTC)

  1. צמיחה של MOPH FeBTC על פולימרי מונולית גורפת לאפיון
    1. טוחנים את מונולית מיובשת בעבר באמצעות מכתש ועלי.
    2. לטבול באבקת מונולית 100 מ"ג ב 5 מיליליטר של 2 מ"מ FeCl 3 · 6H 2 O באתנול במשך 15 דקות. מסנן אבק באמצעות מסנן ניילון (0.22 מיקרומטר) ולשטוף את האבקה עם אתנול. לטבול את אבקת מונולית ב 5 מיליליטר של חומצת 2 מ"מ 1,3,5-benzenetricarboxylic (BTC) באתנול במשך 15 דקות. מסנן אבק באמצעות מסנן ניילון (0.22 מיקרומטר) ולשטוף את האבקה עם אתנול.
    3. מספר חזור על שלב 2 כרצוי. הצמיחה של ציפוי המתכת אורגנית הסופי תוגדר במספר המחזורים מיושמים. בדרך כלל, בין 10 ל 30 מחזורים מבוצעים. לאשר את קיומו של הנקבוביות חדשות על ידי porosimetry ספיחת חנקן. למדוד את כמות אתרי מתכת נוספות על ידי ניתוח טרמוגרווימטריים (TGA).
  2. צמיחה של MOPH FeBTC על עמודת מונוליטי נימים להעשרת phosphopeptides
    1. באמצעות משאבת מזרק. לשטוף את מונולית הנימים עם 2 מ"מ FeCl 3 · 6H 2 O באתנול במשך 15 דקות ב -2 μl / דקה. לשטוף עם אתנול במשך 15 דקות ב -2 μl / דקה. לשטוף את מונולית הנימים עם מ"מ BTC 2 באתנול במשך 15 דקות ב -2 μl / דקה. לשטוף עם אתנול במשך 15 דקות ב -2 μl / דקה.
    2. חזור על שלב 1 כרצוי. הצמיחה של ציפוי המתכת אורגנית הסופי תוגדר במספר המחזורים שבוצעו.

3. חלבון עיכול ו- Enrichment של Phosphopeptides

  1. עיכול חלבון
    1. ממיסים 0.5 מיליליטר של חלב דל שומן ב 1 מיליליטר של מים ולחלק אותו לשברי 200 μl.
    2. לעיכול החלבון להוסיף 160 μl M 1 אמוניום ביקרבונט ו -50 μl 45 dithiothreitol מ"מ לכל חלק, על מנת לדבוק אג"ח דיסולפיד. לדגור על 50 מעלות צלזיוס בthermomixer במשך 15 דקות.
    3. הוסף 50 בהדרגה μl של תמיסה מימית של iodoacetamide 100 מ"מ, ואילו הפתרון התקרר לטמפרטורת חדר. Iodoacetamide ימנע ההיווצרות של אג"ח דיסולפיד החדש.
    4. דגירה בחושך במשך 15 דקות בטמפרטורת חדר. הוסף 1 מיליליטר deionized מים. הוסף 2 מיקרוגרם טריפסין ולעכל חלבונים בthermomixer על 37 מעלות צלזיוס במשך 14 שעות.
    5. לסיים עיכול על ידי החמצה עם 10 μl של 1% חומצת trifluoroacetic, ולמקם אותו בthermomixer במשך 5 דקות בטמפרטורת חדר. אחסן את החלבונים מתעכלים ב -20 מעלות צלזיוס.
  2. העשרת phosphopeptides באמצעות טור MOPH נימים.
    1. לשטוף את העמודה עם של 4 100 μl: תערובת 1 של אצטוניטריל המכיל 0.1% חומצת trifluoroacetic במשך 10 דקות בקצב זרימה של μl 1 / דקה. לשאוב את עיכול החלבונים באמצעות הטור ב 2 μl / דקה למשך 30 דקות.
    2. לשטוף את פפטידים אינם phosphorylated שוב עם 4: 1 תערובת של אצטוניטריל המכיל 0.1% חומצת trifluoroacetic במשך 10 דקות בקצב זרימה של μl 1 / דקה. לשטוף עם מים במשך 10 דקות בקצב זרימה של μl 1 / דקה.
    3. phosphopeptides Elute באמצעות פתרון חיץ 250 מ"מ pH 7 פוספט נשאב בμl 1 / דקה במשך 15 דקות. לאסוף את eluent בבקבוקון וdesalt הפתרון באמצעות פרוטוקול סטנדרטי 19. הכן חומצה / מיליליטר 2,5-dihydroxybenzoic 2 מ"ג להשתמש בו כמטריצה ​​לספקטרומטריית desorption / יינון לייזר בסיוע מטריקס הזמן של בריחה ההמונית (MALDI-TOF-MS). נמשך 2 μl של חומצת 2,5-dihydroxybenzoic לקצה לelute phosphopeptides ולזהות אותם ישירות לצלחת MALDI.
    4. נתח את הנקודות על ידי MALDI-TOF-MS ולהתחדש הטור על ידי שטיפה יסודית עם מים ולאחר מכן מתנול.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור סכמטי של צמיחת PCP על פני השטח הנקבובית של מונולית הפולימר האורגנית מוצג באיור 1. בנתון זה, אנו ממחישים ראשוניים פה (III) אטומים שמרו על פני השטח הנקבובית של מונולית הפולימר המקורית המתואמות לקבוצות פונקציונליות קרבוקסיליות . באמצעות הפרוטוקול מתואר יגנד אורגני במסמך נוסף ופה יונים (III) מתווספים אל פני השטח, בעיצוב רשת תיאום נקבובי בתוך מונולית הפולימר. איור 1 מראה גם סכמטי שימוש בעמודת MOPH נימים מוכנה כתמיכת זרימה דרך ל העשרת phosphopeptides. פני שטח ומדידות הפצה נקבובית, תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים (SEM), FT-IR וTGA נאספו לחומרים מוכנים (איור 2). ניסויי אפיון אלה סיפקו מידע רב ערך על המראה נקבוביות החדש לאחר הצמיחה של FeBTC PCP (איור 2 א). מוrphology של החומר לאחר שינוי עם PCP FeBTC מוצג באיור 2. בהתבסס על סימולציה קריסטלוגרפיים, עובי שכבת MOF כל האדם מוערך 3 ו -5 A, בהתאם לאורינטציה של הגביש גדל. ספקטרום FT-IR להפגין הנוכחות של קבוצות פונקציונליות במונולית הפולימר כ- מסונתזת והעמיתים שונה שלה עם מספר שונה של מחזורי FeBTC (איור 2 ג). TGA מראה את יציבות התרמית וגידול של אתרי מתכת (איור 2 ד) מתקבלים לאחר השינוי של מונולית הפולימר המקורית. השאריות ב 600 ° C היא α-פה 2 O 3, כפי שאושר על ידי קרן ה- X עקיפה אבקה. הנוכחות של ברזל בפורמט טור נימים הוא זוהה על ידי ספקטרוסקופיה רנטגן נפיצה אנרגיית 21. איור 3 מראה דוגמא ליישום מדגם אמיתי של חומר MOPH פיתח להעשרת phosphopeptides מעיכול של חלב ללא שומן.

איור 1
איור 1: איור תכנית () מראה את הצעדים העיקריים להכנת טור נימי MOPH להפקת phosphopeptides.. איור (ב) להליך להפקת phosphopeptides באמצעות טור MOPH מוכן.

איור 2
איור 2: תוצאות אפיון FeBTC MOPH גורפות איזותרמות () הפצה הנקבובית גודל וספיחת חנקן של מונולית המקורית האורגנית הפולימר וMOPH לאחר 30 מחזורי תיאום.. תמונה (ב) SEM של MOPH לאחר 30 מחזורי תיאום. ספקטרום FT-IR של מונולית הפולימר המקורית וMOPH לאחר 10, 20 ו -30 מחזורי תיאום (C). (D) TGA של מונולית הפולימר המקורית לאחר שטיפה יחידה עם פתרון המבשר המתכתי, ולאחר 10, 20 ו -30 מחזורי תיאום. (מעובד מתוך נ"צ. 21 באישור John Wiley & Sons.)

איור 3
איור 3: העשרה של phosphopeptides מחלב באמצעות MALDI-TOF-MS ספקטרום נימי FeBTC MOPH טור של מדגם חלב ללא שומן מתעכל לפני ואחרי ההעשרה באמצעות טור נימי MOPH לאחר 10 מחזורי תיאום FeBTC.. פסגות MS תוצאה מphosphopeptides מסומנות בכוכבית, בעוד שברי dephosphorylated מצוינים עם גיבובים. Phosphopeptides חולקו באמצעות אזכור ספרות 23-27. (הודפס מחדש מנ"צ. 21 באישור John Wiley & Sons.)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

מונולית הפולימר המקורית מכילה קבוצות פונקציונליות קרבוקסיליות מסוגלת להיקשר למתכות. תיאום אתרי מתכת הראשוניים בחומר המקורי, אנו יכולים לגדול ציפוי PCP (איור 1 א), בשילוב מספר אתרי מתכת נוספים בעיצוב רשת microporous. זה הופך את חומרי MOPH הציגו אטרקטיביים לנוהלי מיצוי או לטיהור שבו מינים מתכתיים מעורבים, כגון טכניקת זיקת כרומטוגרפיה מתכת-יון המשותק (IMAC). הנוהל הכללי באמצעות טור נימים להעשרת phosphopeptides מוצג באיור 1.

ההכנה של פסלי אבקה בתפזורת אפשרה לאפיון של החומר מונוליטי המקורי והעמיתים שונה שלה. מדדנו איזותרמות ספיגת N 2 ב 77 K (איור 2 א), אשר מראה כי לאחר 30 מחזורי PCP ספיגת N 2 ב/ P P הנמוך o במידה רבהגדל, המעיד על הנוכחות של micropores החדש בחומר. שטח הפנים של עליות מונולית המקוריות כמעט פי ארבעה, מ 106 מ '2 / g 389 מ' 2 / g. רק ביצוע מספר קטן של מחזורים (10 מחזורי PCP) גידול של הנקבוביות של החומר לשטח של 156 מ '2 ג' / נמדד. הכנת חומרים נקבוביים באמצעות הגישה מפורטת אינה מוגבלת רק לPCPs מבוסס פה. החלפה פה על ידי Cu, רק 10 מחזורים של ציפוי CuBTC התוצאה נדרשו להגדיל את שטח הפנים של MOPH של 106 מ '2 / g 219 מ' 2 / g. יש הנקבוביות החדש נוכח בחומר שונה קוטר ננומטר קטן יותר מאשר 3 כפי שמוצג בהפצת הגודל הנקבובית (איור 2 א). ההפצה של ציפוי PCP על פני השטח של מונולית הפולימר נבדקה באמצעות SEM. האיור 2b, תערוכות מונולית לאחר מחזורי 30 PCP, אשר מורכבת ממבנה נקבובי המבוסס על microglobulרשת ar, ובכך שמירה על המורפולוגיה הראשונית של מונולית הפולימר המקורית. Meso- וmacropores הגדולים יישארו ללא שינוי לאחר שינוי שמירה על תכונות זרימה מעולות של מונולית הפולימר האורגנית. באמצעות FT-IR שאשרנו את ההתאגדות הראשונית של קבוצות פונקציונליות קרבוקסיליות (להקה ב1,707 סנטימטר -1) לקובץ המצורף של FeBTC PCP, כמו גם לפקח על הצמיחה של הציפוי על ידי הגידול של הלהקות 1,382, 1,449, 1,627 ו 3,400 סנטימטר - 1 (איור 2 ג). ביצוע TGA מדדנו הגידול של כמות Fe (III) בחומר (איור 2 ד). באמצעות קרן ה- X עקיפה אבקה שאשרנו כי שאריות TGA ב 600 מעלות צלזיוס α-פה 2 O 3, ומבוססים על המסה של השאריות, אנו מחשבים את מסת% פה במונולית הפולימר המקורית וMOPHs. כדוגמא מעידה,% Fe הראשוני על מונולית המקורית הוא 1.1%, והגדיל את הערך הזה ל10.5%חרה 30 מחזורי PCP.

הכנת MOPHs היא להתאמה בקלות לפורמט טור נימים לפיתוח הזרימה דרך יישומים. במקרה זה, MOPH מוכן המכיל שפע גבוה של Fe (III) אתרים על פני השטח של הנקבוביות עושה את זה מועמדים מצוינים להעשרת IMAC של phosphopeptides שפע הנמוך. עלייה הדרגתית של הביצועים של החומר נצפתה כאשר התמיכה המקורית עם פה משותק (III), בהשוואה לתמיכה מקבילה אחרי 5 או 10 מחזורי PCP 21. השלב הקריטי בהכנת טור נימי MOPH הוא להבטיח כי מספר המחזורים של פולימר תיאום FeBTC מתאים ליישום נוסף של עמודת MOPH. כדוגמא, איור 3 מציג את התוצאה שהתקבלה להעשרת phosphopeptides מחלב דל שומן מתעכל מסחרי, באמצעות טור נימי MOPH. בדוגמא זו, עמודת MOPH לאחר 10 מחזורי FeBTC הציגוהסלקטיביות יוצאת דופן עבור phosphopeptides. על ידי ניתוח ישיר של המדגם ללא העשרה, אף אחד מphosphopeptides השפע הנמוך מזוהים. לאחר העשרת המדגם זהה באמצעות חומר MOPH פיתח, 12 phosphopeptides שונה באופן סלקטיבי חילוץ המאפשר זיהוי באופן משביע רצונם. הקיבולת של טור נימים שונה עם 30 מחזורי FeBTC היא 3.25 μmol ATP / מיליליטר, שהוא עדיף על ג'לי זיקת ברזל זמין מסחרי המבוססים על חומצת nitriloacetic 28. MOPH מבוסס פה פיתח יכולה להיות פוטנציאל ישים עבור החילוץ של זרחנים אורגניים אחרים, כגון חומרי הדברה זרחן אורגניים וגזי עצבים. הסלקטיביות של MOPH להעשרה של מולקולות ביולוגיות יכולה להיות מכוונת על ידי בחירת מתכת עם מאפייני מחייב שונים להכנת פולימר התיאום.

אנחנו הוכחנו הליך פשוט לצמיחה של ציפויי PCP נקבוביים ביותר במונולית פולימר נקבובית, שהוא הדוגמא הראשונה של תמיכת זרימה דרך מכילה PCP פונקציונלי אחיד ציפוי macropores הפולימר. MOPHs וכתוצאה מכך להתגבר על המגבלה של התחבורה ההמונית diffusional קשורה עם זרימה דרך חללים בין-חלקיקים, כמו גם חדירה לתוך הנקבוביות הקטנות של מוצקים נקבוביים כאשר ארוז בפורמט עמודה או מוטבעים בפולימרים נקבוביים. הראינו את התועלת של חומרים אלה להעשרת phosphopeptides ידי iMac. ההליך דיווח כאן יכול להיות מיושם באמצעות מספר רב של PCPs וחומרים דומים. המגבלה העיקרית של הטכניקה היא ההכנה הידנית מייגע של הציפוי. עם זאת, מחקר נוכחי על ידי מחבריו לאוטומציה של מתודולוגיה זו באמצעות זרימת טכניקות מבוקרת מחשב ממוקד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Polyimide-coated capillaries Polymicro Technologies TSP100375 100 μm i.d.
3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate, 98% Sigma-Aldrich 440159
Styrene, 99% Sigma-Aldrich W323306 Technical grade
Divinylbenzene, 80% Sigma-Aldrich 414565
Methacrylic acid, 98% Mallinckrodt MK150659
Toluene, ≥99.5% EMD chemicals MTX0735-6
Isooctane, ≥99.5% Sigma-Aldrich 650439
2,2'-azobisisobutyronitrile, 98% Sigma-Aldrich 441090
Aluminium oxide (basic alumina) Sigma-Aldrich 199443
Iron (III) chloride hexahydrate, 97% Sigma-Aldrich 236489
1,3,5-benzenetrycarboxylic acid, 95% Sigma-Aldrich 482749
Acetonitrile, ≥99.5% Sigma-Aldrich 360457
Ammonium bicarbonate, ≥99.5% Sigma-Aldrich 9830
Trifluoroacetic acid, ≥99% Sigma-Aldrich 302031
Ethanol, ≥99.8% Sigma-Aldrich 2854
Iodoacetamide, ≥99% Sigma-Aldrich I1149
Dithiothreitol, ≥99% Sigma-Aldrich 43819
Monobasic sodium phosphate dihydrate, ≥99% Sigma-Aldrich 71505
Dibasic sodium phosphate dihydrate, ≥99% Sigma-Aldrich 71643
Phosphoric acid, ≥85% Sigma-Aldrich 438081
2,5-dihydroxybenzoic acid, ≥99% Sigma-Aldrich 85707
Trypsin Sigma-Aldrich T8003 Bovine pancreas
β-casein Sigma-Aldrich C6905 Bovine milk
ZipTip pipette tips Merck Millipore ZTC18S096 C18 resin

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Li, H., Eddaoudi, M., O’Keeffe, M., Yaghi, O. M. Design and synthesis of an exceptionally stable and highly porous metal-organic framework. Nature. 402, 276-279 (1999).
  2. Kitagawa, S., Kitaura, R., Noro, S. i Functional porous coordination polymers. Angew. Chem. Int. Ed. 43, 2334-2375 (2004).
  3. Furukawa, H., Cordova, K. E., O’Keeffe, M., Yaghi, O. M. The chemistry and applications of metal-organic frameworks. Science. 341, 974 (2013).
  4. Ma, S., Zhou, H. C. Gas storage in porous metal-organic frameworks for clean energy applications. Chem. Commun. 46, 44-53 (2010).
  5. Li, J. R., Sculley, J., Zhou, H. C. Metal-organic frameworks for separations. Chem. Rev. 112, 869-932 (2012).
  6. Lee, J., Farha, O. K., Roberts, J., Scheidt, K. A., Nguyen, S. T., Hupp, J. T. Metal-organic framework materials as catalysts. Chem. Soc. Rev. 38, 1450-1459 (2009).
  7. Gu, Z. Y., Yang, C. X., Chang, N., Yan, X. P. Metal-organic frameworks for analytical chemistry: From sample collection to chromatographic separation. Acc. Chem. Res. 45, 734-745 (2012).
  8. Ahmad, R., Wong-Foy, A. G., Matzger, A. J. Microporous coordination polymers as selective sorbents for liquid chromatography. Langmuir. 25, 11977-11979 (2009).
  9. Yang, C. X., Yan, X. P. Metal-organic framework MIL-101(Cr) for high-performance liquid chromatographic separation of substituted aromatics. Anal. Chem. 83, 7144-7150 (2011).
  10. Fu, Y. Y., Yang, C. X., Yan, X. P. Control of the coordination status of the open metal sites in metal-organic frameworks for high performance separation of polar compounds. Langmuir. 28, 6802-6810 (2012).
  11. Gu, Z. Y., Yan, X. P. Metal-organic framework MIL-101 for high-resolution gas-chromatographic separation of xylene isomers and ethylbenzene. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 1477-1480 (2010).
  12. Chang, N., Gu, Z. Y., Yan, X. P. Zeolitic imidazolate framework-8 nanocrystal coated capillary for molecular sieving of branched alkanes from linear alkanes along with high-resolution chromatographic separation of linear alkanes. J. Am. Chem. Soc. 132, 13645-13647 (2010).
  13. Yu, L. Q., Xiong, C. X., Yan, X. P. Room temperature fabrication of post-modified zeolitic imidazolate-90 as stationary phase for open-tubular capillary electrochromatography. J. Chromatogr. A. 1343, 188-194 (2014).
  14. Fu, Y. Y., Yang, C. X., Yan, X. P. Incorporation of metal-organic framework UiO-66 into porous polymer monoliths to enhance the liquid chromatographic separation of small molecules. Chem. Commun. 49, 7162-7164 (2013).
  15. Lin, C. L., Lirio, S., Chen, Y. T., Lin, C. H., Huang, H. Y. A novel hybrid metal-organic framework-polymeric monolith for solid-phase extraction. Chem. Eur. J. 20, 3317-3321 (2014).
  16. Svec, F. Porous polymer monoliths: Amazingly wide variety of techniques enabling their preparation. J. Chromatogr. A. 1217, 902-924 (2010).
  17. Monolithic HPLC Columns. , Available from: http://www.phenomenex.com/onyx (2015).
  18. Bia Separations. , Available from: http://www.biaseparations.com/ (2015).
  19. Shekhah, O., et al. Step-by-step route for the synthesis of metal-organic frameworks. J. Am. Chem. Soc. 129, 15118-15119 (2007).
  20. Shekhah, O., Fu, L., Belmabkhout, Y., Cairns, A. J., Giannelis, E. P., Eddaoudi, M. Successful implementation of the stepwise layer-by-layer growth of MOF thin films on confined surfaces: mesoporous silica foam as a first case study. Chem. Commun. 48, 11434-11436 (2012).
  21. Saeed, A., Maya, F., Xiao, D. J., Naham-ul-Haq, M., Svec, F., Britt, D. K. Growth of a highly porous coordination polymer on a macroporous polymer monolith support for enhanced immobilized metal ion affinity chromatographic enrichment of phosphopeptides. Adv. Funct. Mater. 24, 5797-5710 (2014).
  22. Krenkova, J., Lacher, N. A., Svec, F. Control of selectivity via nanochemistry: Monolithic capillary column containing hydroxyapatite nanoparticles for separation of proteins and enrichment of phosphopeptides. Anal. Chem. 82, 8335-8341 (2010).
  23. Jabeen, F., et al. Silica-lanthanum oxide: Pioneer composite of rare-earth metal oxide in selective phosphopeptides enrichment. Anal. Chem. 84, 10180-10185 (2012).
  24. Hussain, D., et al. Functionalized diamond nanopowder for phosphopeptides enrichment from complex biological fluids. Anal. Chim. Acta. 775, 75-84 (2013).
  25. Aprilita, N. H., et al. Poly(glycidyl methacrylate/divinylbenzene)-IDA-FeIII in phosphoproteomics. J. Proteom. Res. 4, 2312-2319 (2005).
  26. Lo, C. Y., Chen, W. Y., Chen, C. T., Chen, Y. C. Rapid enrichment of phosphopeptides from tryptic digests of proteins using iron oxide nanocomposites of magnetic particles coated with zirconia as the concentrating probes. J. Proteom. Res. 6, 887-893 (2007).
  27. Aryal, U. K., Ross, A. R. S. Enrichment and analysis of phosphopeptides under different experimental conditions using titanium dioxide affinity chromatography and mass spectrometry. Rapid Commun. Mass. Spectrom. 24, 219-231 (2010).
  28. Select Iron Affinity Gel Technical Bulletin. , Available from: https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/Sigma/Bulletin/p9740bul.pdf (2015).

Tags

כימיה גיליון 101 חומרים נקבוביים חומרים היברידיים פסלי פולימר פולימרים תיאום נקבוביים תומך זרימה דרך העשרת phosphopeptide ספקטרוסקופיית מסות
הכנת תיאום מאוד נקבובי פולימר ציפויים על מונוליתים פולימר Macroporous להעשרה משופרת של Phosphopeptides
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lamprou, A., Wang, H., Saeed, A.,… More

Lamprou, A., Wang, H., Saeed, A., Svec, F., Britt, D., Maya, F. Preparation of Highly Porous Coordination Polymer Coatings on Macroporous Polymer Monoliths for Enhanced Enrichment of Phosphopeptides. J. Vis. Exp. (101), e52926, doi:10.3791/52926 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter