高度纯化的蛋白质因其生物相容性和选择性而受到广泛关注，扩展了其在免疫诊断、免疫治疗、食品、化妆品等领域的应用。传统上，沉淀、透析、超离心法和色谱法主要用于蛋白质纯化，因为它们对蛋白质的结合能力很强。通常需要相对复杂的操作、较高的成本和相对较慢的动力学。其中，吸附因其简单高效的特点被认为是一种极具发展前景的蛋白质分离纯化策略。目前，层析树脂颗粒广泛应用于纯化蛋白质，但由于其内部多孔结构为端部结构，且黏合剂是不稳定的非活性物质，其吸附能力有限。3D气凝胶由于其独特的内在特性，在蛋白质吸附方面也得到了广泛的应用。虽然吸附能力有所提高，但气凝胶材料往往存在成本高、成型过程复杂、结构不可控、不均匀等问题，与大规模、快速加工的工业蛋白生产需求不兼容。
二维膜材料具有表面积大、微观结构可控、一步加工方便等优点，被认为是吸附适用性较广的理想吸附材料。在这些二维膜材料中，电纺纳米纤维膜(NFM)具有大的表面积、多孔结构和较高的机械强度，成功地应用于吸附和洗脱目标分子以获得高度纯化的蛋白质。海藻酸钠(SA)是从海洋褐藻中提取的天然多糖，具有良好的生物相容性、低毒、非免疫原性和较低的成本。每个糖环中的羧基为蛋白质结合提供了有效的活性位点，而不需要任何复杂的表面修饰。因此，SA纳米纤维膜具有加工方便、吸附适用性广、表面积大、微结构可控等特点(SA-NFM)有望成为理想的蛋白质吸附材料。
近期，青岛大学谭业强副教授团队将乙醇的环保型挥发性助溶剂、Triton X-100表面活性剂和载体聚合物(PEO5000k)加入到98 wt% SA水溶液中。通过流变学性质分析，了解了PEO在电纺中的作用，揭示了乙醇致电纺性增强的机理。以溶菌酶为模型蛋白，合成的SA-NFM吸附容量为1235 mg g−1，远远优于报道的二维膜材料的最大值(710 mg g−1)，约为商业膜的20倍(51 mg g−1)。此外，它还具有805 mg g−1的高动态容量、良好的可逆性和优异的选择性，SA-NFM具有广泛的实际应用潜力。因此，二维膜材料制备工艺和优越的吸附性能使合成的SA-NFM具有潜在的应用价值，预期这种生物相容性SA-NFM在生物技术、生物制药和生命科学等各个领域都有可能成为高效分离和纯化蛋白质的候选材料。相关研究成果以“Seaweed-Derived Electrospun Nanofibrous Membranes for Ultrahigh Protein Adsorption”为题目发表于期刊《Adv. Funct. Mater.》上。
图1 二维电纺膜的制备。
图2 二维电纺膜的形成机理。
图3 二维电纺膜的结构表征。
图4 二维电纺膜的吸附性能。
