膨化珍珠岩对牛血清白蛋白的吸附研究*

王 宇，张晓燕

(信阳职业技术学院 应用化学与环境工程学院，河南 信阳 464000)

珍珠岩(Perlite)是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，因其具有珍珠裂隙结构而得名。矿石经破碎、粉磨和分级至一定的粒度，再置膨化炉内在870～1100℃下加热，从而形成一种发泡的玻璃质材料，被称为膨化珍珠岩，又称膨胀珍珠岩。膨化珍珠岩具有多孔、表观密度轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广、无毒、无味、防火等特点，广泛应用于多种工业部门。

膨化珍珠岩的多孔性，使其具有较强的吸附性能，因此广泛用作吸附材料。刘涉江等[1]研究表明膨化珍珠岩对有机小分子甲基叔丁基醚有很好的吸附能力，其吸附是吸热过程，符合Freundlich经验公式；尚建丽等[2]以膨化珍珠岩为载体吸附有机羧酸形成的复合相变材料，“发现当辛酸含量达到60%时,有细微渗出;当月桂酸达到50%时,有细微渗出,当豆蔻酸达到45%时,有细微渗出”[2]。 这些研究表明膨化珍珠岩对有机小分子有很好的吸附能力。

牛血清白蛋白 (BSA)是生物化学实验中常用的一种蛋白质，其分子量 68千道尔顿，等电点 4.8，由 581个氨基酸残基组成[3]。牛血清白蛋白和人血清白蛋白(HSA)分子是同源蛋白，BSA 的结构与 HSA 具有 76%的相似度[4]。由于植入人体的许多医学材料会因为吸附血清蛋白后产生一系列生理变化，许多研究[5,6]采用牛血清白蛋白为对象来研究这些材料对蛋白的吸附规律，久而久之牛血清白蛋白成为研究不同材料[7,8,9,10]对蛋白质吸附规律的模式蛋白。

本文初步研究了膨化珍珠岩对牛血清白蛋白的吸附行为，试图通过对膨化珍珠岩吸附牛血清白蛋白的研究，了解膨化珍珠岩对蛋白质这种有机大分子的吸附特性，研究膨化珍珠岩作为固定化酶载体材料的可能性，也为本地珍珠岩产品找到一个新的应用领域。

1 实验部分

1.1仪器设备

恒温水浴震荡器，UV754N型紫外可见光分光光度计，上海雷磁PHS-3型PH计，电子天平，微量加样器等。

1.2 实验材料

1.2.1 膨化珍珠岩材料

膨化珍珠岩材料由信阳汇通珍珠岩实业有限公司提供。为简化实验环节，选择密度略大于水的5号过滤剂作为实验材料，因其在生产中经过高温加热及风选，实验前仅使用蒸馏水冲洗干净后，120℃下烘干7～9小时后，放入干燥器中备用。

1.2.2 药品及试剂

牛血清白蛋白为市售上海国药集团生产，其余试剂均为分析纯。

1.3 实验方法

诊断多重共线性的方法常用的是方差膨胀因子（VIF）法，可根据方差膨胀因子（VIF）的大小进行判断。一般地，当0＜VIF＜10时可认为指标不存在多重共线性。借助SPSS，计算结果如表4：

由于本研究的目的是希望获得工厂化生产的固定化酶的载体材料，考虑到以后工业生产的实际情况，以下实验的实验温度均为25℃。

1.3.1 吸附实验

称取一定质量的膨化珍珠岩加入离心管中，再分别加入一定体积的牛血清白蛋白溶液，溶液的蛋白质浓度和PH值根据实验设计而定，放入恒温水浴振荡器中，在200rpm下吸附3h，然后4000转离心15min后收集上清,将沉淀用等体积双蒸水清洗后4000转离心15min,收集上清，重复清洗三次；将收集的上清液混合，测定蛋白质含量。用初始溶液中蛋白质的质量减去吸附后收集的所有溶液中蛋白质的质量，即得到膨化珍珠岩所吸附的牛血清白蛋白的质量。

1.3.2 蛋白质含量的测定

采用考马斯亮蓝G-250染色法：称取一定质量的牛血清白蛋白，将其溶解在一定体积的双蒸水中，用凯氏定氮法测定蛋白质含量，最后配置成10mg/ml的标准蛋白溶液。再将标准蛋白溶液用双蒸水稀释，配制成一系列浓度梯度的蛋白溶液，取样与考马斯亮蓝G-250染色液充分混合，静置10min后在波长为595nm处测定吸光度，绘制标准曲线，得到蛋白含量与光吸收值之间的函数关系式为：

y=2.786x+0.0182 ，R2=0.999 (y为蛋白质毫克数，x为光吸收值)。

1.3.4 缓冲溶液的配置

缓冲溶液采用洪骏的方法[11]配制。A液:称取6.008g柠檬酸，3.893g磷酸二氢钾，1.769g硼酸和5.266g巴比妥，加蒸馏水定容至1000m1；B液：0.2mol/L氢氧化钠，称取氢氧化钠2.0g(分子量40g/mol )，加蒸馏水定容至 250ml，按表1的比例配制：

表1 缓冲溶液的配制方法

2 实验结果

2.1 PH值对吸附行为的影响

分别称取20mg膨化珍珠岩，分别加入PH值分别为3、4、5、6、7、8，蛋白质浓度为1mg/ml的牛血清白蛋白溶液1ml，按照1.3.1的方法进行实验，结果如图1所示：

可以看到在PH值为5的溶液条件下，膨化珍珠岩吸附牛血清白蛋白的量最大。随着溶液PH值的增大，膨化珍珠岩的吸附能力明显下降。

图1 PH值对牛血清蛋白吸附的影响

2.2 25℃条件下的吸附等温线测定

称取20mg膨化珍珠岩，分别加入等体积浓度为0.5，0.75，1，1.5，2，2.5，3，4，5mg/ml的BSA溶液，按1.3.1的方法进行实验，得到298K，PH值为5.0条件下的膨化珍珠岩对BSA的吸附等温线。回归分析表明该曲线的回归系数R2=0.905，说明 BSA在膨化珍珠岩表面的吸附基本符合 Langmuir模型[12]。

图2 膨化珍珠岩的等温吸附线

2.3 时间对吸附的影响

图3为时间对吸附行为的影响结果。从图上可以看出，随着时间的增加，蛋白吸附的量在增加。但是当超过两个小时以后，蛋白吸附的量出现下降，随着时间的增加，下降的幅度趋于平缓。

3 结论及分析

由于膨化珍珠岩是空隙结构发达的硅石材料，已经有许多科研工作者研究了其吸附特性，魏丽等[13]发现膨化珍珠岩对硫化物的吸附能力弱于硅藻土、膨润土和高岭土，而且曹书勤等[14]研究发现使用氨基三乙氧基硅烷对膨化珍珠岩表面改性后对2,4- 二硝基苯肼的吸附能力显著提高，加之前文中刘涉江[1]、尚建丽[2]等的研究，都提示膨化珍珠岩对水溶性有机小分子物质有比较好的吸附能力。

本实验结果分析表明，膨化珍珠岩对于牛血清白蛋白有很好的吸附能力，其吸附行为符合Langmuir模型，属于单层分子在均匀表面的吸附。只是通过简单的调整溶液的PH值，即可以大大提高吸附效率，达到令人满意的效果。这意味着膨化珍珠岩对以牛血清白蛋白为典型的软蛋白类生物大分子有很好的吸附效果，也意味着作为反应催化剂的酶蛋白经过比较简单的吸附处理过程就可能得到催化效率比较高的、廉价的、以膨化珍珠岩为载体材料的固定化酶。鉴于膨化珍珠岩具有化学稳定性好、使用温度范围广、无毒、无味、成本低廉等优良的性质，使用以膨化珍珠岩为载体材料的固定化酶产品，在生产应用中基本可以忽略载体材料对酶催化反应的干扰，加上珍珠岩工业已经发展多年，可以提供的材料种类很多，能够提供的固定化酶产品也会比较丰富，因此这种以膨化珍珠岩为载体材料的固定化酶产品在生产中有着广泛的应用前景。但是由于膨化珍珠岩中玻璃质成分占95%以上，与蛋白质结合的牢固程度可能有一定限制，若想要膨化珍珠岩成为一种理想的固定化酶的载体材料广泛应用于工业生产中，还需进一步深入的研究。

[参考文献]

[1] 刘涉江, 李鑫钢, 姜斌. 膨胀珍珠岩对甲基叔丁基醚的吸附动力学和热力学探讨[J]. 天津大学学报, 2008,41(4): 499-503.

[2] 尚建丽, 赵鹏，刘加平. 膨胀珍珠岩/有机羧酸复合相变储能材料试验研究[J]. 西安建筑科技大学学报，2007,39(4): 680-683.

[3] 傅明星,谭宏斌, 郭从盛，等. 粉煤灰制备P型沸石及吸附性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2009,28(3): 468-472.

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[11]洪骏.碱性脂肪酶的研究[D].浙江大学，2003.

[12]Helassa N, Quiquam poix H, Noinville S , et al Adsorption and desorption of monom eric Bt ( Bacillus thuringiensis) Cry1A a tox in onmont morillonite and kaolinite[J]. SoilBiology and Biochemistry, 2009 , 41( 3): 498-504 .

[13]魏丽, 王雅珍, 刘文侠，等.4种非金属矿物质吸附水中硫化物的热力学分析[J]. 牡丹江师范学院学报(自然科学版), 2010(4) :58-59.

[14]曹书勤，刘畅，茹晶，等.珍珠岩表面改性及对2,4-二硝基苯肼的吸附研究[J]. 非金属矿, 2008,31(5): 66-68 .