蛋白质是生命活动的主要承担者，由于种类丰富、功能众多的蛋白质是生命科学极为重要的研究对象，因此如何分离纯化蛋白质就成为生命科学家研究的热点之一。目前蛋白质分离方法众多，且各具优劣，包括基于蛋白质分子大小差异进行分离的离心分离、凝胶层析分离、超滤分离、透析分离等；基于改变蛋白质的溶解度的等电点法沉淀分离、溶剂法分离、双水相萃取、盐溶法及盐析分离；基于电荷不同的离子交换层析分离、电泳分离、等电聚焦技术；基于选择性吸附差异的分离方法以及其他更多的分离技术。其中，由于金属螯合亲合层析具有配体简单、吸附量大、分离条件温和、通用性强等特点，其迅速被大量运用于各种种类蛋白质的分离提取中¹。

1975年Porath^2-5等科学家在分离人血清蛋白时首次使用了金属螯合亲核层析（Metal chelation affinity chromatography，IMAC）的技术，利用蛋白质表面氨基酸残基与金属离子之间的相互作用进行亲和纯化，奠定和发展了应用IMAC分离和纯化蛋白的技术。随着20世纪70年代的第一代重组蛋白技术的成熟以及分子生物学的进步，极大促进了金属螯合层析技术的发展。重组技术能够在基因层面对蛋白质进行改造，包括在蛋白质序列末端插入各种标签蛋白或多肽，使其表达到蛋白质表面，进而用于连接、分离等功能。常用的蛋白标签包括麦芽糖结合蛋白标签、组氨酸标签、FLAG标签等，其中由于组氨酸中的电子体咪唑环可以与过渡金属形成稳定的配位键，因此组氨酸与固定化金属的结合力最强，使得组氨酸标签在重组蛋白质的提取分离中使用非常广泛。Hochuli等⁶首次用基因克隆重组技术在目的蛋白的N端或C端加入连续的His-tag标签，并用 IMAC 技术对融合有His-tag标签的蛋白进行分离纯化。

功能化修饰磁性微珠是一类带有磁性的纳米级微粒，通过在其表面修饰各类功能基团，可以达到各种特异性的功能，同时因为其良好的磁响应、操作方便以及回收利用率高的特点，使其在蛋白纯化^7,8、DNA分离⁹、医疗诊断¹⁰方面均具有广泛的运用。结合金属螯合层析和磁性微珠发展起来的金属螯合磁珠法，同时具备两者特点，使得其运用更加高效。在纳米磁性微珠表面进行修饰，使其表面可以螯合金属离子，从而能结合带有组氨酸标签的特定蛋白质，借助磁场作用，使磁珠发生定向移动，实现特定蛋白质的分离纯化。

常规金属螯合磁珠由四部分组成：磁核、连接臂、螯合配体和金属离子。磁核一般是选择磁性能良好且廉价的四氧化三铁来生成。在裸磁核形成后再在其表面聚合一层基底，形成一层磁核保护层的同时为后续功能基团的连接提供位点。以前使用最多的基底是聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)¹¹，但由于其非特异性吸附以及不易修饰化学基团的缺点逐渐被舍弃。取而代之SiO₂^12,13以及聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）^14,15等成为现在更常用的基底。螯合配体需要一端与磁珠直接或者间接相连，而另一端与金属离子配位，这要求配体一端必须含有有孤对电子的基团，比如羧基、氨基等基团，常用的主要是一些小分子如氨基三乙酸（NTA）、亚氨基乙二酸和三（羧甲基）乙二胺等。而在螯合配体和载体之间还需要一定长度的连接臂，连接臂的存在延长了金属离子与磁核的距离，这样有利于减少磁核的非特异性吸附，也可以降低蛋白质结合上磁珠的空间位阻¹⁶。常见的起桥联作用的物质有种类丰富的硅烷偶联剂、戊二醛、环氧氯丙烷等物质。最后螯合上的金属离子多为二价金属离子，使用最多的是Cu² 、Ni² 、Zn² 、Co² 等，其中以Ni² 的应用范围最广。

相比于常规的金属螯合亲和层析，金属螯合磁珠可以避免复杂的操作，省去填柱以及上柱等步骤，只需要简单的混合以及磁吸附便可以实现蛋白质快速分离和提取。Xu^17,18采用FePt/ Ni-NTA和Co/Fe₂O₃/Ni-NTA 磁性微球分离纯化了6×His-tag重组蛋白；Lee ¹⁹制备了表面修饰有Pluronic 共聚物的Fe₂O₃/Ni-NTA 磁性微球，并用其分离纯化了His-tag重组蛋白。这些微球的直径都在10 nm以下，因此在磁场作用下移动会比较缓慢。Zheng²⁰用Fe₃O₄@SiO₂/P(St-alt-MAn)磁性微球分离纯化了6×His-tag 重组蛋白，磁性微球的直径达220 nm 左右，由于微球的体积显著增加，使得微球在磁场作用下移动更加迅速，增强了重组蛋白分离纯化的效率。Lee²¹还制备了Ni/ NiO纳米磁性微球并用于分离纯化His-tag 蛋白。

现阶段，已经有很多商品化的金属螯合磁珠，但大多制造工艺复杂，需要层层向外合成，无法避免使得成品总产率降低，成本上升。本课题研究旨在保持金属螯合磁珠优良的特性的同时，研究制造出生成工艺更简便、稳定，适用于大规模生产的新型金属螯合磁珠。

2. 研究的基本内容与方案

[基本内容]

（1）制备大小合适的纳米四氧化三铁磁核；

（2）对磁珠进行表面修饰，使磁珠可以可以稳定螯合金属离子，使其高特异性吸附带有组氨酸标签蛋白质；

（3）结合多种检测方法表征，优化磁珠制备、修饰方法；研究影响磁珠吸附效率的因素，提高吸附效率；