ИММОБИЛИЗАЦИЯ РЕАКТИВНЫХ КРАСИТЕЛЕЙ НА ПОВЕРХНОСТИ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫХ МЕМБРАН НА ОСНОВЕ ПОЛИ-М-ФЕНИЛЕНИЗОФТАЛАМИДА
Аннотация
Получены ультрафильтрационные мембраны на основе поли-м-фениленизофталамида (ПА) и его смесей, содержащих 5 мас.% (ПА-5) и 10 мас.% (ПА-10) сополимера акрилонитрила с N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлоридом. Показана возможность их использования для иммобилизации применяемых в аффинной хроматографии в качестве лигандов реактивных красителей: Cibacron Blue 3GA, Cibacron Brilliant Yellow 3GP, Reactive Red 120. Установлено, что иммобилизация в основном происходит за счет электростатического взаимодействия анионных групп красителей и катионных групп полимерной матрицы. Вклад гидрофобных взаимодействий краситель/мембрана является существенным и возрастает с уменьшением концентрации ионных групп на поверхности материала. В зависимости от вида мембраны и природы красителя максимальная экспериментальная адсорбционная емкость составляет от 0,05 до 0,29 мкмоль∙см-2. Показана целесообразность применения для описания адсорбции красителей двухпараметрической модели Ленгмюра. Хорошее соответствие экспериментальных изотерм адсорбции модели Фрейндлиха наблюдается при невысоких концентрациях красителей в растворе. Установлено, что увеличение содержания ионных групп в полимерной матрице приводит к росту устойчивости иммобилизации красителя. Для ПА-10 в зависимости от природы красителя десорбция в воде составляет от 2,0 до 3,9% и возрастает в водно-этанольном растворе до 7,1 – 18,0%. Для ПА значения десорбции изменяются в диапазонах 15,7 – 24,6 и 47,8 – 62,9% соответственно. Адсорбция мембранами бычьего сывороточного альбумина, лизоцима и миоглобина исследована в статическом режиме. Установлено, что для всех образцов иммобилизация красителя приводит к возрастанию их адсорбционной емкости. Выявлено влияние природы белка на адсорбцию его макромолекул на поверхности модифицированных мембран, что определяет возможность использования полученных материалов в афинной фильтрации.
Литература
Galiano F., Briceno K., Mariano T., Molino A., Christensen K.V., Figoli A. Advances in biopolymer-based membrane preparation and applications. J. Membr. Sci. 2018. V. 564. P. 562-586. DOI: 10.1016/j.memsci.2018.07.059.
Separation of Functional Molecules in Food by Membrane Technology. Ed. by Ch.M. Galanakis. Brookline: Academic Press. 2019. P. 267-304. DOI: 10.1016/C2017-0-02808-2.
Jankhah S. Technology trends in membrane filtration use. J. Filtration + Separation. 2018. V. 55 (1). P. 30, 32-33. DOI: 10.1016/S0015-1882(18)30174-5.
Zhao Ch., Xue J., Ran F., Sun Sh. Modification of poly-ethersulfone membranes – A review of methods. Progr. Mater. Sci. 2013. V. 58. P. 76-150. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2012.07.002.
Fatients E.Kh, Berezkin V.V, Kagramanov G.G. Methods of modification of track membranes for the separa-tion of biological objects. Membr. Membr. Tekhnol. 2013. V. 3. N 1. P. 38-49 (in Russian).
Bai L., Liang H., Crittenden J., Qu F., Ding A., Ma J., Du X., Guo Sh., Li G. Surface modification of UF mem-branes with functionalized MWCNTs to control mem-brane fouling by NOM fractions. J. Membr. Sci. 2015. V. 492. P. 400-411. DOI: 10.1016/j.memsci.2015.06.006.
Lin Zh., Hu Ch., Wu X., Zhong W., Chen M., Zhang Q., Zhu A., Liu Q. Towards improved anti-fouling ability and separation performance of polyethersulfone ultrafiltration membranes through poly(ethylenimine) grafting. J. Membr. Sci. 2018. V. 554. P. 125-133. DOI: 10.1016/j.memsci.2018.02.065.
Fan J., Luo J., Song W., Wan Y. One-step purification of α-1-antitrypsin by regulating polyelectrolyte ligands on mussel-inspired membrane adsorber. J. Membr. Sci. 2017. V. 528. P. 155-162. DOI: 10.1016/j.memsci.2017.01.037.
Affinity chromatography: Methods and protocols. Ed. by S. Reichelt. New York: Springer Science+Business Media. 2015. P. 1-19, 23-42. DOI: 10.1007/978-1-4939-2447-9.
Protein chromatography: Methods and protocols. Ed. by D. Walls, S. Loughran. New York: Springer Sci-ence+Business Media. 2017. P. 319-338, 389-400. DOI: 10.1007/978-1-4939-6412-3.
Serpa G., Augusto E., Tamashiro W., Ribeiro M., Miranda E., Bueno S. Evaluation of immobilized metal membrane affinity chromatography for purification of an immunoglobulin G1 mono-clonal antibody. J. Chromatogr. B. 2005. V. 816. P. 259-268. DOI: 10.1016/j.jchromb.2004.11.043.
Ribeiro M., Vijayalakshmi M., Todorova-Balvay D., Bueno S. Effect of IDA and TREN chelating agents and buffer systems on the purification of human IgG with immobilized nickel affinity membranes. J. Chromatogr. B. 2008. V. 861. P. 64-73. DOI: 10.1016/j.jchromb.2007.11.018.
Edwie F., Chung T.-S. Exploration of regeneration and reusability of human serum albumin as a stereoselective ligand for chiral separation in affinity ultrafiltration. J. Membr. Sci. 2010. V. 362. P. 501-508. DOI: 10.1016/j.memsci.2010.07.007.
Ferraris M., Barrera G., Padilla A., Rodriguez J. Affinity adsorption of lysozyme on a macroligand prepared with Cibacron Blue 3GA attached to yeast cells. J. Chromatogr. B. 2011. V. 879. P. 2741-2745. DOI: 10.1016/j.jchromb.2011.07.040.
Edwie F., Chung T.-S. Exploration of regeneration and reusability of human serum albumin as a stereoselective ligand for chiral separation in affinity ultrafiltration. J. Membr. Sci. 2010. V. 362. P. 501-508. DOI: 10.1016/j.memsci.2010.07.007.
Lalli E., Silva J.S., Boi C., Sarti G.C. Affinity membranes and monoliths for protein purification. Membranes. 2019. V. 10(1). P. 1-13. DOI: 10.3390/membranes10010001.
Kosior A., Antošová M., Faber R., Villain L., Polakovič M. Single-component adsorption of proteins on a cellu-lose membrane with the phenyl ligand for hydrophobic interaction chromatography. J. Membr. Sci. 2013. V. 442. P. 216-224. DOI: 10.1016/j.memsci.2013.04.013.
Liu H., Zheng Y., Gurgel P., Carbonell R. Affinity membrane development from PBT nonwoven by photo-induced graft polymerization, hydrophilization and ligand attachment. J. Membr. Sci. 2013. V. 428. P. 562-575. DOI: 10.1016/j.memsci.2012.09.047.
Zhu J., Yang J., Sun G. Cibacron Blue F3GA functionalized poly(vinyl alcohol-co-ethylene) (PVA-co-PE) nano-fibrous membranes as high efficient affinity adsorption materials. J. Membr. Sci. 2011. V. 385-386. P. 269-276. DOI: 10.1016/j.memsci.2011.10.001.
Emin C., Kurnia E., Katalia I., Ulbricht M. Polyarylsulfone-based blend ultrafiltration membranes with com-bined size and charge selectivity for protein separation. Separ. Purif. Technol. 2018. V. 193. P. 127-138. DOI: 10.1016/j.seppur.2017.11.008.
Velali E., Stute B., Leuthold M., Lieres E. Model-based performance analysis and scale-up of membrane ad-sorbers with a cassettes format designed for parallel operation. Chem. Eng. Sci. 2018. V. 192. P. 103-113. DOI: 10.1016/j.ces.2018.07.020.
Dabrowski A. Adsorption — from theory to practice. Adv. Col. Int. Sci. 2001. V. 93. P. 135-224. DOI: 10.1016/S0001-8686(00)00082-8.
Foo K.Y., Hameed B.H. Insights into the modeling of adsorption isotherm systems. Chem. Eng. J. 2010. V. 156. P. 2-10. DOI: 10.1016/j.cej.2009.09.013.
Quiroga E., Ramirez-Pastor A.J. Statistical thermodynamics of molecules with multiple adsorption states: Ap-plication to protein adsorption. Chem. Phys. Lett. 2013. V. 556. P. 330-335. DOI: 10.1016/j.cplett.2012.11.019.
Smirnova N.N., Smirnov K.V. Interaction of natural and synthetic polyelectrolytes with bovine serum albumin. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 7. P. 45-51. DOI: 10.6060/ivkkt.20196207.5839.
Jakubke H.-D., Jeschkeit H. Aminosӓuren, Peptide, Proteine. Berlin: Akad. Verlag. 1984. 505 р.
Phillips D.C. Lysozyme. New-York: Acad. Press. 1974. 350 р.
Bekturov E.A., Legkunets R.E. Association of polymers with small molecules. Alma-Ata: Nauka. 1983. 208 p. (in Russian).
Smirnova N.N., Shashkova M.S., Fedotov Yu.A. Effect of polymeric compositions based on aromatic polyamides on the electrosurface properties of materials and their sorption capacity towards basic and acidic dyes. Membr. Membr. Tekhnol. 2013. V. 3. N 3. P. 199-209 (in Russian). DOI: 10.1134/S2218117213030085.
Smirnova N.N., Krasil’nikov I.V. An effect of the nature of immobilized components on the adsorption and mass-transfer properties of ultrafiltration membranes based on sulfonate-containing copolyimide. Russ. J. Appl. Chem. 2019. V. 92. N 11. P. 1570−1580. DOI: 10.1134/S1070427219110144.
