基于温敏性N，N-二甲基丙烯酰胺/N-异丙基丙烯酰胺无规共聚物的毛细管无胶电泳筛分介质

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230125

摘要/Abstract

摘要：

本文合成了N，N-二甲基丙烯酰胺/N-异丙基丙烯酰胺无规共聚物（P（DMA-co-NIPAM））和聚N，N-二甲基丙烯酰胺（PDMA），并将二者共混制备毛细管无胶电泳筛分介质，旨在降低筛分介质粘度的同时增强其对DNA的分离性能。核磁共振氢谱（¹H NMR）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）证明了2种聚合物的成功合成。表征了P（DMA-co-NIPAM）/PDMA共混物溶液的流体力学直径（D_h）、低剪切粘度和吸光度，结果表明，P（DMA-co-NIPAM）聚合物具有温敏性，低临界溶解温度（LCST）为60~80 ℃。DNA筛分结果显示，PDMA中添加了10% P（DMA-co-NIPAM）的复合筛分介质性能最好，相比PDMA粘度降低19%以上，对大DNA片段的分辨率和理论塔板数均明显提高，分离时间缩短4%，显示了优良的分离性能。

关键词: 毛细管电泳, 毛细管无胶电泳筛分介质, DNA分离, 温敏性聚合物, 聚N, N-二甲基丙烯酰胺

Abstract:

In this paper， a random copolymer of N，N-dimethylacrylamide and N-isopropylacrylamide （P（DMA-co-NIPAM）） as well as poly-N?，?N-dimethylacrylamide （PDMA） are synthesized and blended to prepare a composite sieving medium for non-gel capillary electrophoresis， aiming to reduce the viscosity of the sieving medium while enhance its DNA separation performance. Analyses by NMR spectroscopy and Fourier transform infrared （FT-IR） spectroscopy confirm that both polymers are successfully synthesized. The hydrodynamic diameter， low shear viscosity and UV-Vis absorbance results show that P（DMA-co-NIPAM） is thermoresponsive with a low critical solution temperature （LCST） of 60~80 ℃. DNA sieving results indicate that the composite medium containing 10% P（DMA-co-NIPAM） exhibits best properties， a viscosity 19% lower than PDMA and a higher resolution and theoretical plate number in separating large DNA fragments， and separation time is reduced by more than 4%， showing good separation performance.

Key words: Capillary electrophoresis, Non-gel sieving media, DNA separation, Thermoresponsive polymers, Poly（N, N-dimethylacrylamide）

中图分类号:

O631

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图/表 9

图1 P（DMA-co-NIPAM）随温度升高的转变过程示意图

Fig.1 Schematic diagram of the transition process of P（DMA-co-NIPAM） with increasing temperature

表1 复合NGCE筛分介质的组成

Table 1 Composition of the composite NGCE sieving media

NGCE sieving media	n（P（DMA-co-NIPAM））∶ n（PDMA）	w（polymer）/%	c（Urea）/（mol·L^-1）	w（2-pyrrolidone）/%
PDMA ^a	0∶10	4	8	5.7
Ⅰ	1∶9
Ⅱ	2∶8
Ⅲ	5∶5
P（DMA-co-NIPAM） ^b	10∶0

图2 PDMA（A）与P（DMA-co-NIPAM）（B）的合成路线

Fig.2 Synthesis route of PDMA （A） and P（DMA-co-NIPAM）（B）

图3 P（DMA-co-NIPAM）与PDMA不同比例溶液的Dh（A）、粘度（B）和吸光度（C）的温度响应性，溶液质量浓度均为20 mg/mL

Fig.3 Temperature dependence of the hydrodynamic diameter （A）， viscosity （B） and absorbance （C） of polymer solutions with different ratios of P （DMA-co-NIPAM） to PDMA. The mass concentrations of the solutions are all 20 mg/mL

图 4 5种NGCE筛分介质在25 ℃时的粘度

Fig.4 Viscosities of five NGCE sieving media at 25 ℃

图5 筛分介质PDMA、Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ筛分600 LIZ DNA的毛细管电泳分离图谱

Fig.5 600 LIZ DNA capillary electrophoresis separation patterns using NGCE media PDMA，Ⅰ，Ⅱ and Ⅲ

图6 复合筛分介质分离标准DNA样品的（A）分辨率、（B）理论塔板数和（C）电泳完成时间及其（D）迁移时间与对应核苷酸数目的线性拟合曲线，工作温度为60 ℃

Fig.6 The resolution （A）， plate numbers （B）， electrophoresis completion time （C）， and linearity of migration time versus number of nucleotides （D） for the composite NGCE sieving media in separating standard DNA samples at 60 ℃

表2 DNA片段迁移时间与核苷酸数的曲线线性回归系数

Table 2 Linear regression coefficient of a plot of DNA fragment migration time versus nucleotides number

Sample	PDMA	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
Linear regression coefficient（R²）	0.997 0	0.996 2	0.994 8	0.989 0

图7 复合筛分介质在不同温度下分离标准DNA样品（（414/420） bp）的（A）分辨率和（B）理论塔板数

Fig.7 The resolution （A） and plate numbers （B） for the composite NGCE sieving media in separating standard DNA samples （414/420 bp） at different temperatures

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