离子液体应用于核酸和蛋白质分离

在生物分子的萃取分离方面，离子液体首先被用来萃取分离氨基酸。氨基酸是一类亲水性的生物分子，采用常规的有机溶剂对其进行直接萃取是非常困难的，一般通过加入亲脂性的阳离子或阴离子萃取剂，形成疏水性配合物，从而被萃取到有机溶剂中，其中最常用的辅助萃取剂是冠醚（DCH18C6）[88]。Smirnova等[89]采用疏水性离子液体BmimPF6作为溶剂，以冠醚（DCH18C6）作为辅助萃取剂，对多种氨基酸的萃取进行了研究。结果表明，当无辅助萃取剂存在时，离子液体不能萃取氨基酸，而通过加入冠醚（DCH18C6）辅助萃取剂，即使是最亲水的氨基酸的萃取效率也可达90%以上。通过对溶液pH、冠醚浓度、离子液体体积等条件的研究，建立了离子液体萃取分离氨基酸的方法，并将该方法应用于实际发酵样品中的氨基酸的回收提取。

蛋白质是一类重要的生物大分子，研究表明酶类物质在离子液体中具有较高的活性[90]，而且在离子液体中一些生物催化反应也可以很好地完成[91]。但是由于蛋白质不能直接溶解在离子液体中，因此限制了这方面研究的发展。Goto等[92]研究发现，含有丰富赖氨酸的血红素蛋白（细胞色素C）在合适的辅助萃取剂存在下，可以被萃取到离子液体中。采用冠醚（DCH18C6）为萃取剂，以离子液体1-羟乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酸）酰亚胺盐（C2OHmimTf2N）为溶剂，实现了离子液体对细胞色素C的萃取。对萃取机理的研究表明，细胞色素C与DCH18C6发生配位作用，生成的配合物被萃取到离子液体中，如图1-7所示。并对离子液体中的细胞色素C的构型及生物活性等进行了研究。Goto等[93]还合成了具有功能化侧链DCH18C6的离子液体18C6mimPF6，并将其作为辅助萃取溶剂，将细胞色素C萃取到不同的离子液体中。研究表明，18C6mimPF6萃取细胞色素C的萃取机理与DCH18C6的萃取机理相同，但是用18C6mimPF6时可以更有效地将细胞色素C从离子液体中反萃取到水溶液中。

图1-7　富含赖氨酸的蛋白质表面的氨基与DCH18C6结合生成配合物促使蛋白质进入离子液体相(www.xing528.com)

以上研究表明，在适合的辅助萃取剂存在的条件下，离子液体可以实现对特定蛋白质的萃取。而采用特定的离子液体萃取体系对蛋白质的萃取分离也有相关的报道。Wang等[94]采用离子液体BmimCl与磷酸二氢钾（KH2PO4）组成的双水相体系对牛血清白蛋白（BSA）进行了萃取研究，结果表明，水相中的白蛋白能被萃取进入离子液体中，其萃取机理主要是盐析作用，白蛋白与离子液体并没有发生化学作用。通过对萃取条件的优化，建立了离子液体双水相萃取分离白蛋白的新方法，将该方法应用于人尿液中白蛋白的萃取分离，并成功地进行了蛋白质电泳测定。邓凡政等[79]也建立了由亲水性离子液体四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑（BmimBF4）和KH2PO4形成的双水相体系萃取分离BSA的新方法，研究了不同种类的盐及其浓度、离子液体浓度以及蛋白质用量、溶液酸度、其他共存物质对双水相成相及BSA萃取率的影响。结果表明，溶液的pH在4～8范围内，磷酸二氢钾盐浓度为80g/L，离子液体浓度在160～240mL/L时，离子液体双水相体系对30～50m/L浓度范围内的BSA有较高的萃取率。采用以上离子液体双水相也可以对睾丸激素及表睾酮进行萃取分离。He等[95]采用离子液体/盐双水相体系对尿中的睾丸激素及表睾酮进行了萃取，由亲水性的离子液体BmimCl与磷酸氢二钾构成的双水相体系，对睾丸激素及表睾酮两种物质的一次萃取率可达80%～90%，可以实现对两种物质的富集，并用高效液相色谱对离子液体相中两种物质的含量进行直接测定。该方法在萃取过程中，避免了有机溶剂的使用，而且检测线性范围宽，检出限低，能够满足人尿液中睾丸激素及表睾酮的测定。

通过以上研究可以看出，尽管生命物质如氨基酸、蛋白质等不能直接溶解在离子液体中，但是采用适当的萃取体系或辅助萃取剂，离子液体能够实现对生物分子如氨基酸、白蛋白、细胞色素C的萃取分离。相关的研究也已表明，在离子液体中生物分子的活性、稳定性能够显著提高，并且在离子液体中能成功地进行生物催化等生化反应，因此采用离子液体萃取生命物质的研究具有非常重要的意义。但是目前为止，关于离子液体萃取生物大分子的报道还很少。目前能够适用于生物分子萃取的分离体系及辅助萃取剂的种类也不多，常用的冠醚类辅助萃取剂既能与金属结合也能与蛋白质作用，因此在萃取分离生物分子过程中，不可避免地会引入金属类杂质。因此，设计出具有特定官能团的离子液体对生物分子如氨基酸、蛋白质、DNA等进行直接萃取分离是一个有效地途径。