聚合物及其改性表面與蛋白質(zhì)的相互作用研究.pdf

1、蛋白質(zhì)分子是生命體的一種重要組成單元，在生物體內(nèi)及體外研究中都具有重要的意義。由于結(jié)構(gòu)精確的特點(diǎn)，將蛋白質(zhì)作為一種功能性生物活性分子進(jìn)行應(yīng)用時(shí)往往會(huì)受到環(huán)境因素的限制。為改善蛋白質(zhì)在應(yīng)用中的不足，提高其利用范圍，各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣的聚合物被人們應(yīng)用在蛋白質(zhì)生物活性領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)在應(yīng)用中的生物活性及穩(wěn)定性的改善。因此，研究蛋白質(zhì)與聚合物及其改性表面的相互作用具有及其重要的意義。
　　為改善蛋白質(zhì)分子在應(yīng)用時(shí)存在的不足，本論文分

2、別制備了嵌段聚合物改性生物活性表面及聚合物改性蛋白質(zhì)偶聯(lián)物，并基于這兩種體系對(duì)蛋白質(zhì)和聚合物的相互作用進(jìn)行研究，以期擴(kuò)展蛋白質(zhì)的應(yīng)用范圍，提高其利用效率。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，通過(guò)表面引發(fā)電子活化再生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合方法在聚（甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯）改性基材表面嵌段聚合聚甲基丙烯酸縮水甘油酯（POEGMA-b-PGMA），制備了能夠調(diào)控表面性能的生物活性表面，進(jìn)行蛋白質(zhì)和聚合物改性表面相互作用的研究。利用靜態(tài)水接觸角、傅

3、里葉變換紅外光譜儀及橢圓偏振儀等表征手段對(duì)表面改性的過(guò)程進(jìn)行表征。蛋白質(zhì)結(jié)合/洗脫測(cè)試及溶菌酶活性測(cè)定結(jié)果表明改性表面結(jié)合的蛋白質(zhì)分子的數(shù)量及活性能夠通過(guò)聚合物層厚度的變化而調(diào)控，原子力顯微鏡結(jié)果表明不同聚合物層厚度時(shí)材料的表面構(gòu)象各不相同。蛋白質(zhì)分子特異性結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明聚合物改性表面能夠選擇性地與蛋白質(zhì)分子相互作用，在有效排斥非特異性蛋白質(zhì)結(jié)合的同時(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)蛋白質(zhì)分子的特異性結(jié)合。蛋白質(zhì)圖案化實(shí)驗(yàn)表明這種改性生物活性表面能夠非常便捷

4、地實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的共價(jià)圖案化。通過(guò)這種嵌段共聚改性的方法，我們得到了性能可調(diào)控的生物活性表面，研究了表面改性聚合物構(gòu)象對(duì)材料結(jié)合的蛋白質(zhì)分子數(shù)量及活性的影響，總結(jié)了蛋白質(zhì)生物分子與聚合物改性表面的相互作用規(guī)律。
　　其次，合成了馬來(lái)酰亞胺功能化的鏈轉(zhuǎn)移劑及水溶性光引發(fā)劑，并成功實(shí)現(xiàn)了N-異丙基丙烯酰胺（NIPAm）單體的水相光引發(fā)可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移（RAFT）聚合。核磁共振波譜、凝膠滲透色譜及液相色譜質(zhì)譜聯(lián)表征證實(shí)了功能化鏈轉(zhuǎn)移劑分子

5、及光引發(fā)劑分子的成功合成。光聚合得到的聚合物的分子量能夠隨著聚合時(shí)間的增加而線性增長(zhǎng)，且分子量分布窄，證明了合成的光引發(fā)劑的引發(fā)能力及馬來(lái)酰亞胺化鏈轉(zhuǎn)移劑在聚合中的調(diào)控能力。隨后，以牛血清白蛋白（BSA）為模型蛋白質(zhì)分子，利用邁克爾加成反應(yīng)將馬來(lái)酰亞胺功能化鏈轉(zhuǎn)移劑分子引入蛋白質(zhì)表面的巰基位置，利用快速光聚合體系成功實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)-聚合物偶聯(lián)物的制備。自由巰基測(cè)定結(jié)果表明功能化的鏈轉(zhuǎn)移劑分子幾乎全部占據(jù)了蛋白質(zhì)表面的巰基，核磁共振氫譜及十

6、二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果表明聚 N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAm）被成功引入蛋白質(zhì)上。偶聯(lián)物雖然具有溫度響應(yīng)性特性，但是并不影響B(tài)SA的酯酶活性。這種水相光引發(fā)RAFT聚合方法能夠在蛋白質(zhì)表面的巰基位置定點(diǎn)引發(fā)單體的快速活性聚合，該聚合過(guò)程具有快速高效的特點(diǎn)，是一種新的制備高活性蛋白質(zhì)-偶聯(lián)物的方法。
　　最后，我們利用分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)無(wú)機(jī)焦磷酸水解酶（PPase）進(jìn)行突變，得到了蛋白質(zhì)活性中心附近及遠(yuǎn)離活性中心位置半

7、胱氨酸突變的蛋白質(zhì)，通過(guò)“grafting from”方法利用鏈轉(zhuǎn)移劑分子的引入及單體 NIPAm的光聚合得到了不同位點(diǎn)聚合物改性的蛋白質(zhì)-聚合物偶聯(lián)物。聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果顯示光照在聚合中具有重要作用，除了在聚合開(kāi)始時(shí)活化引發(fā)劑形成自由基“開(kāi)啟”聚合外，還可以控制聚合反應(yīng)的過(guò)程。蛋白質(zhì)活性測(cè)試結(jié)果表明聚合物的引入位點(diǎn)能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)的活性產(chǎn)生影響：在蛋白質(zhì)遠(yuǎn)離活性中心位置引入聚合物時(shí)并不直接影響蛋白質(zhì)的活性；在蛋白質(zhì)活性中心附近引入聚合

8、物時(shí)最低臨界溫度上下蛋白質(zhì)的活性差異顯著，PNIPAm呈現(xiàn)“活性開(kāi)關(guān)”的效果。除此之外，聚合物的分子量也對(duì)蛋白質(zhì)的活性具有一定的影響。通過(guò)PPase不同位點(diǎn)的快速聚合，我們研究了聚合物改性蛋白質(zhì)時(shí)兩者的相互作用及聚合物在蛋白質(zhì)分子上的偶聯(lián)位點(diǎn)對(duì)蛋白質(zhì)活性的影響，實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)活性的調(diào)控，為制備活性較高的蛋白質(zhì)偶聯(lián)物提供了可能。
　　總之，本論文以聚合物改性生物活性表面為基礎(chǔ)，通過(guò)改變表面聚合物構(gòu)象研究了聚合物改性表面與蛋白質(zhì)的相互作