棒狀病毒的聚合物修飾及其溶液行為研究.pdf

1、棒狀 M13病毒作為一種生物納米顆粒，具有單分散的納米尺度結(jié)構(gòu)、可通過化學(xué)和基因手段進行表面化學(xué)改性及能夠自組裝成超螺旋結(jié)構(gòu)等特點。將聚合物修飾到病毒表面構(gòu)建的聚合物-生物大分子耦合物，有效集成了聚合物和病毒各自的優(yōu)勢，擴展了其在生物、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。同時，M13病毒可以作為膠體顆粒模型應(yīng)用于軟凝聚態(tài)物理，尤其是作為液晶基元應(yīng)用于棒狀膠體顆粒的溶致液晶理論研究中。本文系統(tǒng)研究了聚合物修飾對病毒的溶致液晶行為及熱穩(wěn)定性的影響，旨在更

2、好地理解棒狀病毒手性液晶相的起源及調(diào)控其熱穩(wěn)定性。
　　首先，本文發(fā)展了一種在病毒表面進行高密度聚乙二醇（PEG）接枝的方法。在高離子強度或高溶液濃度條件下，高密度 PEG接枝后的病毒只能形成向列型液晶相。不同層次的衣殼蛋白的結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明，高密度聚合物鏈之間強烈的空間排斥作用，驅(qū)動了病毒表面衣殼蛋白二級結(jié)構(gòu)和蛋白間堆疊組裝結(jié)構(gòu)的改變，這可能是導(dǎo)致其呈現(xiàn)向列型液晶相的根本原因。另外，在整個離子強度范圍內(nèi)，高密度PEG接枝后的病毒

3、其各向同性相（Isotropic）到向列型液晶相（Nematic）轉(zhuǎn)變（I-N）的臨界濃度獨立于離子強度變化，這是因為高密度聚合物的接枝導(dǎo)致了病毒的有效直徑（Deff）不再隨溶液的離子強度變化而變化。
　　其次，本文研究了不同分子結(jié)構(gòu)的聚合物在低接枝密度時對 M13病毒展示的液晶行為的影響。本文將兩種常用的聚合物（聚乙二醇（PEG）和聚 N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAM））分別接枝到病毒表面并考察了相同溶液條件下其各自的液晶相行為

4、。結(jié)果表明，當溶液濃度超過I-N相轉(zhuǎn)變濃度后，PEG接枝后的病毒在整個離子強度和濃度范圍內(nèi)均能形成手性液晶相。而 PNIPAM接枝的病毒形成的液晶相依賴于病毒的濃度和離子強度：在較低離子強度及低濃度的特定區(qū)域內(nèi)形成手性液晶相，除此之外 PNIPAM接枝的病毒只能形成向列型液晶相。對衣殼蛋白多級結(jié)構(gòu)的表征結(jié)果表明，室溫下 PNIPAM已經(jīng)開始塌縮。不僅降低了 PNIPAM接枝后病毒的有效直徑，同時塌縮的聚合物在病毒表面形成了相互吸引的疏水

5、微區(qū)，促使病毒傾向于平行排列，導(dǎo)致了 PNIPAM接枝后的病毒呈現(xiàn)手性液晶相到向列型液晶相的轉(zhuǎn)變。
　　最后，本文探討了不同分子結(jié)構(gòu)的聚合物修飾對 M13棒狀病毒熱穩(wěn)定性的影響。首先考察了不同溫度條件下，不同聚合物修飾前后病毒的形貌變化。結(jié)果表明，高溫加熱后 PEG接枝后的病毒仍能維持一定程度的形貌完整性，而PNIPAM修飾后的病毒，卻很難維持完整性的形貌，病毒斷裂成碎片。其次對衣殼蛋白多級結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性變化進行了考察。親水性 P

6、EG的接枝能增強病毒衣殼蛋白結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性，而溫敏性 PNIPAM的修飾，則降低了病毒衣殼蛋白的熱穩(wěn)定性。隨后考察了聚合物修飾前后病毒生物活性熱穩(wěn)定性的變化。結(jié)果表明， PEG修飾后的病毒其生物活性熱穩(wěn)定性增強。這是因為PEG具有良好的親水性及生物相容性，進而增強病毒溶液的熱穩(wěn)定性。而隨溫度升高，聚合物PNIPAM會發(fā)生疏水性塌縮，在病毒表面形成疏水性小球，小球之間產(chǎn)生的相互吸引力能夠增強病毒衣殼蛋白的熱致解旋過程，進而降低病毒的熱穩(wěn)定性