不同性质的金纳米颗粒系列吸附蛋白质的初步研究

摘要

近年来，随着纳米材料和纳米科技的迅速发展，其在新能源材料、环境保护及生物医药（如纳米载药和生物成像）等领域的应用取得了突破性进展。纳米材料的广泛应用，使得环境中的纳米材料会以不同的方式暴露给人类，如呼吸暴露、皮肤暴露、口服暴露、注射暴露等多种暴露方式，其生物安全性也日益受到人们的关注。因此，了解纳米材料与生物系统的相互作用是纳米材料安全性应用的关键。纳米材料的特殊性质使得其一旦进入生物体，便快速的穿透细胞膜，与生物体内的蛋白质、核酸等生物大分子相互作用。纳米材料与蛋白质的相互作用可能导致蛋白质的结构和功能发生变化，进而影响其动力学特性和生物活性。因此，研究纳米材料与蛋白质的相互作用是纳米材料在生物医药领域应用的前提和重要基础。
　　近几年研究发现，纳米材料与蛋白质的相互作用与其组成、粒径、形状、表面化学修饰均有关系。其中，纳米材料表面化学基团的带电性、亲疏水性、H键、π键以及空间拓扑结构等性质，均会影响纳米颗粒与蛋白质之间的相互作用。但由于文献中选用的纳米材料的研究模型不同，且纳米颗粒表面化学基团多样化，无法对纳米材料．蛋白质相互作用进行比较，研究结果缺乏可比性和系统性，尤其是缺乏纳米材料的某种特定理化性质在发生连续变化时其与蛋白质相互作用的研究。
　　为了阐明纳米材料的表面性质与蛋白相互作用的关系。本工作主要从两个方面进行了研究。
　　第一部分，建立一个表面氢键连续变化的金纳米颗粒系列。选择适当的小分子配位体，通过金硫键共价反应，制备表面氢键连续性变化的金纳米颗粒系列，每种金纳米颗粒的粒径大小相同且只有一种化学性质呈连续变化趋势，而其他性质保持相对稳定;通过TEM、DLS、Zeta电位对金纳米系列进行分析表征，并通过碘切LC-MS进行纳米材料表面配体密度定量。
　　第二部分，利用实验室制备的一个五种表面性质（电荷，亲疏水性，π键，氢键，空间拓扑结构）连续变化的金纳米颗粒系列与牛血清蛋白相互作用，利用Bradford法对吸附蛋白进行定量，并通过聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和高效液相色谱．质谱联用(LC-MS/MS)，研究了不同表面性质及不同粒径对金纳米颗粒吸附蛋白种类和数量的影响。
　　研究结果表明，纳米材料表面电荷可以影响纳米颗粒吸附蛋白的量，表面带负电的纳米材料吸附蛋白的量大于带正电的纳米材料大于中性的纳米材料。疏水性的纳米材料比亲水的吸附蛋白的量多。氢键给体增多吸附蛋白的量减少。π键和空间拓扑结构对蛋白吸附量没有特定规律。不同表面修饰的金纳米颗粒对于吸附蛋白的种类也有一定的选择性。粒径不同的纳米材料吸附蛋白的量主要受纳米材料表面积和表面曲率的影响。在质量相等的条件下，粒径小的纳米材料吸附蛋白质的量更多;在表面积相等的条件下，粒径小的纳米材料吸附蛋白质的量也相对较多一些，但不是特别明显。
　　本工作初步得出了纳米材料的不同表面化学对其吸附蛋白质的量的影响，为通过调控纳米材料表面性质改变纳米材料在生物体内的命运提供了一定的理论指导。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 纳米材料和蛋白晕

1．3 影响纳米材料表面蛋白晕形成的因素

1．3．1 纳米材料组成成分的影响

1．3．2 纳米材料尺寸的影响

1．3．3 纳米材料形貌的影响

1．3．4 纳米材料表面性质的影响

1．4 蛋白晕的分析方法

1．4．1 光谱法

1．4．2 电泳方法

1．4．4 等温量热滴定(ITC)

1．5 本工作的研究意义和前景

第二章 表面氢键连续变化的金纳米颗粒系列的合成与表征

2．1 引言

2．2 实验试剂和仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 功能化配位体的合成与表征

2．3．1 氢键给体(Ligand HD)的合成与表征

2．3．2 氢键受体(Ligand HA)的合成与表征

2．4 表面氢键连续变化的金纳米颗粒系列的合成与表征

2．4．1 合成表面H键连续变化的金纳米颗粒系列

2．5 金纳米颗粒系列的表征

2．5．1 金纳米颗粒系列浓度的确定

2．5．2 透射电镜(TEM)分析颗粒粒径

2．5．3 动态光散射(DLS)测定粒度分布及Zeta电位

2．5．4 表面配体定量

2．5．5 脂水分配系数logP的测定

2．6 结果与讨论

2．6．1 合成的两种小分子配体的表征

2．6．2 合成的纳米材料的表征

2．7 结论

第三章 不同性质的金纳米颗粒系列的蛋白质吸附

3．1 引言

3．2 实验仪器与试剂

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 实验方法

3．3．1 Bradford法测定蛋白浓度

3．3．2 SDS-PAGE法分离纳米颗粒吸附的蛋白质

3．3．3 用LC-MS／MS法鉴定结合蛋白质种类

3．3．4 不同粒径纳米材料的蛋白吸附分析

3．4 结果讨论

3．4．1 表面性质单一变化的金纳米颗粒系列

3．4．2 金纳米颗粒结合蛋白总量分析

3．4．3 金纳米颗粒结合蛋白的分离和鉴别

3．4．4 金纳米颗粒结合蛋白的鉴别

3．4．5 不同粒径纳米材料的蛋白吸附

3．5 结论

附录

参考文献

致谢

硕士期间发表论文