不同荷电性淀粉衍生物的制备及其抗蛋白质非特异性吸附研究

摘要

抗蛋白质非特异性吸附是很多领域面临的共同问题，如生物传感器、生物植入体以及海洋船体等。以生物植入体为例，约80％植入治疗的失败是由蛋白质在材料表面的非特异性吸附引起的。虽然科研工作者们花费了大量的精力，但是目前仍然没有得到可以有效抵抗蛋白质非特异性吸附的材料。因此，本论文的主要目的是：①制备新型抗蛋白质吸附材料，使其同时具备优异的抗蛋白质吸附性和生物相容性；②研究其抗蛋白质吸附机理。
　　将以优异抗蛋白质吸附性能著称的两性离子共价接在天然多糖淀粉上，制备了不同两性离子取代度（DSZM）的3-二甲基丙铵丙磺酸淀粉（Z-Starch）；以具备生物相容性的聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDE）为交联剂，制备了不同交联度的Z-Starch水凝胶；以辣根过氧化物酶标记的羊抗人抗体（HRP-IgG）为模型蛋白详细研究了Z-Starch水凝胶抗蛋白质吸附机理；以人乳腺癌细胞（MCF-7）和人血管内皮细胞（HUVECs）为模型细胞研究了Z-Starch水凝胶的细胞毒性和细胞黏附行为。结论如下：HRP-IgG在Z-Starch上的吸附量显示了对DSZM的依赖性，随DSZM的升高，HRP-IgG的吸附量减少；HRP-IgG在Z-Starch水凝胶上的吸附动力学符合二级吸附动力学模型；Z-Starch水凝胶的HRP-IgG吸附量表现出了非常明显的离子强度依赖性，这与两性离子的缔合作用有关；MCF-7和HUVEC细胞实验表明，Z-Starch水凝胶无毒且能有效抵抗细胞黏附。
　　抗吸附材料通过离子溶剂化或氢键水合结合水分子形成水合层从而抵抗蛋白质的吸附。论文将离子溶剂化和氢键水合结合到一个分子内，制备了三种不同电荷的淀粉基离子衍生物，分别为：Z-Starch、带正电荷的2-羟基丙基三甲基铵淀粉（C-Starch）和带负电荷的2-羟基丙基磺酸钠淀粉（A-Starch）；构建了水-蛋白质-聚合物三元体系来研究分子之间的相互作用；以三种带不同电荷的蛋白质（HRP-IgG、溶菌酶和胃蛋白酶）和两种细胞（L929和 HUVECs）为模型，研究了三种材料的抗蛋白质吸附和细胞黏附性能。结论如下：三种聚合物与水有较强的结合能力，且对蛋白质有稳定保护作用；蛋白质吸附表明，三种材料的抗蛋白质吸附能力依次为：Z-Starch≥A-Starch>C-Starch，这与材料结合水的能力相一致；细胞实验表明，Z-和A-Starch水凝胶可以有效阻止细胞黏附，而C-Starch水凝胶则会引起细胞黏附，这与材料的抗蛋白质抗吸附能力相一致。
　　将具备离子溶剂化和氢键水合能力的基团结合在一个分子内为我们合成新型抗蛋白质吸附材料提供了思路。同时，Z-和A-Starch水凝胶是安全无毒的，具备了优异的抗蛋白质吸附性能和细胞黏附性能，可以用在需要抵抗蛋白质非特异性吸附的药物载体、组织工程以及植入传感器的涂层上。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 抗蛋白质非特异性吸附的应用

1.3 蛋白质吸附过程

1.4 抗蛋白质非特异性吸附机理

1.5 抗蛋白质吸附材料总结

1.6 淀粉

1.7 本课题研究的内容和意义

第二章 3-二甲基丙铵丙磺酸淀粉的合成及其抗吸附性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

第三章 Z-Starch水凝胶的理化和生物性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第四章 Z-Starch水凝胶的蛋白吸附动力学及吸附机理

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 不同荷电性淀粉衍生物与蛋白质的相互作用

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 结论

第六章 离子淀粉水凝胶及其抗蛋白非特异性吸附性能

6.1 引言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 结论

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 对以后工作建议

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢