抗蛋白质非特异性吸附材料内在机理和特性的研究

摘要

抗蛋白质非特异性吸附材料可以有效减少材料表面的蛋白质吸附从而提高材料的生物相容性。传统的聚乙二醇(PEG)材料在复杂的生物环境中，其长效性和稳定性非常有限，已有研究发现PEG分子能够激活部分人体的免疫，PEG修饰的蛋白质药物活性急剧下降。而两性离子材料如聚甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱(pMPC)、聚磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(pSBMA)和聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯(pCBMA)越来越多地被证实比PEG有更加长效的生物相容性。因此研究PEG以及两性离子材料抗蛋白质非特异性吸附的机理不仅有助于更加了解材料抗蛋白质吸附的机制，优先选择合适的抗蛋白质非特异性材料，更有助于设计并发现更优秀的抗蛋白质非特异性吸附材料。本论文围绕抗蛋白质非特异性吸附材料的内在机理和特性，首先创建了低场核磁方法学考察PEG和具有代表性的两性离子聚合物pSBMA不同的水合能力，以及大分子PEG与蛋白质的作用情况;进一步探索溶液状态下长短链PEG以及pSBMA对比PEG和蛋白质不同的作用特性;最后设计蛋白质在水凝胶中的扩散直接体现PEG和SBMA与蛋白质不同的作用力。主要内容和结论包括以下六个部分:
　　1、利用低场核磁采集不同浓度的PEG水溶液CPMG序列反演得到T2横向弛豫时间，定量计算PEG紧密结合的水分子量，结果表明一个EG单元结合一个水分子，并得到DSC方法验证，同时跟踪聚合物的溶解过程中自身链段的物理行为。
　　2、利用低场核磁T2反演技术定量研究pSBMA和PEG不同的水合能力以及材料周围水分子的状态。证明pSBMA每个单元比PEG结合更多的水(SB-8个，EG-1个)，同时pSBMA的水合层水分子排列比PEG更加紧密，而饱和水层形成后pSBMA周围的水分子比PEG周围的水分子更自由。
　　3、利用低场核磁T2反演技术定量研究不同分子量的PEG与蛋白质的相互作用，发现PEG与蛋白质在溶液中存在较强的相互作用，且该相互作用和PEG分子量以及蛋白质类型相关，并定量计算PEG与蛋白质的结合常数在104到105 M-1。
　　4、通过荧光、高场核磁共振、原子力显微镜进一步研究不同分子量PEG与蛋白质相互作用的方式及对结合区域的影响。验证了PEG和蛋白质的相互作用与分子量密切相关，小分子量PEG(400Da)由于较高的亲水性和较短的分子链，无法与蛋白质形成多点接触，从而急剧降低了和蛋白质分子的相互作用力。
　　5、通过荧光、高场核磁共振、原子力显微镜对比研究大分子量的pSBMA和PEG与蛋白质分子不同的相互作用。证明pSBMA和蛋白质的相互作用不明显，而PEG和蛋白质之间的疏水相互作用有可能导致蛋白质分子结构的变化。
　　6、研究荧光标记蛋白质在PEG和SBMA不同配比的水凝胶中的扩散行为，发现蛋白质分子在PEG水凝胶中扩散的速度明显低于在SBMA水凝胶中的扩散速度，进一步证明了PEG和蛋白质存在较大的相互作用，而SBMA与蛋白质几乎没有相互作用。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 抗蛋白质非特异性吸附材料

1．2．1 聚乙二醇(PEG)材料

1．2．2 两性离子型聚合物

1．3 抗非特异性蛋白吸附材料的应用

1．3．1 生物医用表面基材修饰

1．3．2 纳米颗粒表面修饰研究

1．3．3 载药方面应用研究

1．3．4 基因载体研究

1．3．5 修饰蛋白质药物方面的研究

1．4 抗非特异性蛋白吸附材料-水合机理的研究

1．4．1 分子模拟技术

1．4．2 DSC差式扫描量热技术

1．4．3 光谱分析技术

1．4．4 核磁共振技术

1．5 抗非特异性蛋白吸附材料-材料与蛋白的相互作用

1．6 课题提出和研究思路

参考文献

第二章 低场核磁对PEG聚合物水合能力的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验样品准备

2．2．4 实验仪器方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 超纯水的T2横向弛豫时间反演分析

2．3．2 不同比例PEG水(D2O以及H2O)溶液的T2横向弛豫时间反演谱分析

2．3．2 低场核磁计算单位量化水合

2．3．3 差热扫描量热仪计算单位量化水合

2．3．4 检测PEG链长的灵活度

2．3．5 PEG聚合物的水合过程模型

2．4 本章小结

参考文献

第三章 低场核磁对比研究pSBMA与PEG的水合能力

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验样品准备

3．2．4 实验仪器方法

3．3 结果与讨论

3．3．1．SBMA聚合物分子量分布

3．3．2 pSBMA加入水后低场核磁T2弛豫反演谱中水峰的交化

3．3．3 低场核磁分析不同分子量pSBMA的水台能力

3．3．4 DSC分析SBMA聚合物的水合能力

3．3．5 比较PEG和pSBMA紧密结合水的状态

3．3．6 比较PEG和pSBMA紧密结合水的数量

3．3．7 PEG和pSBMA水合层模型

3．4 本章小结

参考文献

第四章 低场核磁研究不同分子量PEG与蛋白的相互作用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验样品准备

4．2．4 实验仪器方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 低场核磁分析蛋白质浓度对PEG-蛋白质作用影响

4．3．2 不同浓度PEG聚合物对PEG-蛋白质作用影响

4．3．3 PEG分子量对蛋白质(BSA和LYZ)与PEG作用的影响

4．3．4 不同分子量PEG-蛋白质(BSA和LYZ)结合常数的测定

4．3．5 离子强度对PEG与蛋白质的相互作用的影响

4．4 本章小结

参考文献

第五章 溶液中不同分子量PEG结合蛋白质位点以及对蛋白质结构变化的研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验仪器

5．2．3 实验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 不同浓度蛋白质内源荧光变化

5．3．2 PEG作用下蛋白质Trp荧光的变化：不同分子量PEG以及不同PEG：蛋白质比例的影响

5．3．3 PEG作用下蛋白质ANS荧光的变化：不同分子量PEG以及不同浓度PEG：蛋白质比例的影响

5．3．4 高场核磁研究PEG与蛋白质的结合区域

5．3．5 蛋白质与PEG相互作用后蛋白质形貌的变化

5．4 本章小结

参考文献

第六章 水溶液中pSBMA与PEG对蛋白质不同的作用特性

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 实验材料

6．2．2 实验仪器

6．2．4 实验方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 荧光方法探究蛋白质与PEG和pSBMA的相互作用

6．3．2 AFM检测聚合物引起的蛋白质吸附在HOPG表面形貌变化

6．3．3 棱磁确定蛋白质和聚合物的结合区域

6．4 本章小结

参考文献

第七章 蛋白质在SBMA以及PEG凝胶中扩散速度的研究

7．1 引言

7．2 实验部分

7．2．1 实验材料

7．2．2 实验仪器

7．2．3 实验样品准备

7．2．4 实验仪器方法

7．3 结果与讨论

7．3．1 四种不同配比的水凝胶(SBMA，SBMA：PEG 4：1，SBMA：PEG 1：4，PEG)的溶胀行为研究

7．3．2 DSC检测四种不同配比(SBMA，SBMA：PEG 4：1，SBMA：PEG 1：4，PEG)水凝胶中水的状态

7．3．3 FITC-BSA在这四种不同配比(SBMA，SBMA：PEG 4：1，SBMA：PEG1：4，PEG)水凝胶中的扩散研究

7．3．4 FITC-LYZ在四种不同配比(SBMA，SBMA：PEG 4：1，SBMA：PEG1：4，PEG)水凝肢中的扩散研究

7．4 本章小结

参考文献

第八章 全文结论

全文主要结论

特色与创新

问题与展望

附录1 MicroMR柜武核磁共振成像仪

1．1 MicroMR柜武核磁共振成像仪器和原理

1．2 CPMG序列采集核磁信号衰减曲线

1．3 横向弛豫时问的反演

1．4 专用名词

作者简介