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载体表面化学组成对蛋白质吸附行为的影响

作　者: 万容兵
导　师: 叶鹏；王新平
学　校: 浙江理工大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 蛋白质吸附 表面化学组成 功能基团密度 牛血清白蛋白 脂肪酶
分类号: O647.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


蛋白质的吸附行为在很大程度上取决于载体材料的表面化学组成。它影响蛋白质吸附速率、吸附量以及蛋白质在载体表面的排布和构象等吸附行为,并进而影响蛋白质的生物活性。蛋白质与载体表面之间的作用力包括疏水作用、静电作用、氢键及范德华力等。调控载体材料表面化学基团,已成为控制蛋白质吸附行为的重要手段。本文首先利用原子转移自由基聚合（ATRP）聚合得到了端羧基的聚苯乙烯,然后对其端基改性分别合成了分子量相同的端羟基和端三氟甲基的聚苯乙烯,消除了分子量对载体表面基团的影响。将端基功能化聚苯乙烯与聚苯乙烯（PS）共混,利用端基在表面的离析,分别得到了表面带有羧基（-COOH）、羟基（-OH）和三氟甲基（-CF3）的聚苯乙烯载体。对端基功能化聚合物载体表面进行酸解,测定了表面的-OH和-CF3基团密度。然后从载体的表面化学组成、表面能以及溶液参数等方面研究了牛血清白蛋白（BSA）在载体上的吸附行为。进一步选用生物活性易于检测的酶分子（脂肪酶,Lipase）进行吸附研究。初步实现了从调控载体表面化学组成的角度定量研究蛋白质的吸附行为,具体的结论如下:1.制备了一系列具有不同表面功能基团种类和密度的载体材料,其表面功能基团密度分别为:7.2×10-4mmol/m2（-COOH（H,高密度））,5.1×10-4mmol/m2（-COOH（L,低密度））, 5.5×10-4mmol/m2（-OH（H））,4.3×10-4mmol/m2（-OH（L））,6.5×10-4mmol/m2（-CF3）。2. BSA在载体表面为单层吸附,平衡时的吸附量:PS>-CF3>-COOH（L）>-COOH（H）>-OH（L）>-OH（H）;载体表面功能基团与吸附BSA数量之比为:9.7（-CF3）、9.5（-COOH（L））、14.7（-COOH（H））、9.1（-OH（L））、13.2（PS-OH（H））,BSA与载体表面之间的疏水作用力起主要作用,载体表面亲水基团的引入使吸附量下降。3.载体表面BSA吸附速率:-CF3（1.627）<PS（2.159）<-COOH（L）（2.431）<-COOH（L）（3.061）< -OH（L）（3.186）<-OH（H）（3.324）。吸附量和吸附速率与载体表面能、表面能极性部分呈线性关系。在表面能非极性部分基本不变的前提下,表面能极性部分越大,BSA的吸附量越小,吸附速率越大。4.蛋白质吸附涉及蛋白质、溶液和载体三相,溶液性质对蛋白质吸附影响较为复杂。溶液的pH影响载体和BSA的表面电荷,从而改变两者之间的静电相互作用。对PS等不含离子型基团的载体,pH的影响较小;对含-COOH离子型基团的载体,pH的影响较为明显。在高的溶液离子强度下,离子的屏蔽效应会减弱载体与BSA之间的静电作用,同时由于BSA的部分盐析,导致载体表面蛋白质吸附量增加,其中以含-COOH的载体最为显著。5.脂肪酶在载体表面的吸附量和吸附速率的趋势与BSA相同:极性基团的引入使脂肪酶吸附量下降;表面极性部分越大,吸附量越小,吸附速率越大。由于蛋白质的体积效应,与BSA相比,脂肪酶在载体表面的吸附量明显下降;由于脂肪酶的疏水性特性,载体表面亲水性的改性对脂肪酶的抗吸附效果好于BSA。6.吸附使酶的最适pH向偏碱性的方向移动,底物与含亲水性基团-COOH和-OH载体上吸附脂肪酶的亲和性好于PS和含疏水性基团-CF3的载体。由于过度疏水的载体表面生物相容性较差,增加了载体与酶之间的非生物特异相互作用,导致了脂肪酶构象的变异,使吸附在PS和含-CF3载体上的酶催化活性较低,分别为自由酶的12.7%和20.5%,亲水性改善的含-OH载体上酶的活性最高,为自由酶的61.7%,-COOH次之,为36.8%。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章 文献综述  11-26
  1.1 蛋白质的结构特点  11-12
  1.2 蛋白质在固体表面的吸附  12-18
    1.2.1 蛋白质的吸附行为  12-15
    1.2.2 蛋白质吸附理论  15-17
    1.2.3 影响蛋白质吸附的因素  17-18
  1.3 蛋白质在不同化学组成载体表面吸附  18-24
    1.3.1 疏水性表面  18-20
      1.3.1.1 甲基  18-19
      1.3.1.2 含氟基团  19-20
    1.3.2 亲水性表面  20-24
      1.3.2.1 羟基  20-21
      1.3.2.2 羧基  21-23
      1.3.2.3 胺基  23-24
  1.4 课题的提出  24-26
第二章 聚合物的合成与载体材料的制备及表征  26-46
  2.1 实验部分  27-33
    2.1.1 实验原料与仪器  27-29
      2.1.1.1 实验原料  27-28
      2.1.1.2 实验仪器  28
      2.1.1.3 试剂的纯化  28-29
    2.1.2 聚合物的制备与表征  29-30
      2.1.2.1 聚合物的制备  29-30
      2.1.2.2 聚合物的表征  30
    2.1.3 载体的制备与表征  30-33
      2.1.3.1 载体的制备  30-31
      2.1.3.2 载体表面性能的表征  31
      2.1.3.3 载体表面基团密度的测定  31-33
  2.2 结果与讨论  33-45
    2.2.1 聚合物化学结构的表征  33-35
      2.2.1.1 FT-IR  33-34
      2.2.1.2 ~1H-NMR  34-35
    2.2.2 载体表面性能的表征  35-45
      2.2.2.1 AFM  35-37
      2.2.2.2 接触角及表面能的测定  37-39
      2.2.2.3 XPS  39-43
      2.2.2.4 表面基团密度的测定  43-45
  2.3 小结  45-46
第三章 载体表面化学组成对BSA 吸附行为的影响  46-70
  3.1 实验部分  47-50
    3.1.1 实验原料与仪器  47-48
      3.1.1.1 实验原料  47
      3.1.1.2 实验仪器  47-48
    3.1.2 Bradford 法测溶液中蛋白质的含量  48
    3.1.3 BSA 在载体表面的吸附  48-49
    3.1.4 BSA 粒径和表面ξ电位的测定  49
    3.1.5 ATR/FT-IR  49-50
    3.1.6 吸附BSA 后载体的表面形貌  50
  3.2 结果与讨论  50-69
    3.2.1 载体表面蛋白质吸附量的确定  50-52
    3.2.2 载体表面的功能基团对BSA 吸附的影响  52-64
      3.2.2.1 BSA 等温吸附曲线  53-55
      3.2.2.2 等温曲线的拟合  55-57
      3.2.2.3 载体表面吸附BSA 后的形貌  57-59
      3.2.2.4 BSA 的吸附动力学曲线  59-61
      3.2.2.5 吸附动力学曲线的拟合  61-64
    3.2.3 溶液参数对BSA 吸附的影响  64-69
      3.2.3.1 pH 对BSA 吸附的影响  64-66
      3.2.3.2 离子强度对BSA 吸附的影响  66-69
  3.3 小结  69-70
第四章 载体表面化学组成对脂肪酶吸附及催化活性的影响  70-84
  4.1 实验部分  71-74
    4.1.1 实验原料与仪器  71-72
      4.1.1.1 实验原料  71
      4.1.1.2 实验仪器  71-72
    4.1.2 脂肪酶吸附量的测定  72
      4.1.2.1 Bradford 法检测溶液中蛋白质含量  72
      4.1.2.2 载体表面酶的吸附及吸附量的确定  72
    4.1.3 脂肪酶活性的测定  72-73
      4.1.3.1 对硝基苯酚标准曲线的绘制  72
      4.1.3.2 脂肪酶活性的测定  72-73
    4.1.4 载体表面底物吸附量的测定  73-74
  4.2 结果与讨论  74-82
    4.2.1 载体表面脂肪酶的吸附  74-77
    4.2.2 酶活性的测定  77-79
      4.2.2.1 对硝基苯酚标准曲线的绘制  77
      4.2.2.2 酶活性的测定  77-79
    4.2.3 酶分子催化动力学  79-82
  4.3 小结  82-84
第五章 总结与展望  84-87
参考文献  87-93
发表文章  93-94
致谢  94

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 表面现象的物理化学 > 吸附
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