溶菌酶蛋白在聚合物防污膜表面的吸附

采用分子动力学模拟方法比较了溶菌酶蛋白在两种典型聚合物防污材料聚乙二醇(PEG)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面的吸附行为, 在微观上探讨了聚合物膜表面性质对蛋白质吸附的影响. 根据蛋白质与聚合物膜之间的相互作用、能量变化及表面水化层分子的动力学行为, 解释了PEG防污涂层相对于PDMS表面具有更佳防污效果的原因: (1) 相比PDMS涂层, 蛋白质与PEG涂层的结合能量较低, 使其结合更加疏松; (2) 蛋白质吸附到材料表面要克服表面水化层分子引起的能障, PEG表面与水分子之间结合紧密, 结合水难于脱附, 造成蛋白质在其表面的吸附需要克服更高的能量, 不利于蛋白质的吸附.     

溶菌酶蛋白在聚合物防污膜表面的吸附

采用分子动力学模拟方法比较了溶菌酶蛋白在两种典型聚合物防污材料聚乙二醇(PEG)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面的吸附行为,在微观上探讨了聚合物膜表面性质对蛋白质吸附的影响.根据蛋白质与聚合物膜之间的相互作用、能量变化及表面水化层分子的动力学行为,解释了PEG防污涂层相对于PDMS表面具有更佳防污效果的原因:(1)相比PDMS涂层,蛋白质与PEG涂层的结合能量较低,使其结合更加疏松;(2)蛋白质吸附到材料表面要克服表面水化层分子引起的能障,PEG表面与水分子之间结合紧密,结合水难于脱附,造成蛋白质在其表面的吸附需要克服更高的能量,不利于蛋白质的吸附.     

界面电场对血红蛋白在多孔金电极上的吸附和生物活性的影响(英文)

蛋白质的界面吸附及其生物活性因它在构建生物传感、生物电子器件和生物燃料电池等方面具有重要的作用而倍受关注.对此,界面电场是吸附的一个重要影响因素,它能明显地影响蛋白质分子在材料界面的吸附量、分子构象以及分子定向.本文应用电化学方法和红外光谱技术研究了血红蛋白在三维多孔金膜电极上的吸附动力学及其生物活性随界面电场的变化关系.结果表明,由界面电场产生的过量表面电荷可借助与蛋白质分子之间的静电作用加速蛋白质分子在电极表面的吸附,提高其吸附量;但是,过高的界面电场将破坏吸附蛋白质的构象以及降低它还原过氧化氢的催化活性;只有在零电荷电位下,吸附在电极表面的血红蛋白才能保持其天然的构象和生物催化活性.本研究将为生物传感器、生物电子器件和生物燃料电池的构建提供理论依据,加深对荷电生物界面上生物分子界面行为的认识.     

蛋白质在固体表面吸附的研究进展

蛋白质在固体表面的吸附有多种理论模型和实验分析.蛋白质吸附主要包括分子传递、吸附、重排、交换、解吸等步骤.蛋白质在表面的状态由表面性能、静电作用及蛋白质自身性质等因素决定.蛋白质分子在界面吸附后发生构象改变,引起熵增.     

以PEG为间隔基固定赖氨酸制备血液相容的聚氨酯材料

通过多步表面改性方法制备了血液相容性好的聚氨酯材料. 以PEG为间隔基将ε-赖氨酸通过Schiff碱反应和进一步的还原反应连接于聚氨酯表面. 该表面的水接触角和XPS结果表明, PEG和ε-赖氨酸成功接枝. 用蛋白质吸附和血栓溶解实验对材料的血液相容性进行了研究. 蛋白质吸附结果表明, 相对于改性前的聚氨酯, ε-赖氨酸改性后的表面能减少纤维蛋白原的吸附量近80%. 血栓溶解测试结果显示, ε-赖氨酸改性后的表面能够在13 min内使初生的血栓溶解. 这些结果证实, 改性后的表面不仅能抑制非特异性蛋白质的吸附, 而且在测试条件下能溶解初生的血栓.     

聚(N-异丙基丙烯酰胺)改性硅表面与血浆蛋白质的相互作用

通过表面引发原子转移自由基聚合(ATRP)在硅表面接枝了聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)聚合物刷,并考察了PNIPAAm改性表面在单一蛋白质溶液以及血浆中与血浆蛋白质之间的相互作用.蛋白质吸附测试表明,与未改性的硅表面相比,改性后的表面对纤维蛋白原的吸附量大大降低,特别是在血浆中纤维蛋白原吸附量小于5ng/c...     

纤维蛋白原类淀粉样聚集膜的制备及其性能研究

利用血液中含量丰富的糖蛋白—纤维蛋白原,通过纤维蛋白原与还原剂三(2-羧乙基)磷盐酸盐(TCEP)反应,制备了基于纤维蛋白原类淀粉样聚集的纳米薄膜.利用荧光光谱、远紫外-圆二色谱等光学表征手段,探究了纤维蛋白原与TCEP反应的动力学过程及其二级结构的变化;通过透射电子显微镜对薄膜结构进行了表征;用原子力显微镜和光学椭偏仪探讨了反应时间、纤维蛋白原浓度、TCEP溶液pH值以及浓度对薄膜厚度的影响,通过原子力显微镜表征了其在不同溶剂中浸泡的稳定性;最后通过薄膜的血小板吸附实验和对蛋白质的吸附实验,表征了其抗污能力.实验结果表明:通过反应条件的控制,实现了对薄膜厚度的可控,且薄膜在不同的环境中表现出优异的稳定性;薄膜表现出了对血小板、蛋白质、生物体液(如胎牛血清、牛奶等)等非特异性吸附的良好抵抗能力,有望作为新一代生物基抗污材料运用于表/界面改性领域.     

巯基聚乙二醇5000修饰的金溶胶的稳定性: 从DLVO稳定到空间稳定

研究了α-甲氧基-ω-巯基聚乙二醇(mPEG-SH, 5000 MW)修饰的金溶胶的稳定性, 初步探讨了其稳定机制. 将线性mPEG-SH通过巯基化学吸附于金溶胶表面, 可形成高分子层包被的金溶胶. 研究结果表明, PEG修饰的金溶胶可以在pH＝1～13.5或盐浓度高达1.20 mol/L的较苛性条件下保持稳定. 这是由于金溶胶表面吸附的高分子保护层为溶胶提供了新的空间稳定, 取代了溶胶原来的DLVO稳定(实质是电荷稳定). 因而, PEG保护的金溶胶在很大程度上克服了DLVO稳定的溶胶对环境敏感、易聚沉的缺点, 能在复杂的条件(如生理条件)下应用. 鉴于PEG的水溶性、无毒性和生物亲和性, 这种具有较高稳定能力的金纳米粒子/PEG复合体结合了金纳米粒子和PEG的优异性能, 可作为生物纳米探针用于复杂条件下的生物分析.     

载体材料与蛋白质的相互作用及对其构象的影响

蛋白质与载体材料间存在着疏水性、静电等相互作用力。这些作用力不仅决定了蛋白质分子在载体表面吸附的数量,也导致吸附蛋白质分子构象发生变化,引起蛋白质活性的改变。蛋白质的特性(分子量和浓度等)、载体材料的表面结构(表面化学组成和物理结构等)及溶液性质(pH和离子强度等)对蛋白质与载体材料间的相互作用产生影响。利用各种先进的分析技术对载体材料表面的蛋白质分子构象进行表征是这一研究领域的热点。本文对这一方面的最新研究进展进行综述。     

水解可控功能切换型聚合刷的构筑及表面性能

采用表面受限光接枝技术在玻璃表面构筑末端酯键可水解的羧酸甜菜碱酯阳离子聚合物刷(PCBMA-1C2),通过调节氨水浓度控制羧酸甜菜碱酯末端酯键的水解程度,实现表面聚合物刷中季铵阳离子和羧酸甜菜碱两性离子基团分配比例的改变.通过X射线光电子能谱(XPS)和接触角测试表征了改性表面的化学结构和亲/疏水性能,通过蛋白质吸附和血小板黏附实验研究了玻璃表面改性前后及水解前后电荷性质对生物分子相互作用的影响.结果发现,当氨水浓度为0.1,0.2,0.3和0.4 mol/L时,聚合物刷PCBMA-1C2改性表面羧酸甜菜碱酯末端酯键的水解率分别为6%,43%,56%和~100%,随着水解程度的增大,改性表面牛血清白蛋白(BSA)的吸附量依次降低了3%,76%,93%,96%,纤维蛋白原(Fg)吸附量则依次降低了11%,45%,90%和96%;当水解率50%时,改性表面表现出优异的抗蛋白质吸附和血小板黏附性能.     

牛血清白蛋白在医用聚氨酯弹性体表面的吸附

制备了具有较好机械性能的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)型聚氨酯弹性体胶片, 并进行表面肝素化处理, 得到抗凝血医用导管材料. 将聚氨酯胶片浸泡在牛血清白蛋白(BSA)水溶液中, 利用稀溶液黏度法研究了牛血清白蛋白在聚氨酯胶片表面的动态吸附情况, 并采用界面校正黏度方程计算溶液浓度变化. 研究发现, 牛血清白蛋白分子能迅速吸附到聚氨酯胶片表面, 但达到吸附平衡需要较长时间. 牛血清白蛋白在聚氨酯表面吸附后的溶液中分子构象发生变化.     

光谱法研究尿素对水溶液中血红蛋白构象的影响

应用荧光猝灭法和动态光散射法测定尿素-水混合溶剂中血红蛋白(Hb)与联苯胺的结合距离和Hb的流体动力学半径. 结合Hb的荧光光谱和吸收光谱, 探讨尿素与蛋白质分子在水溶液中相互作用的机理及其对蛋白质构象的影响. 结果显示, 尿素分子取代水分子在蛋白质周围形成溶剂化层, 并与骨架肽链和亲水侧链形成氢键, 从而积聚在蛋白质分子表面. 尿素分子与蛋白质分子之间的直接相互作用对蛋白质的构象具有复杂的影响, 高浓度的尿素-水混合溶剂破坏蛋白质的构象, 而低浓度的混合溶剂则有利于蛋白质形成更紧密的构象. 在高浓度的尿素-水混合溶剂中, Hb血红素疏水空穴失去原有的三级结构后形成一个与熔球态相类似的结构.     

探针体在蛋白质大分子上Langmuir吸附聚集及应用──蛋白质/荧光桃红B(PB)结合反应研究

蛋白质化学是生物化学家当今感兴趣的前沿研究领域. 研究小分子(离子)在生物大分子上的聚集形式以及机理, 帮助人们弄清其污染物及毒物在生物大分子上的结合, 在病理分析、临床检测以及基因变异有重要意义. 常用光谱分析方法包括分光光度法[1～6]、荧光法[7,8]和共振光散射光谱技术(RRS)等[9～12]. 但是, 大分子与探针分子间的结合机理仍存在一些尚未解决的问题[13,14]. 蛋白质分子由于复杂的立体构象形成弱微静电场[15,16], 在其作用下, 带电荷的小分子以单分子层形式被吸附到微相电场表面.     

溶菌酶蛋白与聚合物防污膜相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了溶菌酶蛋白分子(Lysozyme)在2种典型聚合物防污材料(有机硅弹性体聚二甲基硅氧烷PDMS和两性离子类聚磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯SBMA)表面的吸附行为,进一步从微观角度阐释了防污材料的防污机理.通过比较蛋白质与聚合物膜间的作用力和结合能,防污膜表面水化层的动力学性质,以及蛋白质与基底结合位点附近的结构分析表明SBMA有着更优异的防污能力:(1)蛋白质的吸附须要克服两者表面水化层引起的物理障碍和能量势垒,SBMA通过表面氢键、静电作用和笼效应束缚了一层紧密结合的水化层,表面结合水难于脱附,水化层分子的去溶剂化需要克服的能垒高.(2)蛋白质与PDMS的结合能量上更具优势,相比SBMA与蛋白质间的结合更加稳定,不利于蛋白质的脱附.     

一种抗非特异性蛋白质吸附多肽的制备以及性能表征

采用缩聚法制备了聚天冬氨酸(D)带赖氨酸(K)侧链的抗非特异性蛋白质吸附多肽Poly(D)-K.凝胶渗透色谱(GPC)、核磁共振波谱(NMR)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)考察目标多肽的分子量和结构;圆二色(CD)光谱仪考察多肽在水溶液中的二级构象;X射线光电子能谱(XPS)考察多肽自组装单分子膜(SAMs)的组成.结果表明,已经制备得到目标多肽,其重均分子量约为3.8×103,多分散系数为1.33,平均聚合度约为12.4;多肽在水溶液中呈无规线团结构;且多肽能通过主链末端的巯基在金片表面自组装成膜.设定组织培养聚苯乙烯(TCPS)表面的蛋白质吸附量为100%,酶联免疫吸附分析法(ELISA)测得该多肽SAMs表面对羊抗人免疫球蛋白(anti-Ig G)和纤维蛋白原(fibrinogen,Fg)的最低相对吸附量分别为(8.5±3.6)%和(12.5±4.8)%.MTT法考察该多肽的体外细胞毒性,5 mg/m L条件下细胞存活率为(87.6±4.2)%.     

一氧化碳分子在Pt/t-ZrO2(101)表面的吸附性质

运用广义梯度密度泛函理论(GGA-PW91)结合周期平板模型方法,研究了CO分子在完整与Pt负载的四方ZrO2(101)表面的吸附行为.结果表明:表面第二层第二氧位和表面第二桥位分别为CO分子和Pt原子在完整ZrO2(101)表面的稳定吸附位,且覆盖度为0.25ML(monolayer)时均为稳定吸附构型,吸附能分别为56.2和352.7kJ·mol-1.CO分子在负载表面的稳定吸附模式为C-end吸附,吸附能为323.8kJ·mol-1.考察了CO分子在负载表面吸附前后的振动频率、态密度和轨道电荷布居分析,并与CO分子和Pt原子在ZrO2表面的结果进行比较.结果表明,C端吸附CO分子键长为0.1161nm,与自由的和吸附在ZrO2表面后的CO相应值(0.1141和0.1136nm)相比伸长.吸附后C―O键伸缩振动频率为2018cm-1,与自由CO分子相比发生红移;吸附后CO带部分正电荷,电子转移以Pt5dCO2π的π反馈机理占主导地位.     

微纳米多孔不锈钢表面高效吸附活性生物大分子

不锈钢(AISI 316L)是目前在医药器械中应用最为广泛的商业化材料. 下一代的不锈钢智能材料将特殊功能的生物活性分子(或纳米粒子)修饰在金属表面以模拟组织功能、提高生物/细胞相容性, 这是目前材料科学研究的热点领域之一. 本文研究了具有微纳米多孔表面结构的316L 不锈钢对抗体和生物酶分子的吸附作用,并与这些生物分子在光滑表面以及镀金表面的吸附进行了比较. 研究发现不锈钢可通过简单的电化学腐蚀方法在表面产生微纳米多孔结构. 微纳米孔不锈钢表面可稳定地吸附抗体或辣根过氧化物酶分子, 其吸附量与喷镀金表面相当或更好. 用表面活性剂(10%牛血清白蛋白(BSA)或0.2% Tween-20)洗涤不能除去吸附的蛋白.用5% Tween-20 预处理金属表面, 则可减少一半的抗体吸附量; 但表面活性剂预处理对辣根过氧化物酶的吸附没有影响. 吸附蛋白质后的金属表面湿润度大大增加; 蛋白质修饰的微纳米孔不锈钢表面表现出了很好的亲水性(水接触角小于50°), 指示了很好的生物相容性. 而金属表面的湿润度则主要取决于蛋白质物种, 并与蛋白质的吸附量正相关. 吸附于不锈钢微纳米孔表面的抗体仍保持了良好的生物活性; 用此种方式制备的抗CD34抗体修饰的不锈钢血管支架可以高密度并高选择性地吸附其目标细胞(如KG-1细胞). 本文工作为未来制备新型的无高聚物涂层的不锈钢智能医学生物材料提供了基础.     

聚(甲基丙烯酸-2-羟乙酯)改性金表面用于构建生物检测基材

采用电子活化再生原子转移自由基聚合(AGET ATRP)的方法将聚(甲基丙烯酸-2-羟乙酯)(PHEMA)接枝在金表面,对经修饰的金表面的生物惰性做了系统的研究,并利用PHEMA的羟基末端固定生物素(biotin)分子,以biotin对抗生物素蛋白(avidin)的识别为模型,研究了不同厚度的PHEMA对结合avidin的影响,以及该表面作为生物检测基材的可行性.生物惰性研究表明,PHEMA修饰的金表面不但能够有效的排斥纤维蛋白原(Fg)、人血清白蛋白(HSA)和溶菌酶(Lys)的非特异性吸附,还能够抑制3种细胞(L02、L929和EC)的黏附,是一种良好的抗污表面.通过控制聚合时间制备了不同厚度的PHEMA-biotin修饰的表面,同位素125I标记HSA吸附结果表明这几种表面均能够有效排斥非特异性蛋白质吸附,特异性FITC-avidin吸附结果表明,厚度较小时(16 nm)由于荧光淬灭而难以检测到荧光信号,厚度在16 nm和49 nm之间,荧光信号随厚度增加而增强,通过比较信噪比,认为厚度在49 nm以上时比较理想.该表面在应用于QCM与荧光检测中均表现出良好的检测性能.     

NaCl溶液中纤连蛋白在TiO_2表面吸附的动力学模拟

对NaCl水溶液环境中,纤连蛋白(FNIII_(10))分子在金红石型TiO_2 (110)表面的吸附行为进行了分子动力学模拟.根据模拟溶液各成分与TiO_2表面原子之间的径向分布函数、离子在水溶液中的扩散系数及FNIII10和离子的吸附构象等相关参数发现,分布于TiO_2表面的稳定双层水分子是固液界面的主要特征,FNIII10分子通过天冬氨酸残基侧链末端的羧基基团(COO~-)同表面Ti原子之间的强相互作用,结合赖氨酸残基侧链及位于FNIII_(10)始端的精氨酸残基N端的氨基基团(NH_3~+)与表面桥氧原子之间的氢键作用,牢固地吸附在TiO_2表面.溶液中吸附在TiO_2表面的Na~+可与羧基氧原子配合形成稳定的吸附构型,而分布在第二水层外侧的Cl-对纤连蛋白分子在TiO_2(110)表面的吸附点位基本无影响.     

纳米材料-蛋白质界面相互作用的分子机制

纳米材料由于其优异的性能在化工、电子、机械、环境、能源、航天等各个领域已经得到了广泛的应用,并且在生物医学方面的应用越来越受到重视。纳米材料-蛋白质界面相互作用是纳米生物医学领域重要的科学问题,对于纳米材料的生物医学应用以及生物安全性评价至关重要。蛋白质分子与纳米材料在界面的相互作用,一方面可以诱导蛋白质的构象、组装结构甚至功能的改变,另一方面可以引起纳米材料的表面亲疏水性、电荷性质等表面物理化学性质的改变。基于蛋白质与纳米材料相互作用检测技术及结果,本文从分子水平阐述了纳米材料与蛋白质分子在界面之间的相互作用机理及相应的结构与性质的变化,从而可以深化对两者之间复杂的相互作用机制的理解,对于推进纳米材料在生物医学的应用及健康、安全、持续发展具有重要意义。