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表面修饰环境响应性聚合物及其对蛋白质吸附的调控

雷红艳  
【摘要】:蛋白质在材料表面的吸附涉及到生物医用材料的许多方面,是生物医用材料研究的关键问题,受到了广泛的关注。生物材料的功能化通常需要在材料表面修饰聚合物来实现,环境响应性聚合物(如温度敏感性、pH敏感性、离子敏感性、电场敏感性等)能够对外界刺激产生响应性,常被应用于生物材料表面的修饰,利用这一特点,可以达到蛋白质分离和提纯、细胞培养和分离、药物运输和组织工程等目的。在本论文中主要通过不同的改性方法,将具有不同刺激响应性的聚合物修饰在无机材料表面,研究改性后的材料在不同的外界环境下对蛋白质吸附的调控性能。研究工作主要从以下两个方面展开: 1.采用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)制备了由对酸敏感的聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)(PDMAEMA)和对碱敏感的聚甲基丙烯酸(PMAA)组成的嵌段聚合物修饰的表面,通过控制聚合时间得到不同厚度和不同组成的聚合物改性表面。我们用傅里叶红外变化光谱仪(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、以及椭圆偏振仪等手段分别分析了表面化学组成及聚合物的厚度;利用水接触角仪和原子力显微镜(AFM)研究了改性表面pH响应性及不同pH下聚合物链构象的变化;用125I同位素标记蛋白技术研究了嵌段聚合物改性表面蛋白吸附的pH响应性。研究结果表明,PDMAEMA-b-PMAA嵌段聚合物修饰的表面结合了两单段聚合物的性能,具有较大的pH响应区间,嵌段聚合物的构象在不同的pH下会发生变化。溶菌酶在嵌段聚合物修饰表面的吸附量随pH的变化与第二段PMAA的厚度有很大关系,当第二段PMAA厚度小于10nm时,可以通过调节pH实现溶菌酶在表面上吸附的逐步调控,当PMAA厚度大于10nm时,嵌段聚合物修饰的表面对溶菌酶的吸附随pH的变化规律逐渐接近于PMAA单段聚合物修饰的表面,在pH=7时吸附量最大。 2.首次尝试用Passerini三组分反应在Fe3O4纳米粒子表面同时引入具有ATRP引发活性的官能团C-Br和能够参与点击化学反应的炔基,从而实现表面的ATRP和Click一锅反应,在Fe3O4纳米粒子表面通过一步反应同时修饰上温敏性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)和刀豆蛋白(ConA)的亲和配体β-葡萄糖。每一步反应后的红外吸收峰的相应变化,以及动态光散射(DLS)测得的纳米粒子粒径的变化,证明各步反应成功。PNIPAAm和葡萄糖修饰的纳米粒子在25℃下的粒径比40℃高,表明粒子表面成功修饰了PNIPAAm,具有温敏性。蛋白质吸附测试结果表明改性的纳米粒子表面在25℃和40℃下吸附Con A之后,粒径都比吸附前大,说明表面能够结合ConA。不同温度下纳米粒子对ConA的吸附能力有待进一步研究。 以上的研究表明在材料表面修饰刺激响应性的聚合物,可以通过改变材料表面的聚合物组成以及外界环境来调控蛋白质在材料表面的吸附。本论文的研究为材料表面的改性以及调控蛋白质在生物材料表面的吸附提供一定的理论依据和新的方法,在蛋白质的分离和提纯以及生物传感器等方面具有潜在的应用价值。


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