通过主客体相互作用构建生物活性表面的研究

发布时间：2017-03-20 20:09

  本文关键词：通过主客体相互作用构建生物活性表面的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物活性表面就是在材料表面固定特异的生物活性分子,包括多肽,糖类,核酸,抗体,酶等来实现或者促进特殊生物功能的材料表面。这种表面在各种生物医学设备和生物材料领域有着重要的应用。目前构建生物活性表面最主要的方法是将生物活性分子修饰到抗污聚合物层上。传统的共价修饰方法应用在复杂制造的微流道设备,精密的生物医学设备,生物传感器等领域具有一定的局限性。因此,建立有效的、温和的、简便可控的方法来制备抗污生物活性表面具有重要的理论研究和实际应用价值。主客体修饰方法作为一种新的表面修饰方法具有可适应性,可逆性,方法简单,生物相容性好等优点。本论文的工作是以生物功能化的β-环糊精衍生物为基础构建了多种抗污生物活性表面,并详细研究了生物活性表面的多样性,可逆性和可调控性。具体研究内容如下:第一,采用铜催化的叠氮-炔基环化加成反应制备了配体分子单取代和七取代修饰的β-CD衍生物。运用氢谱,碳谱,红外以及大分子质谱测试技术证明了甘露糖七取代的β-CD,生物素七取代的β-CD,赖氨酸七取代的β-CD以及赖氨酸单取代的β-CD的成功制备。第二,研究了甘露糖七取代的β-CD(CD(mannose))与表面的主客体相互作用和金刚烷(Ada)含量对表面温敏性和浸润性的调节。使用表面引发单电子转移活性自由基聚合(SI-SET-LRP)在硅片表面修饰了poly(NIPAAm-co-Ada)无规共聚物刷。红外和1H NMR测试证明表面聚合物刷上Ada与NIPAAm的组成比与投料比相近。通过调节Ada的投料量可以获得不同温敏性和浸润性的共聚物修饰表面。CD(mannose)对poly(NIPAAm-co-Ada)的温敏性和表面浸润性的影响受到主链上Ada含量的限制。表面浸润性和AFM测试的表面形貌实验结果与理论模拟和计算结果一致,都表明:相邻Ada单元之间的间距太小会产生空间位阻而阻碍CD(mannose)结合到聚合物刷上。第三,在si-poly(nipaam-co-ada)表面上引入7个甘露糖和7个生物素修饰的β-cd分子(cd(mannose)和cd(biotin)),并研究了共聚物刷修饰表面作为温敏性分子识别平台的通用性和再生性。125i标记cona蛋白质和hsa蛋白质的吸附结果显示:poly(nipaam-co-ada)/cd(mannose)温敏性糖聚物表面具有比pnipaam表面还低的非特异性蛋白质吸附。而且表面引入的甘露糖越多,对cona的吸附量也越多。不同lcst的温敏性糖聚物表面实现了在不同温度区间内调节cona的吸附。另外,poly(nipaam-co-ada)/cd(biotin)表面也表现出特异性和温敏性调节fitc标记的亲和素吸附的性能,同时排斥非特异性bsa吸附。采用sds浸泡的方法实现了共聚物刷修饰表面再生/利用的多次循环。第四,利用β-cd衍生物的主客体后修饰方法实现了调节生物活性表面上的配体密度和蛋白质结合能力。应用表面引发原子转移自由基聚合(si-atrp)在硅片表面修饰了hema与金刚烷单体的共聚物刷(phada),然后引入赖氨酸改性的β-cd衍生物。表面赖氨酸密度测试结果说明通过改变β-cd上修饰赖氨酸数目和利用β-cd稀释赖氨酸七取代β-cd(cd(lys)7)的方法就能实现调节表面赖氨酸密度。125i标记纤维蛋白溶酶原(plg)的吸附结果显示与单价态赖氨酸修饰表面相比,七价态赖氨酸修饰表面表现了对plg更高的吸附量和亲和力。当使用纯β-cd稀释cd(lys)7时,通过改变cd(lys)7/cd的比例能实现线性调节表面对plg的吸附量。plg吸附等温线拟合出的hil系数说明单价态赖氨酸修饰表面是单价态结合plg。而七价态赖氨酸修饰表面通过多价态连接而增强了对plg的亲和力。因此,主客体后修饰构建生物活性聚合物刷的方法简单并且可调性好。第五,使用化学沉积法在金片表面制备了纳米金沉积膜(gnpl),并研究了纳米金沉积膜与主客体后修饰方法制备的生物活性聚合物刷之间的协同作用对表面浸润性和对表面特异性蛋白质吸附的影响。使用sem,afm,循环伏安法分别表征了gnpl的表面形貌,粗糙度和表面积。然后运用si-atrp在表面修饰了oegma与金刚烷单体的无规共聚物刷(poegada)。利用afm测试了gnpl表面修饰聚合物刷的干态和湿态厚度。表面引入cd(mannose)之后,表面浸润性的结果表明纳米金沉积膜在较大程度上增强了CD(mannose)客体分子对表面浸润性的影响。纳米金沉积膜主要是通过增大表面积而增加表面对特异性ConA蛋白质的吸附量。总之,本课题采用生物功能化的β-CD与含有金刚烷的抗污聚合物刷之间的主客体相互作用构建了具有多样性,可逆性和可调性的生物活性表面。本项目的研究为制备生物活性表面用于精密制造的生物医学设备,生物传感器,微流道设备,生物材料等体系提供可以借鉴的基础研究结果。
【关键词】：生物活性表面 主客体相互作用 β-环糊精 金刚烷 生物惰性聚合物刷
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O647
【目录】：

• 摘要4-7
• abstract7-16
• 第一章 引言16-56
• 1.1 基于抗污聚合物的生物惰性表面17-21
• 1.1.1 抗污聚合物17-19
• 1.1.2 抗污聚合物排斥蛋白质的原因19
• 1.1.3 抗污聚合物的涂层技术19-21
• 1.2 基于抗污聚合物的生物活性表面的制备21-32
• 1.2.1 抗污聚合物刷的共价生物功能化21-30
• 1.2.2 抗污聚合物刷的非共价生物功能化30-32
• 1.3 聚合物刷与蛋白质相互作用的影响因素32-35
• 1.3.1 聚合物刷接枝密度对蛋白质吸附的影响32-34
• 1.3.2 聚合物刷厚度对蛋白质吸附的影响34-35
• 1.3.3 表面物理拓扑结构对聚合物刷与蛋白质相互作用的影响35
• 1.4 主客体相互作用在表界面应用的研究进展35-49
• 1.4.1 调控表面浸润性37-39
• 1.4.2 生物传感器上生物分子的固定39-42
• 1.4.3 生物材料表面的生物功能改性42-43
• 1.4.4 刺激响应性生物界面的制备43-47
• 1.4.5 分子印刷板47-49
• 1.5 β-环糊精的修饰49-52
• 1.5.1 β-环糊精的性质49-50
• 1.5.2 β-环糊精的修饰及应用50-52
• 1.6 课题的提出52-56
• 1.6.1 研究目的及意义52-53
• 1.6.2 研究内容及实验方案53-56
• 第二章 β-环糊精的功能化56-86
• 2.1 本章引论56-57
• 2.2 实验部分57-73
• 2.2.1 试剂和材料57-59
• 2.2.2 实验仪器59-60
• 2.2.3 分子结构的表征60-62
• 2.2.4 制备炔基修饰的赖氨酸62-63
• 2.2.5 制备七个功能团修饰的 β-环糊精63-69
• 2.2.6 制备单功能团修饰的 β-环糊精69-73
• 2.3 结果与讨论73-85
• 2.3.1 叠氮七取代 β-环糊精的制备和表征73-75
• 2.3.2 甘露糖七取代 β-环糊精的制备和表征75-76
• 2.3.3 生物素七取代 β-环糊精的制备和表征76-77
• 2.3.4 赖氨酸七取代 β-环糊精的制备和表征77-82
• 2.3.5 赖氨酸单取代 β-环糊精的制备和表征82-85
• 2.4 本章小结85-86
• 第三章 β-环糊精-金刚烷主客体双重调节表面浸润性86-110
• 3.1 本章引论86-87
• 3.2 实验部分87-98
• 3.2.1 试剂和材料87-88
• 3.2.2 实验仪器88-89
• 3.2.3 金刚烷1甲基-丙烯酸酯单体的制备89-90
• 3.2.4 poly(NIPAAm-co-Ada)无规共聚物刷改性硅片表面的制备90-92
• 3.2.5 甘露糖七取代的 β-环糊精包合共聚物表面的制备92-93
• 3.2.6 表面性质和聚合物性质表征93-97
• 3.2.7 分子动力学模拟97-98
• 3.3 结果与讨论98-108
• 3.3.1 SI-SET-LRP制备poly(NIPAAm-co-Ada)无规共聚物刷的研究98-100
• 3.3.2 聚合物刷的表面接枝密度100-101
• 3.3.3 poly(NIPAAm-co-Ada)无规共聚物的表征101-102
• 3.3.4 金刚烷单体含量对表面浸润性和温敏性的影响102-104
• 3.3.5 主客体相互作用对表面浸润性的影响104-108
• 3.4 本章小结108-110
• 第四章 可再生的通用型分子识别表面的构建110-132
• 4.1 本章引论110-112
• 4.2 实验部分112-119
• 4.2.1 试剂和材料112-113
• 4.2.2 实验仪器113-114
• 4.2.3 共聚物改性表面及 β-环糊精衍生物包合共聚物表面的制备114
• 4.2.4 表面性质的表征114-115
• 4.2.5 同位素标记蛋白质吸附的测试115-118
• 4.2.6 FITC标记蛋白质吸附的测试118-119
• 4.2.7 表面再生和再应用性能的测试119
• 4.3 结果与讨论119-130
• 4.3.1 β-环糊精衍生物包合poly(NIPAAm-co-Ada)表面的制备和表征119-120
• 4.3.2 温敏性糖聚合物修饰表面对特异性和非特异性蛋白质的吸附120-126
• 4.3.3 生物素修饰的温敏性表面对特异性和非特异性蛋白质的吸附126-128
• 4.3.4 表面再生和再应用的性能128-130
• 4.4 本章小结130-132
• 第五章 蛋白质结合能力可调的生物活性表面的构建132-157
• 5.1 本章引论132-134
• 5.2 实验部分134-143
• 5.2.1 试剂和材料134-136
• 5.2.2 实验仪器136-137
• 5.2.3 金刚烷1甲基-甲基丙烯酸酯单体的制备137-138
• 5.2.4 PHAda无规共聚物刷改性硅片表面的制备138-139
• 5.2.5 赖氨酸修饰的 β-CD包合共聚物表面的制备139
• 5.2.6 表面性质和聚合物性质的表征139-141
• 5.2.7 缓冲液或者血浆中蛋白质吸附的测试141-143
• 5.2.8 主客体相互作用制备的生物活性表面稳定性的测试143
• 5.3 结果与讨论143-155
• 5.3.1 PHAda改性表面和赖氨酸修饰的 β-CD包合共聚物表面的表征143-146
• 5.3.2 PHAda/CD(Lys)7 表面对血浆中特异性和非特异性蛋白质的吸附146-149
• 5.3.3 原位赖氨酸密度对表面特异性蛋白质吸附的调节149-150
• 5.3.4 平均赖氨酸密度对表面特异性蛋白质吸附的调节150-151
• 5.3.5 表面赖氨酸呈现对Plg结合亲和力的调节151-154
• 5.3.6 主客体相互作用制备的生物活性表面的稳定性154-155
• 5.4 本章小结155-157
• 第六章 纳米金沉积膜与生物活性聚合物刷的复合157-176
• 6.1 本章引论157-158
• 6.2 实验部分158-167
• 6.2.1 试剂和材料158-160
• 6.2.2 实验仪器160-161
• 6.2.3 纳米金沉积膜的制备161
• 6.2.4 POEGAda改性纳米金沉积膜表面的制备161-162
• 6.2.5 甘露糖修饰的 β-CD包合共聚物表面的制备162
• 6.2.6 表面性质的表征162-167
• 6.2.7 蛋白质吸附测试167
• 6.3 结果与讨论167-175
• 6.3.1 纳米金沉积膜表面结构的表征167-169
• 6.3.2 纳米金沉积膜表面修饰的聚合物刷厚度的表征169-171
• 6.3.3 纳米金沉积膜结构对表面浸润性的影响171
• 6.3.4 纳米金沉积膜结构对主客体调节表面浸润性的影响171-173
• 6.3.5 纳米金沉积膜对非特异性蛋白质吸附的影响173-174
• 6.3.6 纳米金沉积膜对生物活性聚合物刷吸附特异性蛋白质的影响174-175
• 6.4 本章小结175-176
• 第七章 论文总结与展望176-181
• 7.1 论文总结176-179
• 7.2 展望179-181
• 参考文献181-222
• 附录1 博士论文工作期间科研成果222-224
• 附录2 缩写224-229
• 致谢229-231

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张燕霞;于谦;武照强;周峰;李鑫;陈红;;能够促进细胞黏附的生物活性表面的制备[J];高分子学报;2011年06期

2 刘仲堪;脉冲CO色谱法测定铜催化剂的活性表面积[J];天然气化工;1995年05期

3 崔振铎,杨贤金,朱胜利;激光修饰在制备生物活性表面中的应用[J];金属热处理;2001年03期

4 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 安琪;李广涛;张以河;;利用葫芦脲自组装单层膜构建生物活性表面[A];中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘要集-第1分会：表面界面与纳米结构材料[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 石秀娟;通过主客体相互作用构建生物活性表面的研究[D];苏州大学;2015年

  本文关键词：通过主客体相互作用构建生物活性表面的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：258381