【摘要】：抗蛋白質(zhì)非特異性吸附材料可以有效減少材料表面的蛋白質(zhì)吸附從而提高材料的生物相容性。傳統(tǒng)的聚乙二醇(PEG)材料在復(fù)雜的生物環(huán)境中,其長(zhǎng)效性和穩(wěn)定性非常有限,已有研究發(fā)現(xiàn)PEG分子能夠激活部分人體的免疫,PEG修飾的蛋白質(zhì)藥物活性急劇下降。而兩性離子材料如聚甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿(pMPC).聚磺基甜菜堿甲基丙烯酸酯(pSBMA)和聚羧基甜菜堿甲基丙烯酸酯(pCBMA)越來(lái)越多地被證實(shí)比PEG有更加長(zhǎng)效的生物相容性。因此研究PEG以及兩性離子材料抗蛋白質(zhì)非特異性吸附的機(jī)理不僅有助于更加了解材料抗蛋白質(zhì)吸附的機(jī)制,優(yōu)先選擇合適的抗蛋白質(zhì)非特異性材料,更有助于設(shè)計(jì)并發(fā)現(xiàn)更優(yōu)秀的抗蛋白質(zhì)非特異性吸附材料。本論文圍繞抗蛋白質(zhì)非特異性吸附材料的內(nèi)在機(jī)理和特性,首先創(chuàng)建了低場(chǎng)核磁方法學(xué)考察PEG和具有代表性的兩性離子聚合物pSBMA不同的水合能力,以及大分子PEG與蛋白質(zhì)的作用情況；進(jìn)一步探索溶液狀態(tài)下長(zhǎng)短鏈PEG以及pSBMA對(duì)比PEG和蛋白質(zhì)不同的作用特性；最后設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)在水凝膠中的擴(kuò)散直接體現(xiàn)PEG和SBMA與蛋白質(zhì)不同的作用力。主要內(nèi)容和結(jié)論包括以下六個(gè)部分： 1、利用低場(chǎng)核磁采集不同濃度的PEG水溶液CPMG序列反演得到T2橫向弛豫時(shí)間,定量計(jì)算PEG緊密結(jié)合的水分子量,結(jié)果表明一個(gè)EG單元結(jié)合一個(gè)水分子,并得到DSC方法驗(yàn)證,同時(shí)跟蹤聚合物的溶解過(guò)程中自身鏈段的物理行為。 2、利用低場(chǎng)核磁T2反演技術(shù)定量研究pSBMA和PEG不同的水合能力以及材料周?chē)肿拥臓顟B(tài)。證明pSBMA每個(gè)單元比PEG結(jié)合更多的水(SB-8個(gè),EG-1個(gè)),同時(shí)pSBMA的水合層水分子排列比PEG更加緊密,而飽和水層形成后pSBMA周?chē)乃肿颖萈EG周?chē)乃肿痈杂伞?3、利用低場(chǎng)核磁T2反演技術(shù)定量研究不同分子量的PEG與蛋白質(zhì)的相互作用,發(fā)現(xiàn)PEG與蛋白質(zhì)在溶液中存在較強(qiáng)的相互作用,且該相互作用和PEG分子量以及蛋白質(zhì)類型相關(guān),并定量計(jì)算PEG與蛋白質(zhì)的結(jié)合常數(shù)在104到105M-1。 4、通過(guò)熒光、高場(chǎng)核磁共振、原子力顯微鏡進(jìn)一步研究不同分子量PEG與蛋白質(zhì)相互作用的方式及對(duì)結(jié)合區(qū)域的影響。驗(yàn)證了PEG和蛋白質(zhì)的相互作用與分子量密切相關(guān),小分子量PEG (400Da)由于較高的親水性和較短的分子鏈,無(wú)法與蛋白質(zhì)形成多點(diǎn)接觸,從而急劇降低了和蛋白質(zhì)分子的相互作用力。 5、通過(guò)熒光、高場(chǎng)核磁共振、原子力顯微鏡對(duì)比研究大分子量的pSBMA和PEG與蛋白質(zhì)分子不同的相互作用。證明pSBMA和蛋白質(zhì)的相互作用不明顯,而PEG和蛋白質(zhì)之間的疏水相互作用有可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的變化。 6、研究熒光標(biāo)記蛋白質(zhì)在PEG和SBMA不同配比的水凝膠中的擴(kuò)散行為,發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)分子在PEG水凝膠中擴(kuò)散的速度明顯低于在SBMA水凝膠中的擴(kuò)散速度,進(jìn)一步證明了PEG和蛋白質(zhì)存在較大的相互作用,而SBMA與蛋白質(zhì)幾乎沒(méi)有相互作用。
[Abstract]:Anti-protein non-specific adsorption materials can effectively reduce the surface protein adsorption and improve the biocompatibility of the materials. The long effect and stability of traditional polyethylene glycol (PEG) materials in complex biological environments are very limited. It has been found that PEG molecules can activate part of human immunity, and the drug activity of PEG modified proteins is decreased sharply. Amphoteric materials such as polymethacryloxy ethyl phosphatidylcholine (pMPC).) Polysulfonbetaine methacrylate (pSBMA) and polycarboxybetaine methacrylate (pCBMA) have more and more long-lasting biocompatibility than PEG. Therefore, the study of the mechanism of anti-protein nonspecific adsorption by PEG and amphoteric ion materials is not only helpful to understand the mechanism of anti-protein adsorption, but also to select suitable anti-protein non-specific materials. It is also helpful to design and find better anti-protein non-specific adsorption materials. Based on the intrinsic mechanism and properties of non-specific anti-protein adsorption materials, a low-field NMR methodology was established to investigate the different hydration capacities of PEG and the representative amphoteric polymer pSBMA. And the interaction of macromolecular PEG with protein, and further explore the different interaction characteristics of long-chain PEG and pSBMA compared with PEG and protein under the condition of solution. Finally, the diffusion of proteins in hydrogels was designed to directly reflect the different interaction forces between PEG and SBMA. The main contents and conclusions include the following six parts: 1. The T 2 transverse relaxation time is obtained by using the CPMG sequence of PEG aqueous solution with different concentrations collected by low field NMR, and the tightly bound water molecular weight of PEG is calculated quantitatively. The results show that a EG unit is combined with a water molecule and verified by DSC method. At the same time, the physical behavior of the chain segments in the dissolution process of the polymer was tracked. 2. The low field NMR T2 inversion technique was used to quantitatively study the different hydration capacities of pSBMA and PEG and the states of water molecules around the materials. It is proved that each unit of pSBMA binds more water than PEG (SB-8, EG-1), and that the water molecules in the hydration layer of pSBMA are arranged more closely than PEG. However, after the formation of saturated water layer, the water molecules around pSBMA are freer than those around PEG. 3. The interaction between PEG with different molecular weight and protein was quantitatively studied by using T2 inversion technique of low field nuclear magnetic field. It was found that there was a strong interaction between PEG and protein in solution, and the interaction was related to the molecular weight of PEG and the type of protein. The binding constants of PEG and protein were calculated quantitatively from 104 to 105M-1.4. High field nuclear magnetic resonance (HNMR) and atomic force microscopy (AFM) were used to study the interaction between PEG and protein with different molecular weight and its effect on the binding region. It is proved that the interaction between PEG and protein is closely related to the molecular weight. Because of its high hydrophilicity and short molecular chain, small molecular weight PEG (400Da) cannot form multi-point contact with protein. Therefore, the interaction force with protein molecules was reduced sharply. 5. The different interactions between pSBMA and PEG with large molecular weight were studied by fluorescence, high field nuclear magnetic resonance and atomic force microscopy. It proves that the interaction between pSBMA and protein is not obvious. The hydrophobic interaction between PEG and protein may lead to the change of protein molecular structure. 6. The diffusion behavior of fluorescent labeled proteins in hydrogels with different ratios of PEG and SBMA was studied. It is found that the diffusion rate of protein molecules in PEG hydrogels is obviously lower than that in SBMA hydrogels, which further proves that there is a large interaction between PEG and proteins, while there is almost no interaction between SBMA and proteins.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R318.08;TQ424

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2267486