《新型两亲含硅嵌段高分子表面活性剂与蛋白质的作用机理研究》

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课题来源与背景:利用表面活性剂研究其与蛋白质的相互作用,对于深入了解蛋白质生化机理具有重要的理论意义,并且在生物、医药等领域中具有现实的应用价值。通过荧光光谱可以依据表面活性剂与蛋白质作用的荧光强度与表面活性剂浓度的关系计算表面活性剂与蛋白质的结合常数,获得表面活性剂与蛋白质结合位置的具体信息,获得胶束的聚集数,体系的微极性和微粘度。含硅高分子表面活性剂由于其同时具有亲水部分和疏水部分的独特化学结构而能在水溶液中形成以疏水部分为内核亲水部分为外壳的球形胶束。内核能够增溶药物于核心而降低毒副作用,外壳则保护药物,有效的越过生物屏障而有效达到缓释药物的目的,有望作为一种新的药物载体在医药方面具有广阔的应用前景。因此还需加大科技投入,抓住有机硅表面活性剂向高效化、可控化、绿色化的主导方向,从分子结构出发,合成功能高效的、结构大小可控的新型有机硅表面活性剂,深入研究其与蛋白质相互作用的机理,为其在药物载体等领域的应用奠定一定的理论基础。研究的目的与意义:通过“可控/活性自由基聚合”原理,探索、总结出有别于传统有机硅表面活性剂合成的新方法,制备出结构明确、分子量及分布可控、生理相容、环保低毒、功能高效的新型两亲含硅嵌段高分子表面活性剂,为实现新型两亲含硅嵌段高分子表面活性剂批量制备提供理论基础和技术支持。通过微相吸附-光谱修正技术结合荧光光谱分析等技术,深入研究新型两亲含硅嵌段高分子表面活性剂与人血清白蛋白的作用机理,具体考察探索两亲含硅嵌段高分子表面活性剂的结构与性能、浓度、体系pH值、离子强度及种类等因素对其作用机理的影响。通过深入探索和研究,得出新型两亲含硅嵌段高分子表面活性剂与蛋白质作用的各种动力学、热力学参数,利用微相吸附-光谱修正技术并根据Langmuir吸附理论构建相应的数学模型;为实现新型两亲含硅嵌段高分子表面活性剂在生物医药领域的应用理论基础。主要论点和论据:通过制得的含硅高分子表面活性剂与蛋白质相互作用,利用微相吸附-光谱修正技术结合荧光光谱等分析技术,研究了含硅高分子表面活性剂与蛋白质的作用机理。结果发现:制得含硅表面活性剂的临界胶束浓度为5.0×10-6mol L-1,其水溶液表面张力等温线出现双拐点现象,当pH为4.5-8时呈现两性性质,有较宽的等电范围。含硅表面活性剂与蛋白质相互结合并发生荧光猝灭,属于静态猝灭机理,猝灭过程速率常数远远大于扩散控制猝灭常数。298K时,结合常数与结合位点数分别为2.80×106和1.09;310K时,结合常数与结合位点数分别为2.25×106和1.10。不同温度下的热力学参数表明含硅表面活性剂与蛋白质的结合过程是自发进行的,静电力在结合过程中起着主要作用。根据Förster能量转移理论,计算得到含硅表面活性剂与蛋白质的结合距离为1.93nm,能量转移效率为28.85%。含硅表面活性剂与蛋白质结合后,蛋白质的红外特征吸收峰在复合物中大大减弱,蛋白质的构象发生改变。含硅表面活性剂浓度较低时与蛋白质主要发生静电作用,在蛋白质表面的聚集,使其结构压缩,粒径减小,浓度较高时,疏水力起主要作用,使其结构伸展,粒径增大。含硅表面活性剂形成核壳结构的胶束,浓度越大,胶束越密集,加入蛋白质后,形成类似“珍珠项链”的模型。在相同的表面活性剂浓度下,蛋白质与表面活性剂结合,形成了复合胶束,降低了胶束中表面活性剂的数目,减小了聚集数。含硅表面活性剂与蛋白质作用时,蛋白质中色氨酸残基荧光强度降低的程度要明显大于酪氨酸残基荧光峰增强的程度,表明表面活性剂更倾向于与色氨酸残基相结合。蛋白质与含硅表面活性剂的吸附机理符合Langmuir单分子层等温吸附方程,表面活性剂与蛋白质的最大结合比为120∶1,吸附结合常数为5.01×103L mol-1。利用光谱修正法测定蛋白的检测限为2.7mg L-1,未经光谱修正测定蛋白质的检测限为4.3mg L-1,光谱修正后的检测限更低,灵敏度相对较高。这些研究结果可望为新型表面活性剂在生物医药领域的应用提供理论基础和技术支持。创新点:利用“可控/活性自由基聚合”,通过端羟丙基硅油亲水大分子引发剂引发亲水功能单体聚合,制备一系列结构明确、分子量及分布可控、生理相容、环保低毒、功能高效的新型两亲含硅嵌段高分子表面活性剂,深入探讨分子量大小及分布、含硅嵌段长度等因素对新型两亲含硅嵌段高分子表面活性剂性能的影响,由此探索出新的有机硅表面活性剂制备方法、制备出新种类有机硅表面活性剂,是创新点之一。通过微相吸附-光谱修正技术结合荧光光谱分析等多种现代分析技术,深入研究新型两亲含硅嵌段高分子表面活性剂与人血清白蛋白的作用机理,从而得出新型两亲含硅嵌段高分子表面活性剂与蛋白质作用的各种动力学、热力学参数,根据Langmuir吸附理论构建相应的数学模型,是创新点之二。社会经济效益:通过该项目的研究,晋升教授1人、副教授(含高级实验师)3人,两人入选“广西高等学校优秀中青年骨干教师培养工程”。发表论文8篇,其中SCI收录4篇,中文核心4篇。

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