材料表面蛋白質(zhì)吸附定量表征方法的對比研究.pdf

1、蛋白質(zhì)在材料表面的吸附?jīng)Q定了生物材料在很多生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的最終表現(xiàn)，因此，蛋白質(zhì)吸附量是評價材料生物性能的重要指標(biāo)。蛋白質(zhì)在材料表面的干態(tài)吸附量在納克級別，這對蛋白質(zhì)吸附的定量表征方法提出了極高的要求。目前已發(fā)展了多種具有較高靈敏度的用于表征蛋白質(zhì)吸附量的方法，但由于其所基于的檢測原理不同或數(shù)據(jù)處理過程中物理量的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的結(jié)果偏差，致使不同方法對同一體系的檢測結(jié)果不相吻合。這往往會導(dǎo)致對材料的生物性能的錯誤評價。因此，系統(tǒng)的研究對比不同

2、方法測試結(jié)果之間的差異，從而分析各種方法在定量表征蛋白質(zhì)吸附時適用性是十分必要的。
　　本論文針對目前在定量表征蛋白質(zhì)吸附方面最常用的兩種方法——基于光學(xué)原理的表面等離子體共振（SPR）和基于聲學(xué)原理的石英晶體微天平（QCM），構(gòu)建典型的模型表面，通過對比研究，深入探討這兩種方法在定量表征蛋白質(zhì)吸附方面的適用性。主要研究工作包括以下兩個方面：
　　（1）通過化學(xué)修飾調(diào)控表面浸潤性，獲得系列具有不同蛋白質(zhì)吸附能力的模型表面，對

3、比125I同位素標(biāo)記法、SPR和QCM-D三種方法獲得的該系列表面上蛋白質(zhì)吸附量結(jié)果之間的差異。將十一烷基硫醇（UT）和三乙二醇-11-巰基十一烷基醚（TEGMUE）以不同比例混合組裝在金表面，X射線光電子能譜（XPS）和水接觸角測試結(jié)果表明該系列表面具有呈梯度變化的表面化學(xué)組成及表面浸潤性。通過三種方法測得的纖維蛋白原吸附量均隨表面疏水性的增加而增加。SPR測得的蛋白質(zhì)吸附量隨表面浸潤性變化趨勢曲線與125I同位素標(biāo)記法測得的曲線幾乎

4、平行，但吸附量之間不存在一致的轉(zhuǎn)化系數(shù)，說明SPR數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化過程中普遍采用的Stenberg轉(zhuǎn)化系數(shù)（1 RU·mm2/pg）并不適用于蛋白質(zhì)吸附量極低的情況。QCM-D由于測得的是蛋白質(zhì)的濕態(tài)質(zhì)量，因此對具有較高吸附量表面的測試結(jié)果均大于其他兩種方法，而在低吸附表面，QCM-D的測試值卻低于125I同位素標(biāo)記法測試結(jié)果，說明普遍采用的Voigt模型在擬合處理蛋白質(zhì)吸附量極低的情況時仍存在不足。同時，QCM-D結(jié)果隨表面性質(zhì)的變化趨勢與S

5、PR和同位素兩種表征方法結(jié)果相比具有較大差異，主要是不同表面引起的蛋白質(zhì)吸附層的含水量的差異導(dǎo)致的，說明不能利用QCM的質(zhì)量結(jié)果直接衡量比較不同性質(zhì)表面上的蛋白質(zhì)吸附情況。
　　（2）針對具有抗污性能的親水聚合物刷表面，研究 QCM-D對蛋白質(zhì)吸附量的測試性能。對抗污表面蛋白質(zhì)吸附的精確定量表征是評價材料抗污性能的重要環(huán)節(jié)，QCM-D由于其極低的檢測限而時常用于測試這類表面的蛋白質(zhì)吸附量。然而基于QCM-D的聲學(xué)原理，材料表面修飾

6、層的性質(zhì)可能會對測試性能造成一定影響，如聚合物刷層具有一定的厚度和粘彈性，這很可能會影響QCM-D對吸附于聚合物刷上的蛋白質(zhì)的感應(yīng)能力。為了探討這種情況下QCM-D對蛋白質(zhì)吸附的檢測性能，在金表面修飾了末端帶有寡聚乙二醇酯單元的自組裝單分子層（SAM-OEG）以及具有不同厚度和粘彈性的親水性聚合物刷——聚（甲基丙烯酸-2-羥乙酯）（PHEMA）和聚（甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯）（POEGMA）。以SPR測試結(jié)果為參比，研究了QCM-D在測試