聚乙二醇表面改性抑制蛋白质非特异性吸附.pdf

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1、第4l卷分析化学(FENXIHUAXUE)评述与进展第3期2013年3月ChineseJournalofAnalyticalChemistry445～453DOI：10．3724／SP．J．1096．2013．20582聚乙二醇表面改性抑制蛋白质非特异性吸附肖锡峰江小群周雷激(厦门大学化学化工学院化学系，厦门361005)摘要聚乙二醇作为一种具有特殊亲水性和电中性的聚合物，被公认为抑制非特异性吸附的重要物质基础。本文综述了近年来利用聚乙二醇对各种用途的基质进行表面改性地研究，包括聚乙二醇本身的结构特点、聚乙二醇抵抗吸附的理论解释、在疏水性表面引入聚乙二醇改性的各种策略，并展望了其发展前

2、景。关键词非特异性吸附；聚乙二醇；表面改性；综述1引言蛋白质的非特异性吸附是一种自然发生的现象，从本质上讲，非特异性吸附是有动力学和热力学共同控制的复杂过程叫]。受到蛋白质变性与结构变化的影响，大部分非特异性吸附都是不可逆过程，这也是这种吸附产生诸多不利影响的根源。非特异性吸附的存在会造成很多问题[6，。在免疫检测时，非特异性吸附会使背景增加，而活性位点可能被非特异性吸附的蛋白占据，导致灵敏性降低脚，诸如假阳性、高背景、低相对强度等情况就会层出不穷。所以，避免非特异性吸附是免疫研究中的一个重要课题[9】。疏水相互作用和静电场被认为是非特异性吸附的两大起因[10,11]，因此控制疏水相互

3、作用和静电场作用是抵抗非特异性吸附的物质所应该具有的性质[1。通过合成化学、仿生学和生物化学等途径，研究者获得了这种物质的具体实例，它们同时具有亲水性和疏水性，并且大多具有较好的生物相容性卜"】。这类物质包括以壳聚糖为代表的多糖、聚丙烯酰胺、磷脂层，以及聚乙二醇衍生物、甜菜碱衍生物等。其中，聚乙二醇([CH：CH2O]，Polyethyleneglycol，PEG)脱颖而出，逐渐成为增加基质表面亲水性和抵抗非特异性吸附的中心物质。本文综述了聚乙二醇的结构特点、对其作用的理论解释与各种应用策略，并展望了其发展前景。2聚乙二醇的结构与特点聚乙二醇是一种由环氧乙烷开环聚合形成的直链或枝状聚醚

4、。由于它的结构与乙二醇缩聚的产物相同，故而通常称为聚乙二醇(PEG)。PEG虽然是一种大分子聚合物，但是由于具有特殊的线性原子排列，从而具有其它同系物所没有的一些性质】。它最重要的性质就是强极化性质以及由此带来的亲水性与水溶性。如果用PEG与结构相似的聚合物进行比较，聚环氧丙烷(Polypropyleneglycol，PPG，[c，HO])比PEG在每个链节多了一个亚甲基，可是所带来的影响则是晶体结构和亲疏水性上的巨大差异；而均聚甲醛(Polyoxymethylene，POM，[CH2o])在每个链节比PEG少一个亚甲基，就又变成了一种高结晶度的树脂聚合物[22】。以上的对比或许能直观

5、地体现出PEG的强极化性质在与其结构相似的聚合物进行比较时的特殊性。PEG的亲水性被认为是其具有抵抗非特异性吸附能力的重要原因】。既然非特异性吸附是由于疏水基团相互靠拢而发生的，那么在蛋白质与疏水性基质之间加入一种亲水性的物质，就可以在两者之间同时产生排斥作用，从而控制非特异性吸附的产生。而PEG正是符合亲水性要求的物质】。同时，PEG在广泛pH范围内均为电中性，这种性质可以阻断基质与蛋白质之间的静电场相互作用。对于带有电荷的基质表面，PEG可以同时将产生非特异性吸附的两种方式阻断，以达到抵抗吸附的作用。而2012-06-05收稿；2012—10-20接受本文系国家自然科学基金(No．

6、20835005)、教育部高校博士点基金(No．20070384023)和国家基础科学人才培养基金(No．J1210014)资助E—mail：~zhou@xmu．edu．GI1分析化学第41卷且作为一种长链聚合物，PEG可以提供较大的空间位阻，有利于将产生非特异性吸附的物质阻隔在距离基质表面较远的位置，进一步控制非特异性吸附的发生。此外，PEG还是一种几乎无毒性的物质，已经广泛应用于对蛋白质和多肽药物的修饰和药物体内传送；它在通常的应用中不会发生自身分解，稳定性较强；不同聚合度的PEG均已经实现工业生产，成本低且选择余地大。以上诸多优势使得PEG成为公认的构建生物相容性表面的物质基础。

7、3从理论上解释PEG的作用PEG特殊的性质很早就引起了化学家的研究兴趣。很多人试图从理论上解释PEG的结构与特殊性质之间的内在联系[29。研究者对PEG的理论研究主要关注PEG在接近发生吸附的界面附近的能量、构象和静电场等性质，以及当周边条件变化时这些性质的变化情况。Begum等]通过红外光谱分析，描述了短链PEG分子在水中的构象特点。他们认为，由于条件不同，PEG的刚性构象与柔性构象之间的比例会发生变化。对于C—C键，随着水分子碎片数目的增加