蛋白結(jié)合與吸附 | 下篇

在生物材料的相容性研究中，蛋白質(zhì)與材料表面的相互作用極其關(guān)鍵，一直是研究的重點(diǎn)之一。

吸附的動力學(xué)、構(gòu)象變化和變性

1980年前后，研究人員發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)吸附是不可逆的，他們認(rèn)為這種不可逆性是由多個附著在表面的位點(diǎn)引起的，且蛋白的活性在吸附后顯著降低。現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)吸附發(fā)生有兩種情況：可逆吸附和不可逆構(gòu)象變化。第二種情況有一個著名的例子是BSA（牛血清白蛋白）的側(cè)面和端部構(gòu)象，這最初被認(rèn)為是由簡單的方向變化引起的，但現(xiàn)在已知是通過蛋白的展開。下圖顯示了BSA構(gòu)象變化的示意圖，該蛋白質(zhì)吸附結(jié)果是不可逆的。

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材料表面特性對吸附的影響

根據(jù)前面介紹的離子/靜電相互作用和疏水相互作用，就可以對材料表面性能，對蛋白吸附做出評估。

常用的PBS緩沖液pH 7.4，如果蛋白的PI小于7.4，在此條件下蛋白呈陰性，如果材料含氨基，表面就有正電性。蛋白就會通過靜電相互作用吸附在表面。如果材料含氨基，表面就有正電性。在PBS緩沖液pH 7.4環(huán)境中，PI小于7.4 的正電性蛋白，就會被表面就會排斥，減少表面吸附。

非極性材料表面對于蛋白的具有顯著的吸附作用。這些材料包括聚苯乙烯、硅膠材料、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等大量合成材料，以及這些材料和長碳鏈脂 肪族涂敷的表面聚苯乙烯制成的 96 孔板通過表面非極性吸附用來固定抗體，從而進(jìn)行ELISA 定量檢測蛋白。非極性醫(yī)療器材表面的蛋白吸附，是造成雪凝的主要原因之一。

極性的，交聯(lián)后的水溶性高分子，如葡聚糖、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸羥乙酯，則具有較少的蛋白吸附。這些高分子也經(jīng)常被用來共聚成材，或表面涂層，以減少蛋白吸附。采用反相表面聚合技術(shù)在強(qiáng)非極性的醫(yī)用硅膠 (Silastic®) 和中等非極性的醫(yī)用聚氨酯 (Tecoflex®) 表面接枝聚合親水性高分子涂層后，置于在不同濃度的纖維蛋白原（Fibrinogen）的溶液中，通過放射性同位素標(biāo)記來檢測表面纖維蛋白原吸附。涂層對表面吸附都有了顯著降低。

減少蛋白吸附的的方法

對于現(xiàn)有不能做表面改性的材料表面，為減少蛋白吸附，特別是干擾蛋白檢測或分離過程中的非特異結(jié)合NSB，常見的辦法包括：

1.調(diào)整緩沖液的pH值。

2.使用蛋白質(zhì)封閉添加劑。

3.添加非離子表面活性劑。

4.增加鹽濃度。

為了選擇最佳方法，了解分析物和配體的特性非常重要。了解分子的等電點(diǎn)、電荷、大小和組成（親水性、疏水性）可以幫助確定在實(shí)驗(yàn)中減少NSB的*條件。

1. 調(diào)整緩沖液的pH值

緩沖液的pH值會對NSB產(chǎn)生重大影響，因?yàn)樗鼪Q定了生物分子的總電荷（正或負(fù)）。例如，如果使用的pH值使的分析物帶正電，分析物將與帶負(fù)電的表面發(fā)生非特異性相互作用。在這種情況下，可以選擇將緩沖液調(diào)整到蛋白質(zhì)等電點(diǎn)范圍（預(yù)測的中性總電荷）內(nèi)的pH值，或中和表面靜電。

2. 為增加特異性結(jié)合檢測，

使用緩沖添加劑——蛋白質(zhì)阻滯劑

防止非特異性結(jié)合的良好第一步是將牛血清白蛋白 (BSA)，一種常用的蛋白質(zhì)封閉添加劑，添加到緩沖液和樣品溶液中。作為由具有不同電荷密度的域組成的球狀蛋白質(zhì)，BSA可以圍繞著檢測蛋白，以保護(hù)其免受非特異性蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、與帶電表面或非極性表面的相互作用。因此，可以使用BSA等添加劑將NSB降至Z低。

3. 添加表面活性劑——吐溫 20

如果由于系統(tǒng)中的疏水相互作用而發(fā)生非特異性結(jié)合，使用非離子表面活性劑（例如Tween 20）可能會有所幫助。低濃度吐溫20會降低蛋白和非極性表面之間的疏水相互作用。

4. 增加鹽濃度

在主要由于基于電荷的相互作用而發(fā)生 NSB 的系統(tǒng)中，在緩沖液中使用更高的鹽濃度可以通過對分析蛋白產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)來減少這些相互作用。可以使用不同濃度的鹽類（例如NaCl）來防止帶電蛋白質(zhì)與其他帶電表面的相互作用。

作者

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王國斌，美籍華人博士，在生命科學(xué)和表面化學(xué)領(lǐng)域有著20多年的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。曾就職于SRU Biosystems，開發(fā)了 BIND™生物傳感器，現(xiàn)就職于BMT Biosystems，任副總裁，管理生物醫(yī)學(xué)和診斷產(chǎn)品中特殊材料及表面應(yīng)用的開發(fā)和生產(chǎn)。

王國斌博士憑借在高分子化學(xué)、表面科學(xué)、蛋白質(zhì)兼容表面等方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，在加入月旭科技后，主持研制了“續(xù)凈一號"銀離子消毒液，并對月旭科技的蛋白純化系列產(chǎn)品的研發(fā)提供了極大的技術(shù)支持。為今后月旭科技在生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展注入一劑強(qiáng)心針。