基于双光子聚合技术的蛋白质基微结构的制备及性能研究

发布时间：2020-05-20 06:28

【摘要】：牛血清白蛋白(BSA)作为一种天然蛋白质,不仅具有无毒性、生物降解性、生物相容性等优点,而且由于其成本低、刺激响应性好、性质与人血清白蛋白相似等特性而被广泛研究。制备BSA基可调谐、动态响应且具有精确定义几何形状的智能微结构成为BSA的重要应用方向。通过双光子聚合(TPP)微加工技术可以获得高分辨率的、重现性好的、可控的和多样化的三维(3D)微结构,是理想的加工微结构的技术手段。近年来,该技术广泛用于制备蛋白质基新型功能化微纳结构、器件与集成系统。然而,更准确且更广泛地控制和量化BSA基微结构的性能仍有待全面研究。针对这一问题,本研究利用TPP微加工技术制备了具有表面形貌和pH响应性能可调节的BSA基3D微结构。首先优化了加工工艺参数。优化引发剂浓度为8.5 mM。对激光加工工艺参数进行优化,以获得结构稳定且精确定义的三维BSA基微结构。在优化的参数范围内选择激光功率为18.0 mW、扫描速度为77μm/s、层间距为200 nm作为合适的激光参数进行后续研究。研究了不同蛋白质浓度微结构的表面形貌。用原子力显微镜对蛋白质基长方体微结构的表面粗糙度进行了考察,结果显示三种不同蛋白质浓度(20 wt%、30 wt%和40 wt%)的微结构在空气中的表面平均粗糙度(Ra)均低于30 nm,充分保证了结构的表面质量。而且40 wt%的蛋白质基微结构表面光滑,Ra低于2 nm。以罗马微浮雕为模型进一步研究复杂结构的形貌,实验结果表明微结构表面形貌随着蛋白质浓度的增加呈现梯度式变化,从粗糙多孔到光滑细腻。其次研究了不同蛋白质浓度微结构的pH响应性能。通过长方体模型研究不同蛋白质浓度微结构在不同pH环境下的溶胀行为,获得蛋白质基微结构的宽范围pH溶胀度(1.08-2.71)。使用高浓度的蛋白质设计并制备了熊猫脸型微浮雕,结果表明在外界环境pH值的循环中,微浮雕经历了明显的可逆形变和独特的面部“表情变化”。进一步设计和制备了功能型蛋白质基微筛。通过改变外界环境pH值,蛋白质基微筛的孔洞大小可以被调节,有望用于微粒子分离。并且研究了蛋白质基微结构阵列及其生物相容性。通过TPP微加工得到了4×4和6×6蛋白质基微结构矩阵,整个微阵列均一完整,具有高度可重复性质。用L929细胞与蛋白质基微阵列共同培养,实验结果表明蛋白质基微结构具有良好的生物相容性。
【图文】：

天然蛋白质,血清白蛋白

图 2-1 部分天然蛋白质材料的结构[40]Figure 2-1 Structures of some natural protein materials1.2 牛血清白蛋白的特点血清白蛋白是一类天然蛋白质，，而且是动物血浆中含量最高的蛋白质，通常在 50mg/mL 左右，约占生物体内总蛋白质含量的 60%。血清白蛋白功能可以概括为：(1) 维持血液胶体渗透压和 pH；(2) 与生理上重要的配脂类、金属离子、氨基酸等结合和转运；(3) 抗氧化功能[41]。牛血清白蛋其价格低廉、具有刺激响应性能以及与人类血清白蛋白相似等特点而被广20,25-29]。牛血清白蛋白分子量为 66.5kDa[42]，人血清白蛋白和牛血清白蛋级结构极为相似[43-44]。晶体结构分析表明发现 HSA 含有 585 个氨基酸残中 17 个酪氨酸残基和仅一个色氨酸位于分子链 214 位子，而 BSA 包含 58基酸残基，具有 20 个酪氨酸残基和 2 个色氨酸分别位于 134 和 212 位子[A 和 BSA 的三维结构如图 2-2 所示。BSA 和 HSA 实际上是同源的，仅

色氨酸残基,三维结构,绿色,分子

图 2-2 (a) HSA 和(b) BSA 分子三维结构，色氨酸残基显示为绿色[44]2 Three-dimensional structures of (a) HSAand (b) BSA, with tryptophan resiin green color血清白蛋白的应用白蛋白应用广泛。作为血浆中各种化合物的载体其可以运载离和激素等。其中蛋白质载药体系是研究的热点。以白蛋白为基药物传递系统的研究已经被系统报道。用于制备白蛋白纳米粒溶、乳化、热凝胶化、纳米喷雾干燥、纳米粒子白蛋白结合技5]。在过去的几十年中，牛血清白蛋白由于其完全的生物相容性、、易于生产、成本低，以及其巨大的储存和体内稳定性，被广途的纳米载体用于药物的传递[46]。可以运载多种药物。环境的 pH 值、微球组成和包封药物的化[47]
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O629.73

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