多重响应牛血清白蛋白胶囊的构筑及膜透性研究

发布时间：2020-07-23 14:18

【摘要】：生物微室作为一类具有完整的膜和生物组织,其密闭空腔结构是复杂代谢反应的必要场所,而且生物微室是所有生物系统的先决条件,并且被越来越多的人们认为是合成细胞的最基本要素。因此,设计新型富集多重功能的仿生胶囊,模仿细胞空腔结构是非常重要的。在过去几年中,研究人员设计多种针对膜空腔的策略,其中代表性的有脂质体胶囊、聚合物胶囊、树枝状大分子胶囊和胶体囊泡,它们经常被用于药物递送体系和纳米反应器等。基于这类微胶囊功能的研究,主要以微胶囊膜内外环境的物质交换来展开的。开发理想的胶囊的关键要素是设计适合的仿生膜结构,以研究因外界刺激而引起的化学或物理变化,例如pH、温度、剪切速率、光、氧化还原剂、酶、磁场及电场等刺激影响。因此,设计刺激响应型仿生胶囊可以选择性地响应外部刺激,而且可以调节膜的渗透性,研究胶囊内部与外部的物质传输过程是非常重要的。本论文的主要研究内容如下:受天然细胞启发,针对单一刺激响应的局限性,设计并构建了一种多刺激响应牛血清白蛋白微胶囊。通过巯基修饰的蛋白质与端基为二硫吡啶的聚-N异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)聚合物,以皮克林微乳液方法在油/水界面自组装成微胶囊并分散在水溶液中。多重刺激响应模式分别由温度敏感的聚-N异丙基丙烯酰胺聚合物,膜表面共轭的二硫键和pH敏感的蛋白质来组成。采用温度、氧化还原剂和pH多种外部刺激,有效调节微胶囊膜渗透能力,而且通过顺序触发刺激,可以连续调节膜透性从35.2 kDa、78 kDa、102 kDa到142 kDa,进行程序化释放内部封装的物质。在温度、氧化还原剂和pH多重刺激响应模型基础上,制备了新型光敏蛋白质胶囊。采用光敏的螺吡喃(SP)和温敏的NIPAAm单体共聚至膜表面的聚合物中,构建基于温度、光和氧化还原剂多重响应型蛋白质胶囊。通过可逆紫外光触发SP-to-McH~+-to-SP亲疏水膜转换,实现亲水(FITC-葡聚糖)和疏水(尼罗红)物质双重释放。针对光和还原剂响应,有效调节葡萄糖氧化酶(GOx)串联反应速率,和脂肪酶(Lipase)与荧光素二乙酸酯(FDA)、4-甲基伞形酮(4-MU-Bu),以及碱性磷酸酶(ALP)和二磷酸荧光素(FDP)等膜介导的酶催化反应。此外,紫外光触发的螺吡喃聚合物的打开和关闭,实现了疏水产物捕获和再释放。在前面多重响应调控界面反应的基础上,构建了一种主客多室蛋白质胶囊模型,研究了剪切力对形成胶囊尺寸的影响,进而实现了内部客体胶囊数目的统计调控。通过内部封装DNA和RBITC-葡聚糖染料分子,研究了对两种不同装载分子的程序调节释放能力。在还原剂(TCEP)或者蛋白水解酶诱导下,通过膜透性的调控可实现两种装载分子的同步释放,延迟释放和分级释放性能。构建了一种原位产生蛋白质核壳结构的仿生蛋白质胶囊,通过多重响应膜透性的约束实现了内核的吸附能力调节。分别采用三种不同的氧化策略(包括H_2O_2,叔丁基过氧化氢,葡萄糖氧化酶/葡萄糖),实现了蛋白质胶囊内部聚邻苯二胺内核的原位生成。通过调节多功能蛋白质壳表面共轭聚合物的解离或额外形成单宁酸/Fe~(3+)保护层,有效调节蛋白质胶囊膜透性,影响内核对外界Cu~(2+)离子的吸附能力。相对于正常模式下,脱保护模型的吸附能力提高了9.6%。综上所述,我们构建了不同类型的多重刺激响应型蛋白质微胶囊模型。以胶囊膜透性为出发点,从外向内逐步考查了多重刺激响应下微胶囊膜的截留能力,程序化调控能力,膜介导的酶催化反应以及膜透性对内核吸附能力的影响。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ460.4

【参考文献】