随着纳米技术的兴起,纳米材料已经广泛应用于各种领域,尤其是生物医药领域中。众所周知,蛋白会与纳米材料表面结合形成蛋白晕,这是一种不可避免的现象。经过这些年的研究,人们对蛋白晕已经有了初步的认识。实际上蛋白晕就是纳米材料作为外源物质进入生物体内以后生物体产生免疫反应的结果。蛋白的构象改变可能会引起它功能的改变;纳米材料的表面性质和功能也会由于材料类型、尺寸、形状、电荷、表面修饰等不同而表现出很大的差异。因此不同的纳米材料与蛋白之间的相互作用会受到多种因素的综合影响。有研究显示蛋白吸附到纳米材料表面上以后其构象发生了改变。蛋白在受到纳米材料影响的同时,也会影响纳米材料。许多研究表明蛋白晕使纳米材料在生物体内的生物学特性、生物分布、细胞毒性等都发生了变化,这些变化会影响纳米材料在生物体内的功能,所以蛋白晕成为纳米材料在生物医药领域应用中的一大研究热点。一般情况下,纳米材料进入体内首先面对的是血液循环系统,血浆中许多蛋白都能够与纳米材料形成蛋白晕,大多数研究也主要是聚焦在血浆蛋白与纳米材料的相互作用上。本论文利用光学技术(吸收光谱、荧光光谱、动态光散射)、离心、尺寸排阻色谱、质谱、凝胶电泳等方法研究了血浆中含量较高的蛋白(牛血清白蛋白、纤维蛋白原、转铁蛋白)与两亲性聚合物包被的金纳米颗粒之间形成的蛋白晕,主要展开了以下工作:1.研究牛血清白蛋白与两亲性聚合物包被的金纳米颗粒形成的离散型蛋白晕。用凝胶电泳的方法可以分离出吸附一个、两个及多个牛血清蛋白的蛋白-纳米颗粒复合物。一般情况下蛋白晕中所含蛋白的具体数目是很难计算的,通常都只是得到蛋白的相对含量。结合吸收光谱与离心法计算出纳米颗粒表面饱和吸附蛋白的数目,结果说明两亲性聚合物包被的金纳米颗粒表面能够吸附的蛋白数目是有限的,这是由纳米颗粒表面性质和大小决定的。这种方法还可以计算不能形成离散型蛋白晕的蛋白(胰凝乳蛋白酶)在纳米颗粒上的数目,最后推导出一个适用于两亲性聚合物包被的纳米材料与蛋白形成的蛋白晕中蛋白数目的计算公式,为以后控制纳米材料上吸附蛋白的数目打下基础。2.测定牛血清白蛋白与两亲性聚合物包被的金纳米颗粒形成的蛋白晕的尺寸。凝胶电泳、动态光散射、尺寸排阻色谱的原理都与被测分子的尺寸相关,因此利用这三种方法能够测定和计算牛血清白蛋白与形成的离散型蛋白晕的尺寸。之前分子模拟的结果已经显示牛血清白蛋白是嵌入到两亲性聚合物中的,所以两亲性聚合物包被的金纳米颗粒吸附了蛋白之后尺寸并不会出现明显的改变。对比三种尺寸计算方法得出的结果,最准确的是尺寸排阻色谱法,其次是动态光散射,误差最大的是凝胶电泳。但每种方法都有各自适用的体系,还是需要根据实际情况来选择合适的计算方法。3.研究牛血清白蛋白与两亲性聚合物包被的金纳米颗粒之间的相互作用力。之前的一系列结果都表明牛血清白蛋白与两亲性聚合物包被的金纳米颗粒形成的蛋白晕非常稳定。利用凝胶电泳和质谱得到了牛血清白蛋白中三条与纳米颗粒结合的多肽片段,长度分别是13、13和15个氨基酸残基,每条片段都含有7个疏水性氨基酸。而聚丙烯酰胺凝胶电泳的结果显示结合位点的多肽片段分子量约为13 kDa,再通过与牛血清白蛋白全部氨基酸序列的比对可以推断出这条多肽片段全长应该是105个氨基酸残基,其中一共有46个疏水性氨基酸残基,并且这些疏水性氨基酸分布比较集中,推测这段多肽的疏水性较强。荧光淬灭法也计算出牛血清白蛋白与两亲性聚合物包被的金纳米颗粒之间的结合常数远大于一般的极限值,温度变化与结合常数呈负相关,说明二者的荧光淬灭模式是静态淬灭,整个反应体系的热力学参数符合热力学第二定律。这些数据都证明了它们之间的相互作用力非常强。吸附的驱动力有很多,但多肽片段的疏水性和两亲性聚合物的疏水链导致了二者吸附的主要驱动力是疏水作用力。4.研究转铁蛋白与两亲性聚合物包被的金纳米颗粒形成的蛋白晕。同样利用凝胶电泳、荧光淬灭法对转铁蛋白与两亲性聚合物包被的金纳米颗粒形成的蛋白晕进行了分析。转铁蛋白的分子量约77kDa,粒径约为3.91nm,与牛血清白蛋白类似,所以转铁蛋白得到了与牛血清白蛋白相似的凝胶电泳结果。同时也发现转铁蛋白能够与纳米颗粒形成离散型蛋白晕。结合常数的大小说明它们之间的结合是非常稳定的。转铁蛋白是癌症治疗中常用的靶向分子,因此研究它与纳米颗粒形成的蛋白晕对于它的靶向应用具有指导意义。5.研究纤维蛋白原与两亲性聚合物包被的金纳米颗粒形成的蛋白晕。纤维蛋白原也属于血浆中的含量较高的蛋白,纤维蛋白构象的改变与一些通路的激活有关。因为纤维蛋白原的分子量和尺寸都非常大,所以它与两亲性聚合物包被的金纳米颗粒形成的蛋白晕明显较牛血清白蛋白和转铁蛋白大,在凝胶电泳上有明显的滞后。荧光淬灭的数据也显示纤维蛋白原与纳米颗粒形成的是硬蛋白晕。纳米颗粒结合一个如此大的分子肯定会对纳米颗粒产生影响,今后还会继续研究。