聚丙烯微孔膜表面的糖基化研究.pdf

1、糖類廣泛存在于生物體中,并且對許多生理過程如:凝血、免疫應答、受精、細胞生長、胚胎形成以及細胞間信息傳遞等起著至關(guān)重要的作用.幾乎所有的細胞膜表面都有糖,它們以聚糖、糖蛋白以及糖肽等糖綴合物的形式在細胞膜外表面形成被稱為"糖被"的致密糖基化層."糖被"的功能可以分為兩個方面:一是作為保護層,防止外界蛋白質(zhì)等生物分子在細胞膜上的非特異性吸附;另一方面是利用糖基與蛋白質(zhì)的特異性相互作用,作為細胞或者其它生物分子的識別位點.本文建立了一系列方

2、法對聚丙烯微孔膜表面進行糖基化,實現(xiàn)對細胞膜表面"糖被"層的模擬,希望聚丙烯微孔膜表面的糖基化層能夠具有類似"糖被"層的抗非特異性吸附和特異性識別的能力. 合成了兩種分別含有直鏈和環(huán)狀葡萄糖基的含糖單體甲基丙烯酸-2-葡萄糖酰胺乙酯(GAMA)和α-烯丙基葡萄糖(AG).通過紫外輻照引發(fā)這兩種含糖單體的接枝聚合,實現(xiàn)了聚丙烯微孔膜表面的糖基化.接枝聚合過程可以通過改變單體濃度、紫外輻照時間以及光引發(fā)劑濃度來進行調(diào)控.接枝密度隨著

3、單體濃度的提高而增大,但單體濃度達到一定值后接枝密度不再增加.紫外輻照時間增加能夠顯著提高接枝密度,但當輻照時間超過25分鐘后,接枝密度基本保持不變.接枝密度隨光引發(fā)劑濃度先增大后減小.采用表面衰減全反射傅立葉變換紅外光譜(FT-IR/ATR)、X射線光電子能譜(XPS)以及掃描電子顯微鏡(SEM)對糖基化前后膜表面的化學結(jié)構(gòu)以及形貌變化進行了表征,驗證了膜表面糖基化的實現(xiàn).水接觸角的減小說明糖基化改善了膜表面的親水性.同時發(fā)現(xiàn),直鏈糖

4、基化膜表面較環(huán)狀糖基化膜表面水接觸角小,說明直鏈糖基對親水性的改善能力強于環(huán)狀糖基. 建立了兩種新穎的聚丙烯膜表面糖基化方法,分別利用甲基丙烯酸-2-氨乙酯鹽酸鹽(AEMA)和丙烯酰胺(AAm)作為官能單體,通過紫外輻照引發(fā)其接枝聚合,將含有活性官能團的聚合物接枝到聚丙烯膜表面,再利用接枝鏈上官能基團的反應對糖基進行固定.PAEMA接枝后直接利用三乙胺對氨基進行脫保護,再與葡萄糖-δ-內(nèi)酯反應,固定糖基.而PAAm接枝后先通過H

5、ofmann重排反應將酰胺基團轉(zhuǎn)化為活性初級氨基,然后再與葡萄糖-δ-內(nèi)酯反應,固定糖基.由于接枝聚合活性的差異,PAAm的接枝密度遠高于PAEMA,而隨后糖基的固定量也相對較高.但由于高接枝密度造成接枝鏈堆積緊密,PAAm接枝鏈上官能團固定糖基的效率隨著接枝密度的提高而顯著降低.而PAEMA由于接枝密度較低,接枝鏈空間堆積較稀疏,固定糖基的效率隨接枝密度變化較小,基本保持在80﹪左右.FT-IR/ATR、XPS以及SEM對糖基化前后膜

6、表面的化學結(jié)構(gòu)以及形貌變化的表征,驗證了糖基化各步的完成.水接觸角隨時間變化實驗揭示了不同性質(zhì)接枝層對膜表面浸潤和滲透性能的影響. 通過在膜表面固定不同結(jié)構(gòu)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)引發(fā)基團,成功實現(xiàn)了聚丙烯微孔膜表面的可控糖基化,引入了聚合度可控的梳狀和線形含糖聚合物接枝層.利用紫外輻照在聚丙烯膜表面接枝聚合甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA),再通過HEMA接枝鏈上的羥基固定2.溴丙酰溴,形成梳狀大分子引發(fā)劑,引發(fā)含糖單體GA

7、MA的ATRP接枝聚合,得到鏈長可控的梳狀含糖聚合物接枝層.在溴的四氯化碳溶液中對聚丙烯膜進行紫外輻照,將溴原子引入膜表面.利用膜表面固定的溴原子,引發(fā)含糖單體GAMA的ATRP接枝聚合,得到鏈長可控的線形含糖聚合物接枝層.含糖聚合物接枝鏈的聚合度隨著聚合時間的增加逐步提高.提高聚合體系中水的含量可以顯著加快聚合速率,但同時聚合的可控性降低.而溴化銅的加入則減慢聚合速率但能夠顯著提高聚合過程的可控性.采用FT-IR/ATR、XPS以及原

8、子力顯微鏡(AFM)表征闡明了可控糖基化各步前后膜表面的化學結(jié)構(gòu)以及形貌的變化. 分別考察了直鏈葡萄糖基化和環(huán)狀葡萄糖糖基化聚丙烯微孔膜的抗非特異性吸附和特異性識別功能.牛血清蛋白(BSA)靜態(tài)吸附、BSA溶液動態(tài)過濾、血小板黏附等實驗證實了直鏈葡萄糖基化聚丙烯膜表面的抗非特異性吸附能力.實驗表明,直鏈葡萄糖糖基化聚丙烯膜具有良好的抗BSA靜態(tài)吸附的能力,梳狀接枝鏈比線形接枝鏈具有更好的抗非特異性吸附效果.糖基化后膜的其抗動態(tài)蛋

9、白質(zhì)污染能力顯著提高.接枝密度212.24 μg/cm<'2>的直鏈葡萄糖基化聚丙烯膜的BSA溶液通量達到未改性膜的5倍.同時,糖基化膜的通量下降率降低,而通量恢復率均高于80﹪,說明糖基化后膜表面的蛋白質(zhì)可逆吸附比例提高.血小板在未改性膜表面大量黏附,而經(jīng)過糖基化后,膜表面黏附血小板數(shù)量明顯減少,進一步證明糖基化表面優(yōu)良的抗非特異性吸附能力.伴刀豆球蛋白(Con A)、熒光標記伴刀豆球蛋白(FL-Con A)以及熒光標記花生凝集素(F

10、L-PNA)的識別吸附以及脫吸附實驗證實了環(huán)狀葡萄糖基化聚丙烯膜表面的特異性識別能力.Con A識別實驗發(fā)現(xiàn)環(huán)狀葡萄糖基化膜表面對其具有識別能力,識別效果與糖基密度關(guān)系密切,糖基化表面對ConA表現(xiàn)出明顯的"集簇效應",而且識別過程對錳離子和鈣離子具有依賴性.FL-Con A識別實驗進一步直觀地證實了糖基化表面對特定蛋白質(zhì)的識別作用.糖基化膜表面對FL-PNA無特異性識別作用,且表現(xiàn)出抗非特異性吸附的效果,從側(cè)面證明了環(huán)狀葡萄糖基對Co