生物高分子微球简介
时间:2005-06-13
高分子微球以其分子结构的可设计性吸引了越来越多的科学工作者的兴趣,进而更加快了其开发应用的步伐。美国等西方发达国家在这一研究领域起步较早,技术力量已相当强。日本在这一研究领域中投入大量人力和财力,获得了众多的成果与专利。近年来我国也有不少的科研人员开始从事该领域的研究,并取得了一定的成果,但总的来说与国外相比仍有差距。
高分子微球可以通过选择聚合单体和聚合方式从分子水平上来设计合成和制备,并且可以比较方便地控制其尺寸的大小和均一性,使之具有所需要的特定性能与功能。这种微观结构和性能的可设计性,使得高分子微球在对材料特性要求较高的生物医学领域中显示出巨大的发展潜力。本文拟对近几年来报道的几种核-壳复合型高分子微球制备方法以及高分子微球在生物技术和医学诊治方面的应用加以综述。
微球在生物技术中的应用
1 细胞功能测定
利用某些细胞(如巨噬细胞)对具有某种特定结构的异物的吞噬作用来测定细胞的功能。Wagner等发现颗粒状白血球细胞对聚苯乙烯(PS)微球和表面用血清蛋白覆盖的PS微球具有不同的吞噬能力,其中PS微球较容易被吞噬,从而可通过比较细胞对微球异物的吞噬能力来判断该细胞功能正常与否。具体方法是在微球上导入发色团,通过测定其发光度的变化加以判断。张文军等用有封闭活性的抗钙粘蛋白(N-cadherin)单抗包被的PS微球与表达钙粘蛋白的人胚肺细胞接触后,诱导细胞膜上的钙粘蛋白聚集在微球周围。通过分子免疫荧光定位分析,揭示细胞内粘着斑分子间相互作用的链条关系及相关的信号通路。这是一种将细胞内蛋白质定位与功能研究有机结合的新技术。
2 生物大分子的纯化分离
利用高分子微球对生物大分子的吸附/解吸来达到纯化分离的目的。PNIPAAm微球在其LCST上下流体动力学尺寸和亲水/疏水性发生变化,这种热敏特性已被用来纯化分离一些生物大分子,如肌红蛋白(MG)、a-乳清蛋白(LA)、溶菌酶(LZ)和核糖核酸酶A(RNase)等。将含热敏性PNIPAAm的微球在温度低于LCST条件下加入到待分离的生物大分子(如蛋白质)混合液中,此时微球因水合作用而膨胀,然后升温至LCST以上,微球又因脱水而收缩,于是大量的生物大分子就吸附到微球上。将微球分离出来后,再在LCST 以下将吸附在微球上的生物大分子解吸下来。如此反复操作,即可达到分离纯化生物大分子的目的。
3 核酸杂交的固定
将固定在固相载体上的核酸作为探针进行核酸杂交在核酸技术中占有十分重要的地位。其原理是,固定化的单链核酸在溶液中与具有互补碱基序列的多核苷酸片段冷却时形成双螺旋结构,从而达到对特定DNA的检测和序列分析的目的。姚萍等将寡聚核苷酸的5'端定向联接到或直接将单链的DNA的5′端联接到表面带有甲胺基(-CH2NH2)官能团的PS微球上,制得了长链的DNA探针。这种探针在较高温度下仍有相当高的联接效率。所以功能化的高分子微球是一种较为理想的核酸杂交的固定载体。
4 酶的固定化
把酶固定在微球上有物理吸附和化学结合两种方式。通常化学结合有由共价键偶联和由多功能基化合物交联等,而直接的物理吸附力比较弱,通常还需用双功能基化合物(如戊二醛,e-氨基己酸等)交联。固定在功能性微球上的酶不仅具有较高的pH稳定性,热稳定性和贮存稳定性,而且易与反应物分离,可以重复使用,提高使用效率。同时,多酶联合固定化的微球可以促进多酶反应。柏正武等用聚丁二酰亚胺和3-氨基丙基硅胶制得微球,用作固定化酶的载体,其中聚丁二酰亚胺和3-氨基丙基硅胶之间以共价键相连,这种酶的固定化实用性强,便于工业化。
高分子微球具有微观材料的诸多优点,如体积效应、表面效应等。其微观可设计性使之在生物医学中的应用得到了飞速发展,从而极大地推动了生物技术和医疗水平的迅速提高。高分子与金属、陶瓷等其它材料结合的新型复合型功能微球和兼有热、光、压力、磁、pH等多响应性的功能高分子微球的研究开发也将进一步展现其应用潜力,如具有生物医用功能的磁性高分子微球,由于其能在外加磁场的作用下方便快捷地分离出来而倍受青睐。