[發明專利]冷等離子體條件下生物分子自組裝制備膜材料的方法

有效

• 申請號: 201110228651.2
• 申請日: 2011-08-10
• 公開（公告）號: CN102671850A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 劉昌俊;潘云翔;于越
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B05D7/24
• 分類號: B05D7/24;B82Y5/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及等離子體物理、化學、生物科學和材料科學等技術領域。尤其是一種冷等離子體條件下生物分子自組裝制備膜材料的方法。

背景技術

分子自組裝是自然界，特別是生命體系內，最普遍的一種現象，是生命科學最本質的內容之一，多肽、DNA、蛋白質、細胞乃至生命的形成都是通過自組裝來實現的。所謂分子自組裝，就是分子通過短程作用力，比如范德華力、氫鍵、靜電相互作用、疏水作用等，排列組裝成為納米或微米尺度的有序結構。開展分子自組裝的研究具有重要意義，它有助于人們從分子水平上認識自然界中生命的形成和演變過程，并為人們提供新的思路，幫助人們開展生物醫學基礎研究、新材料合成及分子器件研制等。

近年來生物分子自組裝逐漸成為材料學和生物醫學等領域的研究熱點。生物分子自組裝制備的材料既保持了生物分子的生物功能，同時又可為催化、生物傳感器、信息電子、藥物控制釋放和組織工程支架材料等領域的發展提供了微型化和智能化的材料?？刂撇牧系男蚊部梢詽M足不同應用對于材料的要求。另外，生物分子自組裝被認為是許多疾病的病源，例如老年癡呆癥、帕金森病以及瘋牛病。探索新的技術以控制生物分子自組裝材料的形貌有助于尋找更好的治療這些疾病的方法。目前已有的控制生物分子自組裝材料形貌的方法主要包括：改變生物分子的結構、改變生物分子溶液的濃度和pH值以及向生物分子溶液中添加其他助劑。例如，Mehta等在Journal?of?American?Chemical?Society，130(2008)，9829-9835一文中提到，當溶液pH值為2的時候，多肽自組裝的產物是納米管，但是當溶液pH值為6～7的時候，其產物為纖維。又如，Santoso等在Nano?Letters，2(2002)，687-691一文中提到生物分子自組裝材料的形貌可以由生物分子鏈的長度來控制。這些方法雖然能夠有效的控制材料的形貌，但是他們或是非常復雜或是需要有毒化學品。現在急需尋找簡單、有效而又環境友好的技術來控制生物分子自組裝材料的形貌。

生物膜在生命發展中發揮著重要作用。如植物葉綠素的光合作用，太陽光的光電子由細胞膜承載、傳遞、實現細胞中的能量轉換，從而調制植物的生長發育。生物膜是具有信息識別、信包儲存、信息轉移和催化功能的新型功能材料，在生物傳感器、分子器件、醫用生物材料、高效多功能催化材料、微反應器等方面具有廣闊的應用前景。例如，Caruso等在Langmuir，16(2000)，1485-1489一文中在酶晶體表面組裝制備了聚電解質膜，他們發現包裹后的酶膠囊的外壁具有可滲透性，小分子底物可以自由出入，這為微反應器的開發和藥物緩釋體系的研究提供了新思路。目前應用最為廣泛的制取生物膜的方法是連續沉積法。在連續沉積法中，除了生物分子之外，還要選取一種帶有與生物分子所帶電荷符號相反的電荷的試劑或者聚合物材料，將該試劑或者聚合物材料與生物分子進行交替連續的沉積。連續沉積法在很大程度上依賴于正負電荷之間的靜電作用，這使得試劑或者聚合物材料的選取以及生物分子溶液的pH值、濃度等的調節變得非常的不方便。另外，還有一些其他的制備生物分子膜的方法，但是這些方法也是極其復雜。例如，Anzai等在Langmuir，16(2000)，2851-2856一文中敘述了酶自組裝制備膜的方法。他們首先選取一個石英片，接著用硫酸和鉻酸清洗石英片，清洗過的石英片再用雙氯雙甲基硅烷的甲苯溶液在室溫下處理12小時，然后依次用甲苯、丙酮和蒸餾水清洗石英片，接下來將清洗過的石英片在異硫氰酸熒光素改進的刀豆球蛋白A(FITC-Con?A)溶液中浸漬1個小時，然后用PBS緩沖溶液清洗，最后將石英片在酶溶液中浸漬1個小時，如此重復10次，可制得膜材料。又如，Lang等在Journal?of?Physical?Chemistry，103(1999)，11393-11397中敘述了DNA分子自組裝制備膜材料的過程。他們首先選取一個用鉻酸清洗過的石英片，將清洗后的石英片在聚乙烯亞氨溶液中浸漬2分鐘，干燥，接下來將石英片在DNA溶液中浸漬1分鐘，取出石英片，用蒸餾水清洗，干燥，然后再將石英片浸漬在聚丙烯胺鹽酸鹽溶液中1分鐘，取出石英片，用蒸餾水清洗，干燥，如此重復，可制得DNA膜。可見這些方法過程繁瑣，操作復雜，條件苛刻且不易控制，且使用有機溶劑，所使用的有機溶劑中有些具有很高的毒性。