蝌蚪形蛋白质-高分子嵌段共聚物的构建及自组装

以球状蛋白为嵌段的蝌蚪形嵌段共聚物是线性高分子在球状蛋白特定位置共价结合的产物。与一般嵌段共聚物相比，具有分子量大、体积大，分子结构中含有单分散性嵌段（即蛋白质）等特点，是典型的生物高分子杂合体；同时，由于这类分子中含有生物高分子和合成高分子两种嵌段，适宜多层次、多组分自组装，并具有独特的生物功能。本项目拟构建一系列全亲水性蝌蚪形蛋白质-聚电解质嵌段共聚物，研究其自组装行为。拟以带有二硫吡啶等活性基团的小分子为引发剂，以阴离子丙烯酸系列和阳离子甲基丙烯酸氨基乙酯系列为单体，以牛血清白蛋白分子中氨基酸序列34位的半胱氨酸残基上的自由巯基为共价结合位点，采用原子转移自由基聚合技术制备分子量精确可控的新型蝌蚪形嵌段共聚物。研究这类分子的自组装过程、自组装可控性和调控规律，探讨自组装机理。为设计和构建结构确定及功能独特的新型材料提供思路；为实现这类分子多层次、多组分自组装可控性提供理指导。

蛋白质-高分子共聚物为蛋白质和合成高分子之间建起了一座理想的桥梁，既有合成高分子良好的物理性能，也具备蛋白质的复杂分级结构、自组装特性和生物功能。在该项目资助下，构建了pH敏感性牛血清白蛋白（BSA）-聚丙烯酸钠共聚物（BSA-PANa）、蝌蚪形BSA-聚N,N-二乙基丙烯酰胺（PDEAAm）嵌段共聚物（BSA-b-PDEAAm）、pH和温度双重敏感性BSA-聚甲基丙烯酸N,N二甲基氨基乙酯共聚物（BSA-PDMAEMA）以及两亲性BSA-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物（BSA-PMMA）。研究了这些蛋白质-高分子共聚物在溶液中的自组装行为以及环境刺激响应性。同时，研究了球状蛋白与壳聚糖在溶液中的自组装行为。并提出了相关自组装机理，为研究蛋白质-高分子共聚物的自组装行为奠定了理论基础。成功制备了蛋白质/高分子纳米微球和多层膜。采用原子转移自由基聚合（ATRP）技术制备了分子量可控和末端功能化的合成高分子，为进一步与蛋白质的共价结合奠定了基础。随后，确定了构建蝌蚪形和多臂蛋白质-高分子共聚物的制备方法。它们在溶液中的自组装行为受到蛋白质和高分子链段的影响，呈现不同的自组装结构。这类巨型大分子的环境刺激响应性是蛋白质和高分子协同作用的结果。自组装机理研究涉及蛋白质和合成高分子的聚集态结构，自组装机理复杂。