用于膜蛋白重构的精细嵌段聚合物的设计合成及性能研究

膜蛋白在生物体内扮演着非常重要的角色，决定着细胞和周围环境在纳米尺寸上的能量交换，物质传递和信息交流等。因此,体外环境中膜蛋白功能的实现是当今科学家们所极力追求的目标。目前的研究工作主要集中在膜蛋白和脂质体或聚二甲基硅氧烷体系的组装方面，但由于复合体系的稳定性较差，膜蛋白取向性不好且结构很难优化等缺点而进展有限。本项目把电荷定向诱导组装的基本模型由脂质体扩展到合成高分子体系，利用RAFT等活性聚合手段设计合成一系列的具有不同电荷密度、嵌段尺寸和玻璃化温度的嵌段聚合物，用于与膜蛋白的可控组装研究，考察用于膜蛋白功能重建的高分子组装材料的基本特征，期望建立稳定的膜蛋白-聚合物组装体系，在体外环境中实现膜蛋白的功能，从而为实现膜蛋白的功能化生物器件打下基础。

本项目通过功能聚合物用于膜蛋白（多肽）的可控组装研究，考察了适用的高分子材料的基本特征，针对膜蛋白复合体系的稳定性差、结构很难优化等问题，建立了稳定的膜蛋白-聚合物组装体系，为制备膜蛋白（多肽）的功能化生物杂化材料打下基础。为了深入理解膜蛋白与合成高分子之间的相互作用及机理，采用γ-射线辐照可控接枝聚合制备壳聚糖接枝聚磺酸甜菜碱，探讨了其用于膜多肽丙甲菌素的组装研究。接枝聚合物在水中自组装形成纳米胶束，能与膜多肽进行组装。丙甲菌素进入纳米胶束的壳和核层，并且自发形成二级螺旋结构，表现出较高的生物活性。在此基础上，进一步探讨了聚合物组装体对膜蛋白功能的影响，合成了磺酸甜菜碱-腺嘌呤温敏性聚合物纳米颗粒用于包载丙甲菌素。与聚合物组装体结合以后不仅降低了丙甲菌素的细胞毒性，还提高了它的酶切稳定性，其抗菌活性也得到了很大提高，为临床有效治疗细菌感染提供了一个新的途径。第三，通过细菌视紫红质蛋白与阳离子型聚丙烯酸二甲胺基乙酯-嵌-聚丙烯酸甲酯的重构制备生物杂化材料。嵌段聚合物可以在水中自组装成球形颗粒，细菌视紫红质膜蛋白会自发地嵌入共聚物的胶束。复合体系对聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜表面具有很好的亲和力，从而建立了一种基于膜蛋白的生物杂化薄膜材料的制备方法。最后，研究了聚乙烯基吡啶阳离子化胶体颗粒与蛋白的相互作用。通过静电作用将蛋白吸附到微球的表面，吸附能力可达~900 mg/g。使用高离子强度的缓冲溶液可以成功地将蛋白洗脱下来，为蛋白的提取和纯化建立了一个新方法。总之，本项目研究了膜蛋白组装体系及相互作用机理，为聚合物组装体系的功能化奠定了基础，预期具有良好的应用前景。