生物高分子微球簡介
時間:2005-06-13
高分子微球以其分子結構的可設計性吸引了越來越多的科學工作者的興趣，進而更加快了其開發應用的步伐。美國等西方發達國家在這一研究領域起步較早，技術力量已相當強。日本在這一研究領域中投入大量人力和財力，獲得了眾多的成果與專利。近年來我國也有不少的科研人員開始從事該領域的研究，并取得了一定的成果，但總的來說與國外相比仍有差距。
高分子微球可以通過選擇聚合單體和聚合方式從分子水平上來設計合成和制備，并且可以比較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與功能。這種微觀結構和性能的可設計性，使得高分子微球在對材料特性要求較高的生物醫學領域中顯示出巨大的發展潛力。本文擬對近幾年來報道的幾種核-殼復合型高分子微球制備方法以及高分子微球在生物技術和醫學診治方面的應用加以綜述。
微球在生物技術中的應用
1 細胞功能測定
利用某些細胞(如巨噬細胞)對具有某種特定結構的異物的吞噬作用來測定細胞的功能。Wagner等發現顆粒狀白血球細胞對聚苯乙烯(PS)微球和表面用血清蛋白覆蓋的PS微球具有不同的吞噬能力，其中PS微球較容易被吞噬，從而可通過比較細胞對微球異物的吞噬能力來判斷該細胞功能正常與否。具體方法是在微球上導入發色團，通過測定其發光度的變化加以判斷。張文軍等用有封閉活性的抗鈣粘蛋白(N-cadherin)單抗包被的PS微球與表達鈣粘蛋白的人胚肺細胞接觸后，誘導細胞膜上的鈣粘蛋白聚集在微球周圍。通過分子免疫熒光定位分析，揭示細胞內粘著斑分子間相互作用的鏈條關系及相關的信號通路。這是一種將細胞內蛋白質定位與功能研究有機結合的新技術。
2 生物大分子的純化分離
利用高分子微球對生物大分子的吸附/解吸來達到純化分離的目的。PNIPAAm微球在其LCST上下流體動力學尺寸和親水/疏水性發生變化，這種熱敏特性已被用來純化分離一些生物大分子，如肌紅蛋白(MG)、a-乳清蛋白(LA)、溶菌酶(LZ)和核糖核酸酶A(RNase)等。將含熱敏性PNIPAAm的微球在溫度低于LCST條件下加入到待分離的生物大分子(如蛋白質)混合液中,此時微球因水合作用而膨脹，然后升溫至LCST以上，微球又因脫水而收縮，于是大量的生物大分子就吸附到微球上。將微球分離出來后，再在LCST 以下將吸附在微球上的生物大分子解吸下來。如此反復操作，即可達到分離純化生物大分子的目的。
3 核酸雜交的固定
將固定在固相載體上的核酸作為探針進行核酸雜交在核酸技術中占有十分重要的地位。其原理是，固定化的單鏈核酸在溶液中與具有互補堿基序列的多核苷酸片段冷卻時形成雙螺旋結構，從而達到對特定DNA的檢測和序列分析的目的。姚萍等將寡聚核苷酸的5'端定向聯接到或直接將單鏈的DNA的5′端聯接到表面帶有甲胺基(-CH2NH2)官能團的PS微球上，制得了長鏈的DNA探針。這種探針在較高溫度下仍有相當高的聯接效率。所以功能化的高分子微球是一種較為理想的核酸雜交的固定載體。
4 酶的固定化
把酶固定在微球上有物理吸附和化學結合兩種方式。通常化學結合有由共價鍵偶聯和由多功能基化合物交聯等，而直接的物理吸附力比較弱，通常還需用雙功能基化合物(如戊二醛，e-氨基己酸等)交聯。固定在功能性微球上的酶不僅具有較高的pH穩定性，熱穩定性和貯存穩定性，而且易與反應物分離，可以重復使用，提高使用效率。同時，多酶聯合固定化的微球可以促進多酶反應。柏正武等用聚丁二酰亞胺和3-氨基丙基硅膠制得微球，用作固定化酶的載體，其中聚丁二酰亞胺和3-氨基丙基硅膠之間以共價鍵相連，這種酶的固定化實用性強，便于工業化。
高分子微球具有微觀材料的諸多優點，如體積效應、表面效應等。其微觀可設計性使之在生物醫學中的應用得到了飛速發展，從而極大地推動了生物技術和醫療水平的迅速提高。高分子與金屬、陶瓷等其它材料結合的新型復合型功能微球和兼有熱、光、壓力、磁、pH等多響應性的功能高分子微球的研究開發也將進一步展現其應用潛力，如具有生物醫用功能的磁性高分子微球，由于其能在外加磁場的作用下方便快捷地分離出來而倍受青睞。
