[发明专利]冷等离子体条件下生物分子自组装制备膜材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体物理、化学、生物科学和材料科学等技术领域。尤其是一种冷等离子体条件下生物分子自组装制备膜材料的方法。

背景技术

分子自组装是自然界，特别是生命体系内，最普遍的一种现象，是生命科学最本质的内容之一，多肽、DNA、蛋白质、细胞乃至生命的形成都是通过自组装来实现的。所谓分子自组装，就是分子通过短程作用力，比如范德华力、氢键、静电相互作用、疏水作用等，排列组装成为纳米或微米尺度的有序结构。开展分子自组装的研究具有重要意义，它有助于人们从分子水平上认识自然界中生命的形成和演变过程，并为人们提供新的思路，帮助人们开展生物医学基础研究、新材料合成及分子器件研制等。

近年来生物分子自组装逐渐成为材料学和生物医学等领域的研究热点。生物分子自组装制备的材料既保持了生物分子的生物功能，同时又可为催化、生物传感器、信息电子、药物控制释放和组织工程支架材料等领域的发展提供了微型化和智能化的材料。控制材料的形貌可以满足不同应用对于材料的要求。另外，生物分子自组装被认为是许多疾病的病源，例如老年痴呆症、帕金森病以及疯牛病。探索新的技术以控制生物分子自组装材料的形貌有助于寻找更好的治疗这些疾病的方法。目前已有的控制生物分子自组装材料形貌的方法主要包括：改变生物分子的结构、改变生物分子溶液的浓度和pH值以及向生物分子溶液中添加其他助剂。例如，Mehta等在Journal of American Chemical Society，130(2008)，9829-9835一文中提到，当溶液pH值为2的时候，多肽自组装的产物是纳米管，但是当溶液pH值为6～7的时候，其产物为纤维。又如，Santoso等在Nano Letters，2(2002)，687-691一文中提到生物分子自组装材料的形貌可以由生物分子链的长度来控制。这些方法虽然能够有效的控制材料的形貌，但是他们或是非常复杂或是需要有毒化学品。现在急需寻找简单、有效而又环境友好的技术来控制生物分子自组装材料的形貌。

生物膜在生命发展中发挥着重要作用。如植物叶绿素的光合作用，太阳光的光电子由细胞膜承载、传递、实现细胞中的能量转换，从而调制植物的生长发育。生物膜是具有信息识别、信包储存、信息转移和催化功能的新型功能材料，在生物传感器、分子器件、医用生物材料、高效多功能催化材料、微反应器等方面具有广阔的应用前景。例如，Caruso等在Langmuir，16(2000)，1485-1489一文中在酶晶体表面组装制备了聚电解质膜，他们发现包裹后的酶胶囊的外壁具有可渗透性，小分子底物可以自由出入，这为微反应器的开发和药物缓释体系的研究提供了新思路。目前应用最为广泛的制取生物膜的方法是连续沉积法。在连续沉积法中，除了生物分子之外，还要选取一种带有与生物分子所带电荷符号相反的电荷的试剂或者聚合物材料，将该试剂或者聚合物材料与生物分子进行交替连续的沉积。连续沉积法在很大程度上依赖于正负电荷之间的静电作用，这使得试剂或者聚合物材料的选取以及生物分子溶液的pH值、浓度等的调节变得非常的不方便。另外，还有一些其他的制备生物分子膜的方法，但是这些方法也是极其复杂。例如，Anzai等在Langmuir，16(2000)，2851-2856一文中叙述了酶自组装制备膜的方法。他们首先选取一个石英片，接着用硫酸和铬酸清洗石英片，清洗过的石英片再用双氯双甲基硅烷的甲苯溶液在室温下处理12小时，然后依次用甲苯、丙酮和蒸馏水清洗石英片，接下来将清洗过的石英片在异硫氰酸荧光素改进的刀豆球蛋白A(FITC-Con A)溶液中浸渍1个小时，然后用PBS缓冲溶液清洗，最后将石英片在酶溶液中浸渍1个小时，如此重复10次，可制得膜材料。又如，Lang等在Journal of Physical Chemistry，103(1999)，11393-11397中叙述了DNA分子自组装制备膜材料的过程。他们首先选取一个用铬酸清洗过的石英片，将清洗后的石英片在聚乙烯亚氨溶液中浸渍2分钟，干燥，接下来将石英片在DNA溶液中浸渍1分钟，取出石英片，用蒸馏水清洗，干燥，然后再将石英片浸渍在聚丙烯胺盐酸盐溶液中1分钟，取出石英片，用蒸馏水清洗，干燥，如此重复，可制得DNA膜。可见这些方法过程繁琐，操作复杂，条件苛刻且不易控制，且使用有机溶剂，所使用的有机溶剂中有些具有很高的毒性。