溶胶—凝胶法固定生物活性物质的研究进展

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1、维普资讯http://www.cqvip.comVo】．21高等学校化学学报NO．52()00年5月CHEM】CAIJOURNAI[)FCHINESEUNIVERS1TIESs5～680[综合评述]溶胶一凝胶法固定生物活性物质的研究进展张宇陈年友朱龙根(=)6午／，¨(南京大学配位忧军丽，一百新再国家重点实验室，南京210093’仗Dj，一／扫1摘要综述了近年来溶胶凝胶(s。1一g1)技术在生物活性物质固定化方面的应用和进展．蛋白质、酶、抗体(抗原)、细胞及微生物均可被包埋于s。l—gel玻璃中·包埋后，这些生物活性物质仍保持其生物活性和光谱／／L薹关中黧键国分

2、词类号塾：0g!64琏8．17包一埋；，罨生文物献活标性识物码质A糟譬文章誊编号TOt251一0力790(2o∞蘸f石_一o67506，『：J磊一是枣聋季现代科学技术的进步给材料科学的发展和应用带来lr新的机遇和挑战．生物材料由于其独特的生物、物理和化学性能而成为材料科学的研究热点．设法将有生物括性的物质固定化是生物材料开发和利用中的重要课题，常用的方法是将其通过物理吸附或共价连接固定于固体基质上口]．但是物理吸附的稳定性较差，被吸附物质容易脱附而返回溶液中；共价连接往往导致蛋白质结构的改变及酶括力下降]，近年来发展起来的Solgel法将蛋白质和酶等生物活性物质

3、包埋于多L的光学通透性玻璃中，为生物活性物质的固定化提供了一条新途径。．Sol—gel过程条件温和，适用范围广泛，包埋于Solgel玻璃中的生物括性物质可以保持其结构、活性和功能，而且小分子还可以通过Solgel玻璃的孔道与生物活性物质接触．另外，Sol—gel玻璃的孔大小具有一定的可调性¨，这进步提高了生物化学反应的选择性．1Sol—gel过程及其对生物分子的包埋solgel过程包括溶胶的形成(So1)、溶胶的凝胶化为湿凝胶(Ge1)和湿凝胶的干燥等几个步骤_5，(1)水解、缩合而形成溶胶：绝大部分Sol—gel技术是用低分子量的金属烷氧基化合物[如M(0R)

4、，M为si，A1，Ti等，其中使用得最多的是Si；R为甲基、乙基、异丙基等]作为前驱体(precursor)和水反应．由于硅氧烷和水不互溶，通常加入相应的醇作为共溶剂．溶胶形成的化学反应有3种类型：酯的水辫、硅羟基之问的缩合、硅羟基与酯的缩合．(2)凝胶化：在缩聚的初始阶段，胶体粒子表面负电荷之间的排斥作用使胶粒稳定．但随着水辫和聚合过程的进行，水被消耗，溶剂蒸发，胶粒浓度随之增大，使这种稳定作用减弱从而发生凝胶化．(3)干燥和老化：在凝胶化的最后阶段，随着水和溶剂的挥发，毛细管力使凝胶网络聚集而发生收缩．此时往往会发生凝胶的干裂+Hench等建议在Solgel

5、过程中加入一些表面括性剂如曲拉通·x(Triton—x)以防止这种现象发生．乙醇能使生物分子变性而导致括性降低，甲醇的极性和水相近，在甲醇溶液中的生物分子失括程度比在乙醇溶液中小得多．因而在进行生物分子包埋时，通常选择甲醇为共溶剂，四甲氧基硅烷(TMOS)为前驱体．最近改进的不用共溶剂而用超声分散的方法能够使前驱体和水充分混合，进一步克服了溶剂的影响．TMOS和水的反应是惰性的，酸催化可以加速反应的进行t因此在由TMOS水解制溶胶时常用盐酸作为催化剂以加快水解反应的进行，但高酸性不利于生物分子的稳定存在．解决收稿日期：1999—09—30基金项目：国家自然科学基

6、金f批准号：g98R3001)资助课题联系人简介：朱龙根(1940年出生)，男，教授，从事生物无机化学研究现在湖北省黄同师范学院工作，南京大学配位化学研究所访问学者．维普资讯http://www.cqvip.com高等学援化学学报这一问题的途径是先将水解得到的溶胶和缓冲溶液混合并调至合适的酸度，再将生物活性物质与其混合均匀，这样既可以防止生物活性物质的失活，也可以控制凝胶化的速度．2Sol—gel法包埋蛋白质分子Ellerby等最先利用Solgel法包埋蛋白质，通过Solgel过程成功地将细胞色素C(Cyt，C)、铜锌超氧化物歧化酶(CuZnSOD)、肌红蛋白(

7、Mb)包埋于透明的二氧化硅玻璃中，并研究其生物学活性，血红素蛋白(Hemeprotein)具有特征的光谱性质和对NO，CO，O。等小分子的键台能力，成为近年来研究Sol—gel法包埋对蛋白质性质影响的主要代表化合物，对肌红蛋白和血红蛋白(Hb)的光谱研究表明，包埋于Sol—gel玻璃中的蛋白质的吸收光谱与水溶液中的基本相同．处于孔穴中的蛋白质仍具有对小分子(如NO．CO，Oz)的键台能力，键合后的uV—Vis光谱形状和位置也与在水溶液中的基本一致(图1)”．《／nm^／nmFig、1Opticalspectra0fMetMb，MbCOandMbNOinsolut

8、ionandinsol·