高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的模型化研究*

劉春杰 趙新軍? 高志福 蔣中英

1) (伊犁師范大學，新疆凝聚態相變與微結構實驗室，伊寧 835000)

2) (伊犁師范大學，微納電傳感器技術與仿生器械實驗室，伊寧 835000)

3) (中國科學院，新疆烏魯木齊天文臺，烏魯木齊 830011)

本文基于擴散動力學,建立了一種新的理論模型研究高分子混合刷在蛋白質吸附/脫附過程中的動力學特性.理論模型考慮高分子混合刷中一種高分子鏈 (P-高分子鏈)對蛋白質的吸附,另一種高分子鏈 (N-高分子鏈)對蛋白質的脫附,以及吸附/脫附的時滯性.通過選取模型中各參數值,獲得了具有不同化學、物理性質的高分子混合刷對蛋白質的部分吸附/脫附、完全吸附/脫附,以及周期性吸附/脫附的動力學特性.研究發現,由于外加交變電場的作用,高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附過程呈現出周期性循環的動力學特性,并且平均吸附、脫附量增加.本文理論結果符合實驗觀測.可以預言,外加交變電場可實現高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附的多次循環,為設計吸附/脫附蛋白質的高分子混合刷納米材料提供必要的參考和新方案.

1 引言

蛋白質吸附在設計生物材料和生物醫學科學應用中具有重要意義,蛋白質吸附往往是一種自發且幾乎不可逆的現象[1?4],然而,蛋白質的脫附對于設計抗污材料以及組織移植也至關重要.應用高分子混合刷不僅可以吸附大量的蛋白質,而且可以通過調控外部刺激(pH、離子強度、溫度、光、溶劑等)實現對蛋白質的脫附[5?7].

Delcroix 等[8]通過接枝中性高分子 PEO 與聚電解質高分子 PAA(聚丙烯酸),設計合成了PEO/PAA 混合刷,定量確定了 PEO/PAA 混合刷對蛋白質的吸附/脫附特性,他們的研究發現,86% 被 PAA 鏈吸附的蛋白質會被 PEO 脫附.Bratek-Skicki 等[9]通過改變 PEO/PAA 混合刷內的 pH、離子強度,調控了 PAA 的構象以及帶電特性.研究發現,伸展的 PAA 鏈可以吸附大量的蛋白質,而 PEO 高分子鏈則通過構象改變使吸附在 PAA 鏈內的蛋白質脫附.應用高分子混合刷實現對蛋白質的吸附/脫附,為分離技術、生物傳感和納米醫學的發展,提供了極大的幫助.Pan 等[10]利用 PMOXA(聚 2-甲基–2-唑啉)優異的抗蛋白質特性,設計合成了 PMOXA/PAA 混合刷,研究發現,通過適當調節 pH、離子強度和高分子鏈長,該混合刷中被 PAA 吸附的牛血清白蛋白(BSA)幾乎可以被 PEO 完全脫附.高分子混合刷不僅可以在很大程度上對蛋白質吸附/脫附,而且對蛋白質的吸附/脫附性是高度可切換的.因此,應用兩種不同性質的高分子設計的高分子混合刷,不僅可以選擇性地吸附和脫附蛋白質,更重要的是高分子混合刷可以周期性地實現對蛋白質的吸附/脫附循環.深刻理解高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附特性,對于設計相關材料是非常重要的.Halperin[11]基于平衡態熱力學構建了高分子刷抵抗蛋白質吸附的理論模型,揭示了在高分子刷吸附蛋白質的過程中,短程吸引力占主導地位,由于范德華吸引力,高分子刷對蛋白質還會出現二次吸附現象,較大的接枝密度會抑制蛋白質的吸附.Fang 等[12]基于擴散動力學方程研究了均聚物高分子刷對蛋白質吸附/脫附的動力學特性,研究發現,高分子刷對蛋白質吸附/脫附的時間決定于高分子吸附蛋白質的動力學勢壘,解吸動力學非常緩慢并且以非單調方式依賴于高分子鏈長.Su 等[13]應用分子場理論研究了高分子刷的構象轉變、接枝密度、刷的高度等對高分子刷吸附/脫附蛋白質的影響,為設計吸附/脫附蛋白質的高分子刷提供了參考.此外,球盒模型(spherical box model)[14]、自洽場理論[15]、密度泛函理論[16]等已被廣泛用于深入分析高分子刷對蛋白質的吸附特性,確定了決定高分子刷吸附蛋白質的影響因素(例如 pH、離子強度、分子鏈長等).

雖然之前的理論[12?17]在研究高分子刷吸附/脫附蛋白質方面已經取得了重要的成果,但其更多是側重研究均聚物高分子刷對蛋白質的吸附/脫附特性,均聚物刷中的高分子鏈依靠自身化學物理性質的改變(例如帶電特性、構象轉變),實現對蛋白質的吸附/脫附.相比均聚物刷,高分子混合刷則是一種高分子鏈吸附蛋白質,另一種高分子鏈脫附蛋白質,是由兩種高分子鏈分別實現對蛋白質的吸附與脫附.高分子混合刷中由于是兩種高分子鏈不同時間對蛋白質吸附/脫附,這樣兩種高分子鏈對蛋白質的吸附與脫附存在時滯性,此外,高分子混合刷中兩種高分子鏈的構象可以周期性切換,從而可以實現周期性地對蛋白質的吸附/脫附循環,并且具有較高的吸附/脫附率[8?10].因此,高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的動力學過程顯著不同于均聚物高分子刷.之前研究高分子刷對蛋白質吸附/脫附的理論模型[12?17],大多建立在平衡態或近平衡態熱力學基礎之上,并且研究的體系僅是均聚物高分子刷對蛋白質的吸附/脫附,無法獲得高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附隨時間演化的動力學特性,也不能預言高分子混合刷對蛋白質新的吸附/脫附特性.在本文中,我們將建立新的高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附理論模型,研究高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附的動態過程,預言新的吸附/脫附特性,為設計吸附/脫附蛋白質的高分子混合刷納米材料提供必要的參考和新方案.

2 理論模型

我們考慮高分子混合刷由兩種高分子鏈(P-高分子鏈和 N-高分子鏈)接枝而成,其中 P-高分子鏈通常是聚電解質鏈,通過改變外界刺激 (pH、離子強度等),伸展的聚電解質鏈吸附蛋白質;N-高分子鏈為中性高分子,中性高分子往往對蛋白質具有排斥作用,使得吸附在 P-高分子鏈上的蛋白質脫落,即:脫附蛋白質.圖1 為由 P-高分子鏈和 N-高分子鏈接枝而成的高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附模型示意圖.

圖1 高分子混合刷吸附蛋白質和脫附蛋白質系統 (a)吸附;(b)脫附Fig.1.Schematic diagrams of adsorption and desorption of protein by a mixed polymer brush:(a) Adsorption;(b) desorption.

本文模型考慮無外場作用和外加電場作用兩種情況下,高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的動力學特性.

2.1 無外場作用下高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的動力學模型

基于擴散動力學[18,19],高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的動力學方程為

(1)式 中 ρpro,bulk表示溶液中蛋白質的分子數密度,ρpro,ads(t) 與 ρpro,des(t) 分別表示吸附在 P-高分子鏈內蛋白質的分子數密度,以及 N-高分子鏈從 P-高分子鏈上脫附的蛋白質分子數密度.(1)式中右側第一項、第二項表示了P-高分子鏈吸附蛋白質的增量,第三項反映了P-高分子鏈上吸附的蛋白質,由于被 N-鏈脫附而導致吸附的蛋白質量減少.其中 kbulk和為吸附參數,是脫附參數,可表示為:其中=D/(αLP) 為吸附系數,為脫附系數,Dα=D/α表示蛋白質穿過勢壘的擴散速率,LP與 LN是高分子混合刷內 N、P-高分子鏈的平均高度[11,13].β表示 1/kBT,Uads表示 P-高分子鏈吸附蛋白質勢壘,Udes表示 N-高分子鏈脫附蛋白質勢壘[11].吸附勢壘 Uads與脫附勢壘 Udes描述了高分子刷對蛋白質吸附、脫附的難易程度,在一定程度上暗含了P-高分子鏈吸附蛋白質的能量耗散.并且勢壘隨著時間、蛋白質與高分子單體間的距離變化.因此,Udes與 Uads具體的力場函數形式是非常復雜的,考慮到高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附的短暫性以及近距離吸附特性,可以將 Udes與 Uads近似取值為常數形式.(1)式 中右邊最后項描述了由于P-高分子鏈吸附蛋白質量的增多,再吸附能力的減弱.N-高分子鏈對蛋白質的脫附應該取決于吸附在P-高分子鏈中的蛋白質量、吸附/脫附勢壘,以及與 N-高分子鏈的構象、長度等相關的化學物理性質,(2)式 中右邊各項描述了 N-高分子鏈對蛋白質的脫附特性,τ 和 τ′表示吸附、脫附的時滯性,其右邊第二項在一定程度上暗含了N-高分子鏈脫附蛋白質的漲落耗散.(3) 式表示了體系中總的蛋白質量應該滿足的約束條件.

2.2 外加電場作用下高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的動力學模型

Weir 等[20]通過外加電場來控制弱聚電解質刷的構象轉變,發現外加電場可顯著地改變刷內聚電解質鏈的構象行為.Dunderdale 和Fairclough[21]發現,通過外加電場結合 pH 可以使得高分子刷的構象呈現塌縮-溶脹的周期循環轉變.高分子鏈構象的轉變與高分子混合刷吸附/脫附蛋白質密切相關,因此我們設想可以通過外加電場,調控高分子混合刷的構象轉變行為,進而更好地實現對蛋白質的吸附/脫附.與其他外界刺激相比,電場不僅有可能容易地實現高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的多次循環,而且還有利于遠程控制和完全自動化.

我們考慮通過外加電場的方式來調控高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附特性的影響,電場可以誘導聚電解質刷的構象轉變,從而影響高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附.實驗[8?10]設計高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附,高分子混合刷由聚電解質鏈和中性高分子鏈接枝而成,外加電場主要用來調控聚電解質鏈(P-高分子鏈)對蛋白質吸附,對中性高分子鏈沒有影響,(1) 式描述了高分子混合刷由聚電解質鏈對蛋白質的吸附,考慮高分子混合刷對蛋白質吸附作用中的交變電場效應,混合刷吸附/脫附蛋白質的動力學方程組為:

(4) 式中 E 表示單位時間內的電場強度,除電場強度 E 外,(4)—(6) 式中其余變量、參數與2.1 節中(1)—(3) 式相同.Fang 等[12]和 Su 等[13]已經通過擬合實驗數據,確定了均聚物高分子刷吸附/脫附蛋白質模型參數,鑒于Fang 等[12]和 Su 等[13]的工作,可以確定本文模型中的部分參數.我們也通過對比已有的實驗結果[8?10],檢測參數設置的合理性,以便更好地描述高分子混合刷吸附/脫附蛋白質過程.

3 結果與討論

3.1 無外場作用下高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的動力學特性

在高分子混合刷吸附/脫附蛋白質過程中,高分子鏈的化學(吸附/脫附勢壘)、物理特性(分子鏈的構象、刷的結構、高度等)會對高分子混合刷吸附/脫附蛋白質產生很大的影響.基于模型方程組(1)—(3)式,選取不同的參數即可描述不同化學、物理特性的高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的動力學行為.

圖2 呈現了高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的密度隨時間演化的動力學關系,其中參數選擇為:ρpro,bulk=0.4,Dα=800.5 nm· s?1,LP=LN=100 nm,βUads=8.5,βUdes=1.5,可以看出,隨著時間的演化,高分子混合刷內吸附的蛋白質量很快地增加,隨著吸附量的增大,脫附隨即開始,吸附/脫附的蛋白質量均呈現了增長的趨勢.由此對應了高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的初始過程中,P-高分子鏈伸展并開始了蛋白質的吸附,在很短的時間內有大量蛋白質被吸附在 P-高分子鏈內,幾乎與此同時,N-高分子鏈也開始了伸展,隨即伴隨著對吸附在 P-高分子鏈內的蛋白質脫附.由于兩種高分子鏈伸展過程中對蛋白質的吸附/脫附,P-高分子鏈越是吸附較多的蛋白質,N-高分子鏈對其脫附量也就越快越大.同時,N-高分子鏈脫附蛋白質量的增多也會便利 P-高分子鏈再吸附更多的蛋白質,這樣高分子混合刷吸附/脫附的蛋白質的量一開始呈現了隨時間的波動特性,對應了一開始高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附的動態過程.隨著時間的進一步演化,兩種高分子鏈伸展到各自的最大,P-高分子鏈吸附的蛋白質量達到了飽和,不再吸附更多的蛋白質,N-高分子鏈也不會再脫附更多的蛋白質,脫附的蛋白質量也趨于不變值(隨著時間的進一步演化,圖 2中吸附/脫附蛋白質量趨于穩定不變).從圖 2 中還可以看出,脫附的蛋白質量趨于不變值的同時,吸附的蛋白質量達到穩定值不變,并沒有趨近于零,由此表明了 N-高分子鏈對吸附在 P-高分子鏈內的蛋白質脫附并不完全,P-高分子鏈內吸附的蛋白質量仍然有殘存,因此,這一吸附/脫附蛋白質的過程 N-高分子鏈最終只是對吸附在 P-高分子鏈內的蛋白質實現了部分脫附.

圖2 高分子混合刷中吸附/脫附的蛋白質分子數密度隨時間演化Fig.2.The time evolutions of number densities of adsorbed/desorbed proteins in a polymer mixed brush.

當取值 ρpro,bulk=0.4,Dα=800.5 nm· s?1,LP=LN=100 nm,βUads=8.5,βUdes=1.5,時,可以獲得高分子混合刷對蛋白質的完全吸附/脫附特性,如圖3 所示.

圖3 高分子混合刷中完全吸附/脫附蛋白質分子數密度隨時間演化Fig.3.The time evolutions of number densities of fully adsorbed/desorbed proteins in a polymer mixed brush.

從圖3 呈現的高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附量隨時間演化的動力學關系可以看出,隨著時間的演化,高分子混合刷吸附的蛋白質量很快增大到最大值,然后又很快降低到極低的穩定值,而脫附的蛋白質量隨即達到了最大穩定值,由此表明,P-高分子鏈一開始很快伸展并吸附了大量的蛋白質,之后 N-高分子鏈由于其靈敏的外界刺激響應性也很快伸展,并開始脫附 P-高分子鏈中的蛋白質,之后脫附的蛋白質量很快達到了較大穩定值后不變,于是 N-高分子鏈實現了對吸附在 P-高分子鏈內的蛋白質的完全脫附.N-高分子鏈較大的鏈長、靈敏的刺激響應性,以及高分子鏈與蛋白質較低的脫附勢壘等,都有助于 N-高分子鏈對吸附在 P-高分子鏈內的蛋白質的完全脫附.相比均聚物刷,高分子混合刷中高分子鏈在側向分布較為均勻,不僅對蛋白質有較高的吸附率,而且還有顯著的脫附率.AFM 和 ToF-SIMS 分析表明[9],PEO/PAA 混合刷在 100 nm 的尺度上是側向均勻的,通過調節溶液的 pH 和離子強度,PEO/PAA 混合刷在吸附/脫附蛋白質過程中,PAA 顯示了較高的吸附能力,并且吸附的蛋白質近 90% 被 PEO 脫附.

事實上,在吸附/脫附蛋白質的過程中,由于高分子鏈化學物理性質的改變、跨越吸附/脫附勢壘過程中能量的耗散,以及刷內微環境的變化,不可避免地出現對蛋白質吸附/脫附的“疲勞”,使得高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附切換不可能無限次地循環.本文模型中脫附量由解吸附量決定,高分子混合刷中吸附/脫附的蛋白質分子數密度隨時間、吸附勢壘變化的動力學關系即可在一定程度上描述高分子鏈跨越吸附/脫附勢壘過程中能量的耗散,(2)式中右邊第二項也在一定程度上暗含了N-高分子鏈脫附蛋白質的漲落耗散.因此,考察不同 βUads與不同條件下,高分子混合刷中吸附/脫附的蛋白質分子數密度隨時間演化的動力學特性,即可在一定程度上理解高分子鏈跨越吸附/脫附勢壘過程中的能量耗散效應.

圖5 呈現了不同 βUads與不同條件下,高分子混合刷中吸附/脫附的蛋白質分子數密度隨時間演化的動力學關系.從圖5 可以看出,隨著 βUads與的增大,高分子混合刷吸附/脫附的蛋白質分子數密度隨時間演化的幅值減小,由此表明了,高分子混合刷在吸附/脫附蛋白質過程中由于耗散漲落,使得高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附出現“疲勞”,從而減弱了對蛋白質的吸附/脫附能力.較大的吸附勢壘會使得高分子鏈耗費較多的能量吸附蛋白質,在一定程度上增加了體系能量耗散,減少了高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的周期次數(圖5(a)、(b)),由此也表明了高分子與蛋白質間的相互作用能,在調節高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附過程中的關鍵作用[22].另外,高分子混合刷中聚電解質高分子鏈(P-高分子鏈)解離或質子化的不完全可逆性、刷結構的漲落效應等會改變高分子鏈的構象轉變特性[23,24],并且由于 P-高分子鏈吸附蛋白質量的增加和漲落耗散,高分子鏈的彈性隨著時間演化會顯著降低[25],這些因素也在一定程度上導致高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附能力減弱.高分子混合刷中 N-高分子鏈通過溶脹脫附蛋白質,經過多次塌縮-溶脹的構象轉變,N-高分子鏈漲落耗散增加、水和性與溫敏性的改變等,致使N-高分子鏈脫附蛋白質的能力隨著脫附次數的增多而減弱,進而也可以在一定程度上影響高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附量(圖5(c)、(d)).

圖5 不同 βUads (a)?(b) 與不同 (c)?(d) 條件下,高分子混合刷中吸附/脫附的蛋白質分子數密度隨時間演化的動力學Fig.5.The dynamics of the number density of adsorbed/desorbed protein molecules by the polymer mixed brush with time evolution at different βUads (a)?(b) and different (c)?(d).

選取不同的參數描述高分子鏈不同化學、物理特性,表1 呈現了模型中不同部分參數所對應的高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附狀態特性.

表1 不同的部分參數所對應的高分子混合刷對蛋白質吸附/解吸附的狀態特性Table 1.The state characteristics of protein adsorption/desorption by polymer mixed brushes corresponding to some different parameters.

實驗研究還發現[10],高分子鏈長的改變也會在很大程度上影響高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附特性.

圖6 在不同鏈長條件下,高分子混合刷中吸附/脫附的蛋白質分子數密度隨時間周期性演化Fig.6.The periodic evolutions of number densities of adsorbed/desorbed proteins in a polymer mixed brush at different chain lengths.

高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附的動力學特性不僅取決于刷內高分子鏈的化學、物理特性,而且還取決于高分子混合刷內的微環境,選取與高分子混合刷內的微環境相關的不同參數值 ρpro,bulk和 Dα,可以考察不同的微環境對高分子混合刷吸附/脫附蛋白質動力學特性的影響.

圖7 呈現了在不同 ρpro,bulk和 Dα條件下,高分子刷吸附/脫附蛋白質的動力學特性.從圖中可以看出,溶液中蛋白質的分子數密度、蛋白質在刷內的擴散性都會對高分子混合刷吸附/脫附蛋白質產生影響.溶液中單位體積蛋白質數量的增多,會使得高分子單體與蛋白質結合的幾率增大,P-高分子鏈吸附的蛋白質數量增加.P-鏈吸附蛋白質量增加,又伴隨著 N-鏈脫附的速率、脫附量的增大,反之亦然.另外,蛋白質在高分子混合刷內擴散性的增強,也會促進高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附,較好的擴散性,有助于高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的速率加快,吸附/脫附切換的周期性增強.

圖7 不同ρpro,bulk、Dα 條件下,高分子混合刷中吸附/脫附的蛋白質分子數密度隨時間演化關系(a)補充分圖題說明;(b);(c);(d)Fig.7.The time evolutions of number densities of adsorbed/desorbed proteins in a polymer mixed brush at different ρpro,bulk and Dα:(a);(b);(c);(d).

雖然高分子鏈化學、物理性質,以及微環境的改變都可以影響高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附,但很難從根本上改變高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附的“疲勞”現象(圖4—圖6 中吸附/脫附蛋白質的周期性幅值隨時間演化逐漸減小).雖然通過調節 pH、鹽離子強度[9]、溫度[26]等外界刺激,高分子混合刷內兩種高分子鏈各自可以實現蜷縮-伸展的周期轉變,兩種高分子鏈周期性的構象轉變即可實現對蛋白質吸附/脫附的周期性循環,但由于高分子混合刷內高分子鏈的疲勞或者體系當中能量的耗散,以及高分子自身化學特性改變的不可逆性(聚電解質的解離、質子化,以及出現疲勞耗散等),使得高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附的周期性切換不可能永遠持續.由此表明,高分子混合刷依靠系統的自組織、自調控很難永久性地實現對蛋白質的吸附/脫附循環.為了能夠盡可能重復多次地使高分子混合刷吸附/脫附蛋白質,可以外加刺激條件,改變高分子混合刷的構象和結構特性,從而使其能夠多次實現對蛋白質的吸附/脫附循環.

3.2 外加電場作用下高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的動力學特性

通過外加電場刺激,靈敏地調節高分子混合刷內 P-高分子鏈的構象轉變的動力學行為[27,28],即可實現高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附的動態調控,基于模型方程組(4)—(6)式,可描考察外加電場對高分子混合刷吸附/脫附蛋白質動力學的影響.

圖8 在外加電場的條件下，高分子混合刷中吸附/脫附的蛋白質分子數密度隨時間演化關系(a)補充分圖題說明;(b);(c);(d)Fig.8.The time evolutions of number densities of adsorbed/desorbed proteins in a polymer mixed brush when an electric field is applied:(a);(b);(c);(d).

電場不僅可以靈敏地調控高分子混合刷內聚電解質的構象轉變行為,而且電場還可以改變刷內聚電解質的平均電荷分數、離子的移動性和刷的高度[29].另外,通過調控蛋白質的等位點[23,30],電場有可能使得蛋白質在溶液中的擴散性增強,從而進一步增大高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附量,即使蛋白質在溶液中沒有凈電荷,靜電相互作用依然有利于蛋白質在聚電解質高分子鏈(P-高分子鏈)等電點處的吸附[31].在這里,外加穩定的交變電場,會使得高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的動態過程呈現出穩定的周期切換性,為實現高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附的多次循環提供了便利.

4 結論

我們基于動力學理論模型,研究高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附過程的動態特性.首先,通過取值不同參數,獲得了具有不同化學、物理性質的高分子混合刷對蛋白質的部分吸附/脫附、完全吸附/脫附,以及周期性吸附/脫附的動力學特性.我們發現,在高分子混合刷吸附/脫附蛋白質過程中,混合刷內的微環境(溶液中蛋白質的密度、蛋白質的擴散性等)對高分子刷吸附/脫附蛋白質動力學特性均會產生不同程度的影響.其次,通過考察外加交變電場對高分子混合刷吸附/脫附蛋白質特性的影響,我們發現,在外加交變電場時,高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附量均呈現了周期性循環,平均吸附/脫附量比較沒有電場時均有所增加,并且可呈現出穩定不變的吸附/脫附周期性循環.

事實上,高分子混合刷的結構、接枝密度,以及高分子鏈的構象等,也會在很大程度上決定著高分子混合刷對蛋白質吸附/脫附動力學特性[32?36],本文的模型限于描述不同吸附/脫附勢壘、刷的高度,以及溶液中蛋白質的密度、擴散性對高分子混合刷吸附/脫附動力學的影響,獲得了高分子混合刷吸附/脫附蛋白質的動力學規律,確定了吸附/脫附蛋白質的不同動態特性,理論結果符合實驗觀測[8,9,33,37,38],能夠預言,通過外加交變電場,可以調控高分子混合刷對蛋白質的吸附/脫附特性,實現對蛋白質吸附/脫附的多次循環,為設計吸附/脫附蛋白質的高分子混合刷納米材料提供必要的參考和新方案.