目的:基于仿生学原理设计、合成具备黏附性能的阴、阳离子肽,并分析其混合后对黏附力的影响,为新型仿生黏附材料研制奠定基础.方法:分析贻贝足蛋白5(mussel foot protein 5,Mfp5)和沙堡蠕虫分泌蛋白 3(cement precursor protein of the Phragmatopoma californica 3,Pc3)的结构特点,理性设计出黏附性能较好的阴、阳离子肽.通过拉力强度试验机、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)及石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)等对其黏附力和吸附量等参数进行检测,并从多肽组成和相互作用等方面分析其黏附机制.结果:阴、阳离子肽通过多肽固相合成法合成,纯度达到95％以上.拉力测试表明阴、阳离子肽的黏附力随固化时间增加而增大,最高分别达到174.04 kPa及180.11 kPa,并且两者混合后黏附力显著增强,等比例混合后高达347.81 kPa;QCM检测表明阳离子肽、阴阳离子肽混合物对金(aurum,Au)表面的吸附量可分别达到82.67 ng/cm2和151.53 ng/cm2;AFM检测阴、阳离子肽的平均微观黏附力分别为5.43 nN及4.95 nN,且两者等比例混合后可提高至18.54 nN.结论:基于贻贝和沙堡蠕虫构建的阴、阳离子肽具备良好的黏附性能,且其黏附力可通过静电力介导的复合凝聚显著提高,该结果为新型仿生黏附材料研制提供了依据.

目的:比较三种具有不同多肽构象的融合肽对金属钛表面的亲和性及其对轻力负载下细胞反应的双向生物学功能.方法:设计3种不同多肽构象的融合肽:TBP-RGD,TBP-cyclicRGD(含有环状结构RGD)和TBP-lin-erRGD(含有线性结构RGD);利用石英晶体微天平(QCM-D)比较3种融合肽在钛表面的结合能力;通过MC3T3-E1成骨细胞黏附、增殖实验比较了融合肽对离心力负载下细胞的生物反应.结果:QCM-D显示TBP-cyclicRGD与金属钛表面的亲和性最强,而TBP-linerRGD最弱;经过融合肽涂层修饰的钛表面,48 h时TBP-cyclicRGD促细胞增殖最强.结论:构成单元中不同多肽构象的融合肽对钛表面的结合力有差异,其中环状构象的TBP-cyclicRGD能显著提高融合肽对金属钛的识别和结合能力,并有助于提高成骨细胞在力学负载条件下的增殖活动.

适体(Aptamer)是通过指数富集配体系统进化技术(Systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)从人工合成的随机单链寡核苷酸文库里筛选出来的短链寡核苷酸序列,具有分子量小、结构简单、易进行修饰、靶标范围广泛,并且与靶标分子之间具有高特异性和高亲和力等特点.相应地,适体的这些独特的性质可用于制备各种不同的传感器,根据各种传感器的不同原理,本文着重概述了常用于检测适体与靶标之间亲和力的电化学生物传感器、光学生物传感器和压电晶体传感器.这3种方法的检测都具有检测时间短和检测限低的优势.其中压电晶体传感器又称石英晶体微天平(Quartz crystal microbalance,QCM),除了在SELEX技术中可应用于表征候选适体的靶向能力外,还可用于构建高灵敏度和高特异性的适体石英晶体传感器.简要介绍了基于适体的石英晶体微天平传感器基本原理,对近年来QCM在表征和检测适体与其靶标,包括小分子、离子、蛋白质、细胞、细菌和病毒等物质相互作用的研究现状进行综述,总结分析了QCM技术的优缺点.旨在为适体的筛选以及适体在基础研究、临床诊断和疾病治疗中的进一步应用提供参考.

目的 探讨钛表面儿茶酚化聚电解质多层膜对蛋白质的吸附行为,为钛种植体表面改性提供参考.方法 根据本课题组前期建立的方法,采用脂多糖胺纳米囊泡(NPs)和3,4-二羟苯基丙酸反应制备儿茶酚接枝率为40％的儿茶酚化NPs(cNPs);采用透明质酸(HA)和多巴胺反应制备儿茶酚接枝率为10％的儿茶酚化透明质酸(cHA).利用层层自组装技术,以cNPs为引发层、cHA/NPs为阴、阳离子聚电解质,在钛或石英表面构建含3个(cHA/NPs)双层的儿茶酚化聚电解质膜[(基底-cNPs-(cHA/NPs)3],记为cPEM.同时以NPs为引发层,构建含(HA/NPs)3的未儿茶酚化聚电解质膜(PEM).采用红外光谱分析膜表面化学组成、激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)检测膜表面粗糙度,Zeta电位分析仪记录膜表面Zeta电位.选取4种等电点(pI)分别小于、等于、大于生理pH 7.4的蛋白质:牛血清白蛋白(BSA,pI=4.7)、纤连蛋白(Fn,pI=5.8)、牛血红蛋白(BHb,pI=6.8～7.0)、多聚赖氨酸(PLL,pI=9.74),以其为模型蛋白,用0.15 mol/L的NaCl配制成1 mg/mL的水溶液.采用石英晶体微天平(QCM)实时动态监测膜表面蛋白吸附情况、原子力显微镜观察样品蛋白吸附前后形貌,LSCM、荧光酶标仪分别分析荧光标记蛋白在膜表面吸附情况,并测试荧光标记蛋白的吸附量.使用SPSS 20.0对数据进行单因素方差分析、SNK和LSD法进行比较,P<0.05认为差异有统计学意义.结果 LSCM结果表明,石英表面粗糙度为(301±12)nm,组装cPEM、PEM后,表面粗糙度增加,分别为(656±88)、(446±25)nm,组间差异具有统计学意义(F=66.974,P<0.001).cPEM组的红外谱图中出现儿茶酚中的苯环(νC=C)、PEM组的胺基和烷基、多糖中的糖醛酸环等特征峰,证实钛表面引入cPEM和PEM.组装过程中Zeta电位呈锯齿状交替上升,cPEM组表面电位为+22.53 mV,PEM组的表面电位为+17.36 mV.QCM结果表明,生理pH下,所有表面均基本不吸附PLL.在不同表面,BSA和BHb的吸附量cPEM组>PEM组>Ti组.原子力显微镜下可见cPEM、PEM组表面为分布均匀的水滴形海岛状结构,吸附BSA后,表面可见圆盘状结构,且cPEM组量大于PEM组,说明可能BSA在cPEM组表面的吸附量大于PEM组.采用LSCM和荧光酶标仪分析绿色荧光标记蛋白在不同表面的吸附情况,发现在不同种膜表面,同一蛋白吸附量cPEM组>PEM组>Ti组;在同一种膜表面,不同蛋白吸附量BSA>Fn>BHb.结论 本实验研发的聚电解质多层膜对钛表面进行改性后,能提高蛋白在表面的吸附,儿茶酚化改性则进一步促进这种吸附.蛋白吸附的驱动力可能主要源于静电相互作用和儿茶酚基团对蛋白偶联捕捉作用.

石英晶体微天平(QCM)是一种高精度、实时测量的传感器,利用压电效应的原理检测痕量的变化.由于它能够检测到纳克级的质量变化,目前在分子生物学、疾病诊断和治疗、药物分析、有机化学、环境污染监测、食品卫生监督等领域得到了广泛的应用.本文主要阐述了QCM的工作原理以及其在口腔医学研究中的应用进展,包括QCM在聚电解质膜及涂层改性、蛋白吸附、种植体抗菌性、唾液、牙菌斑形成等方面的研究应用.

目的 评价派瑞林修饰石英晶体微天平(P-QCM)芯片家用便携式凝血分析仪检测凝血酶原时间(PT)、国际标准化比值(INR)的准确性及在临床检测中的应用.方法 采用家用P-QCM凝血分析仪和Sys-mex CS5100全自动凝血检测仪分别检测50例门诊住院患者的PT、INR.比较两种凝血仪在PT、INR的相关性和一致性.结果 P-QCM凝血仪的PT、INR批间CV值小于5％.P-QCM凝血仪与Sysmex CS5100凝血仪的PT-INR测定结果的相关性均良好,相关系数分别为R2=0.940和R2=0.922(P<0.05).Bland-Altman分析结果具有较好一致性.结论 P-QCM家用凝血仪检测PT、INR符合临床实验室的质量要求,可以用于家庭口服华法林剂量的监测.

目的 对派瑞林修饰石英晶体微天平(P-QCM)芯片的家用便携式凝血检测仪(简称P-QCM凝血仪)的一致性进行分析.方法 以活化部分凝血活酶时间(APT T)为检测指标,采用相同的血液样本,利用P-Q C M凝血仪进行全血和血浆检测,并与国际公认的光学凝血检测仪进行比对分析.结果 独立10次实验检验同一离心血浆样本,P-QCM凝血仪的吸收频率波动变异系数(CV％)为2.58％,同一芯片APT T检测CV％为1.24％.与全自动凝血检测仪Sysmex CS 2000i临床实测结果比较,10例健康血液临床实测结果决定系数(R2)达0.983.7次全血检测,P-QCM凝血仪的检测CV％ 为1.15％.结论 P-QCM凝血仪的实验结果重复性良好,具备临床检测能力,能适应于全血检测,可用于床旁检测.

从蛋白质吸附量、吸附层厚度、蛋白质吸附后分子构象变化、蛋白质吸附后分子形貌及蛋白质分子吸附过程模拟5方面,综述了近年来生物材料表面蛋白质吸附领域所涉及的表征方法,包括生化分析法、表面等离子共振(SPR)、耗散型石英晶体微天平(QCM-D)、椭圆偏振光法(ELM)、光干涉反射法(RIFS)、傅里叶变换衰减全反射红外光谱法(ATR-FTIR)、圆二色谱法(CD)、原子力显微镜(AFM)和计算机分子模拟技术.重点介绍了上述表征方法的基本原理、优缺点及相关的研究工作,为蛋白质吸附、生物材料设计等研究中蛋白质实验表征方法的选择提供了全面、可靠的依据,为蛋白质相关领域的研究提供了新思路.

采用石英晶体微天平(QCM)非侵入式实时监测乳鼠原代心肌细胞于金晶体电极上的动态黏附响应与不同浓度肌力药物下的粘弹性响应.在乳鼠原代心肌细胞黏附铺展于金晶体电极表面后,加入不同浓度的正性肌力药物异丙肾上腺素与负性肌力药物维拉帕米,监测QCM频率(F)以及动态电阻(R)的实时变化,采用粘弹性指数CVI(CVI=△R/△F)表征细胞的粘弹性变化,并通过光学显微镜观察药物作用下细胞的形态变化.结果 表明:随着异丙肾上腺素浓度的增加,药物引起的QCM频率下降、电阻增加与CVI增大的幅度均增大;光学显微镜下观测到细胞收缩,符合CVI变大、细胞变硬的响应;随着维拉帕米浓度的增加,药物引起的QCM频率升高、电阻下降与CVI减小的幅度均增大;光学显微镜下观测到细胞舒张,符合CVI变小、细胞变软的响应.说明QCM与原代心肌细胞结合作为心血管药物筛选细胞模型与工具有很大的应用前景.

通过层层自组装技术制备的抗菌涂层一般具有抗细菌粘附的能力,但不具备直接杀灭细菌的功能,故抗菌性能不佳.本研究通过层层自组装技术与"巯基-烯"点击反应相结合,将末端为巯基修饰的季铵盐类抗菌剂接枝到自组装涂层的含氧降冰片烯结构中,赋予涂层表面杀菌的性能.通过红外光谱(FT-IR)、核磁共振(1 HNMR)、石英晶体微天平(QCM)以及水接触角测试,分别对表面进行结构及物理性能表征;并初步探讨了抗菌涂层的生物毒性,以及对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性能.测试结果表明,本研究获得的涂层生物相容性较好;未接枝抗菌剂的自组装涂层具有表面抗细菌粘附的能力,在接枝了抗菌剂后,涂层不但可以抗细菌粘附,而且可以杀灭表面的细菌,有效抑制细菌生物膜的形成,可望应用于生物医用材料表面高抗菌性的功能化处理.