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乳胶微球技术概述

发表时间:2021-05-26 20:55

何为乳胶微球?

胶体尺寸范围内的球形聚合物颗粒,乳胶微球是由无定形聚合物(通常是聚苯乙烯)形成的。

对于直径<100 nm的颗粒,颗粒中聚合物链的平均分子量约为1x106g,对于较大的颗粒,下降至约2.4x105g。 聚苯乙烯链是直链烃链,其苯环与第二个碳原子相连。

芳香环控制聚合物链缠绕并控制空间的方式。当查看粒子表面模型时,只能看到随机堆叠的苯环,偶尔会有链末端伸出。

因此,该表面具有非常疏水的特性,并为具有疏水区域的分子物质提供了强大的物理吸附能力。表面活性剂和蛋白质分子通过简单的被动吸附而牢固粘附。

聚合物微球结构.jpg

该图显示了聚苯乙烯微球表面的一部分。该视图向下观察到硫酸盐基团上方的表面。 请注意,苯环如何主导该领域,并呈现出明显疏水的表面,非常适合诸如蛋白质之类的材料的吸附。

聚合物链的末端通常由带电基团组成,可提供乳胶微球的胶体稳定性,并防止它们聚集。带电的末端占颗粒表面积的5%至10%,使大约90%的自由空间可用于放置其他分子种类,例如乳胶凝集测试中使用的抗体。

聚苯乙烯性质

性质

理论值

密度

1.055 g/cm3 at 20° C

玻璃化转变温度

100–110° C (Tg)

折射率

1.59 at 590 nm

溶剂

苯,氯仿,四氯化碳,环己烷,二甲基甲酰胺,二氯甲烷,吡啶,四氢呋喃,甲苯,二甲苯。

非溶剂

丙酮,丁烷,乙醇,乙醚,甲醇,己烷,苯酚,丙醇,水。

* CCC-疏水性

~0.30 M univalent   ions, pH 7

CCC亲水性

> 1.0 M单价离子,pH 7

* CCC关键凝结浓度:在乳胶颗粒悬浮液中产生快速凝结所需的特定离子的浓度。

胶体稳定性注意事项

乳胶微球以良好分散的形式在水性悬浮液中提供。它们在没有任何特定原因(例如抗体与抗原的相互作用)的情况下聚集,这是由于范德华力在颗粒之间起作用所致。 其效果是累加的,即由大量原子组成的胶体粒子,粒子彼此“吸引”的距离可以达到0.5 µm。

1.    两个乳胶微球之间的排斥

粒子中的静电排斥力足够强,以使粒子在类似于吸引物的距离上“感觉”到排斥力。推斥力是根据靠近表面的电荷所产生的电势来计算的;该电势称为ζ电势。可以通过实验测量,也可以根据疏水性粒子的滴定电荷进行估算。

2.    两个乳胶微球之间的总相互作用

总的相互作用是通过简单地将吸引力与排斥力相加来计算的。盐浓度为1 mM时,颗粒之间的接触会非常大。当盐浓度增加到100 mM时,势垒要低得多,但仍足以稳定。在盐浓度高达500 mM时,颗粒将聚集。在这种高盐度下,离子型表面活性剂无法保持稳定性,因此需要非离子型表面活性剂。对于亲水性胶乳(例如CML系列),由于“模糊”表面层由结合在表面的可溶性聚合物组成,因此存在聚集的障碍。该层实际上是浓缩的聚合物溶液。当两层被推到一起时,局部渗透压的增加足够高以抵抗显著的压缩。

除了这种强力但短距离的影响外,静电排斥也在此“模糊”层的最外边缘。这种类型的稳定是电子空间稳定,并且非常坚固。

“模糊”层的尺寸是pH和盐浓度的函数。随着pH值的增加,层中的羧基越来越离解,因此层会膨胀。随着盐浓度的增加,电荷逐渐彼此屏蔽,层收缩。但是在非常高的盐浓度下,聚合物层的溶解度降低,达到了临界凝结浓度,可以发生颗粒的聚集。通常,对于亲水性胶乳,这将超过1M氯化钠,从而使这些颗粒更易于在生理强度缓冲液中使用。

粒径问题

简单可见测试:要考虑的因素是良好的可见性,受扩散速率影响的快速响应以及可用的表面积。 0.3 µm至0.5 µm的尺寸有利于可视性,并且扩散迅速。而且,蛋白质吸附的面积相对较大。但是,除非使用高密度颗粒,否则难以通过离心洗涤。尤其是在共价偶联体系中,应去除多余的物质,这意味着经常使用超过1µm的粒径。

剥离或膜测试:这些要求通过网络具有高扩散迁移率的颗粒。因此,大约0.25 µm的尺寸是不错的选择。

光学检测测试:比浊测试通常要求颗粒的上限直径接近0.15 µm。如果尺寸小于此值,则市场上销售的聚集体会增加光散射。光的散射与体积的平方成正比。

其他自动检测系统是围绕来自更大粒子的光散射而设计的。它们使用1.5 µm至5 µm的颗粒,并且可以围绕单个颗粒的散射进行设计。在如此大的尺寸下,每毫升的颗粒数在固体含量为1%时非常少。固体含量为1%的5 µm颗粒每毫升具有6x108颗粒(相比之下,500 nm具有6x1011的颗粒和50 nm具有6x1014的颗粒)。

附着问题

蛋白质附着的方法是另一个重要的考虑因素。抗体的方向和构象可以决定哪种方法最合适。

如果物理(被动)吸附令人满意,则最常用的颗粒是硫酸盐微球。对于这种类型的表面,大约5-10%的位置是分离良好的一价硫酸盐基团。表面的其余90-95%由聚苯乙烯的堆叠苯环组成。这是一个疏水的表面,可以为蛋白质分子的疏水部分提供足够的吸附位。

通常使用碳二亚胺通过两步法进行共价偶联,得到活性酯中间体。通过羧酸基团和伯胺基团与颗粒连接。如果蛋白质上的胺要与表面连接,则选择羧基改性的胶乳。或者,可以将蛋白质上的羧基用作连接的位点,然后选择具有脂肪胺表面的颗粒。

通过简单的一步温育可以很容易地进行共价偶联。此处利用了蛋白质上的伯氨基,可以选择两种类型的颗粒。醛/硫酸盐和氯甲基颗粒都容易反应以产生有效的共价键。醛/硫酸盐颗粒比氯甲基颗粒更亲水,这可能有助于稳定性。氯甲基表面可能更容易用甘氨酸等小分子阻断多余的位点。

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