乳胶微球技术概述

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。

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

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。