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增加疏水性小分子的溶解度具有重要意义,例如提高药物溶解度可以改善药物吸收不稳定和口服生物利用度低等问题,在疏水性药物的制剂开发和临床应用中具有重要意义。常用的增加溶解度的方法有使用增溶剂、环糊精包合和脂质体包裹等。脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)的碱基通过氢键互补配对,形成多种复杂的二级结构,其中,腺嘌呤(adenine,A)与胸腺嘧啶(thymine,T)可以形成Watson-Crick和Hoogsteen氢键,而胸腺嘧啶的“氢键结合面”由酰胺键构成。理论上,结构中含有胸腺嘧啶样“氢键结合面”的小分子都能通过氢键与腺嘌呤结合,进而通过超分子作用形成一定的结构且实现某些功能。酰二亚胺类化合物大多含有胸腺嘧啶样“氢键结合面”,此类化合物具有良好的光电性质,常用作太阳能光电材料、有机感光体电荷产生材料和染料等,但溶解性差,不利于进一步的开发利用。在本研究中,我们首先以三聚氰酸(cyanuric acid,CA)和尿素为模型,证明含酰胺键水溶性小分子与腺嘌呤可形成氢键。然后以具有两个胸腺嘧啶样“氢键结合面”的均苯四甲酰二亚胺(pyromellitic diimide,PD)作为模型,证明多聚脱氧腺苷酸[polyadenine,poly(A)]可通过超分子作用提高PD的溶解度。用紫外可见分光光度法(ultraviolet-visible spectrophotometry,UV-Vis)和聚丙烯酰胺凝胶电泳(polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE)对poly(A)-PD相互作用引起的化学和物理变化进行了表征。目的:1.以水溶性的三聚氰酸(cyanuric acid,CA)和尿素为模型,证明结构中含酰胺键的水溶性小分子,可以与腺嘌呤形成氢键。2.以疏水性的PD小分子为模型,证明poly(A)可以通过超分子作用,增加含酰胺键构成胸腺嘧啶样“氢键结合面”的疏水性小分子在水中的溶解度。方法:1.采用UV-Vis、PAGE和原子力显微镜(atomic force microscope,AFM),根据poly(A)吸光度和结构的变化,分析水溶性小分子三聚氰酸和尿素与poly(A)的超分子作用。2.将poly(A)加入过饱和的PD溶液中,孵育后过滤除去未溶解的PD。通过UVVis和PAGE分析PD溶解度及poly(A)结构的变化。3.设计含有两条poly(A)的发夹结构Hairpin-15A,能够同时结合PD的两个“氢键结合面”,分析PD与Hairpin-15A的超分子作用。4.通过随机序列的DNA对PD溶解度的影响,分析腺嘌呤与PD的结合是否具有特异性。5.改变poly(A)浓度和碱基个数,分析脱氧腺苷酸(2’-deoxyadenosine5’-mono-phosphate,dAMP)个数与PD溶解度的关系,以及pH、时间和温度等因素对poly(A)增加PD溶解度的影响。结果:1.UV-Vis和PAGE结果表明,酸性条件下含酰胺键的水溶性小分子三聚氰酸能通过氢键使poly(A)聚集,发生减色效应。三聚氰酸与poly(A)形成复合物使迁移率降低。通过UV-Vis和AFM的结果表明,结构与三聚氰酸相似的尿素小分子,能通过氢键使poly(A)聚集,发生减色效应,AFM下可看到大量urea-poly(A)复合物。2.UV-Vis和PAGE结果表明,含酰胺键疏水性小分子PD能通过氢键与亲水性poly(A)结合,极大地增加了PD在水溶液中的溶解度,同时,二者可形成PD-poly(A)复合物。3.UV-Vis结果表明通过DNA发夹结构连接两段poly(A)形成的Hairpin-15A可以增加PD的溶解度,但由于受空间位阻影响,其增加溶解度的作用弱于单链结构的poly(A)。此外,PD的两个氢键结合面能够同时结合在Hairpin-15A的两条poly(A)上,发生减色效应。4.UVVis结果表明随机序列不能增加溶液中PD的溶解度,PD与腺嘌呤的结合具有特异性。5.UV-Vis结果表明脱氧腺苷酸个数与PD溶解度正相关。此外,pH、时间和温度对PD溶解度均有影响,pH=7.0时,在25?°C下孵育12小时是增加PD溶解度的最适条件。结论:本研究提出了一种通过超分子作用提高含酰胺键疏水性分子溶解度的策略,以三聚氰酸和尿素为代表的水溶性小分子可以通过氢键与poly(A)形成超分子,以均苯四甲酰二亚胺为代表的疏水性小分子可以通过超分子相互作用结合在poly(A)上,增加了疏水性小分子在水中的溶解度。这一策略有望用于其它一些疏水性的非天然DNA类似物,例如嘧啶类、巴比妥类等含有胸腺嘧啶样“氢键结合面”的药物小分子,使其能够通过超分子相互作用结合poly(A),促进了DNA纳米技术在药物递送等方面的研究。