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阳离子表面活性剂可通过静电作用和疏水作用将分子量较大、结构舒展并带有负电荷的DNA分子压缩并使其带正电荷或呈电中性,从而能够作为基因的非病毒载体用于基因治疗过程中。目前文献报道较多的为传统表面活性剂与DNA相互作用的研究,对偶联表面活性剂在此领域的应用研究较少。偶联表面活性剂作为一种新型表面活性剂,由于结构上的独特性而具有很多优良的特性,如较低的临界胶束浓度、较高的表面活性剂、更好的润湿性和发泡能力等。偶联表面活性剂的结构具有较大的可调整性,可通过改变不同部位的结构来获得某方面性质卓越的表面活性剂。本文主要通过荧光光谱、紫外光谱、表面张力、zeta电位、圆二色光谱等方法研究了DNA与偶联表面活性剂在不同环境中的相互作用,主要内容如下:
阳离子偶联表面活性剂在浓度很低的情况下即可通过静电作用和疏水作用在DNA链周围形成类胶束结构,并形成非表面活性的复合物。DNA的负电荷被表面活性剂有效中和,因而复合物的zeta电位随着表面活性剂浓度的增加逐渐由负值变为正值。由于二者之间强烈的相互作用,在电中性点附近会出现白色的沉淀,随着表面活性剂浓度的增加,更多的表面活性剂通过尾链的疏水作用排列在聚集体外层,从而使聚集体带正电荷而溶解。用原子力显微镜观察复合物形貌发现,在表面活性剂浓度较小时溶液中的聚集体可形成网状结构,而当表面活性剂浓度较大时形成球形结构。DNA在与表面活性剂形成复合物的过程中其双螺旋结构并未被破坏,而是随着表面活性剂浓度的增加从自然的B。构型转变为高度致密的ψ相DNA。以溴化乙啶(EB)为荧光探针研究DNA与表面活性剂相互作用发现,偶联表面活性剂取代DNA/EB复合物上的EB过程主要依赖静电作用,该取代过程与DNA的浓度无关,而仅取决于表面活性剂与DNA的正负电荷比。DNA与偶联表面活性剂的复合物在较大浓度的无机盐存在时会因为静电作用被屏蔽而解离。另外还考察了不同溶剂环境,包括无机盐和短链醇的浓度、种类以及pH值等对DNA与偶联表面活性剂相互作用的影响。
偶联表面活性剂与相应的传统表面活性剂的复配体系表现出理想混合的特性,但当复配体系加入DNA时,由于偶联表面活性剂与DNA的结合能力更强,复配体系与DNA的相互作用显著不同于单个表面活性剂与DNA的相互作用,表现为非理想性。由于阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂之间强烈的静电相互吸引作用,其混合体系表现出高度的协同作用。在含有阴、阳离子表面活性剂以及DNA的混合体系中,阴、阳离子表面活性剂之间的静电吸引作用明显强于DNA与阳离子表面活性剂之间的静电吸引作用,因此前者首先形成混合胶束,并进一步与DNA作用,从而使形成的聚集体所带的电荷急剧变化。向DNA/阳离子偶联表面活性剂复合物体系中加入少量阴离子表面活性剂,对DNA与阳离子偶联表面活性剂的相互作用即有较大的影响,并引起复合物的解离,从复合物中释放出来的DNA又恢复为自然构型。
非离子嵌段共聚物(PEO)20-(PPO)70-(PEO)20(P123)与DNA之间没有明显的相互作用,不会对DNA的构型产生较大影响,但P123可与偶联表面活性剂相互作用形成结构不同的复合物,从而对DNA与偶联表面活性剂的相互作用产生影响。一定量P123的加入会抑制DNA与阳离子表面活性剂的相互作用,DNA浓度一定时,P123浓度越大,抑制作用越明显。向DNA/偶联表面活性剂复合物中加入P123会导致复合物的解离,解离程度仅依赖于P123与偶联表面活性剂的浓度比,而与复合物的初始状态无关。研究发现,复合物解离后的DNA仍可恢复为自然构型。用P123解离复合物不会向溶液中引入新的离子并有很好的生物相容性,因而具有良好的应用前景。