[发明专利]向物质表面引入功能性官能团的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面化学技术，尤其涉及一种向物质表面引入功能性官能团的方法。在此，具有代表性的功能性官能团为固定受体所需的官能团或其本身为具有受体功能的官能团。

背景技术

在利用生物传感器(biosensor)、气体传感器(gas sensor)、纳米(粒子)诊断或纳米给药(drug delivery)领域，脂质体(liposome)诊断或脂质体给药领域，以及色谱分析等多个领域中，向物质(例如固体或颗粒)表面引入含有特定功能的功能性官能团(functional group)非常重要。这些官能团可以用于固定起到受体作用的生物高分子(biological macromolecules)，而且其本身也可以用于分子识别(molecular recognition)。

在脂质体表面固定受体的情况，通常使用较多的是在磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine；PE)的脂质上引入特定官能团的方法。这是由于PE的头部基团(head group)上含有氨基(amino group)，从而容易引起化学反应。例如，制备含有PE的脂质体，将该脂质体与N-琥珀酰-3-2-联硫基吡啶-丙酸盐(N-succinimidyl pyridyl dithiopropionate；SPDP)等化合物反应，生成二硫代嘧啶基(dithiopyridyl group)(参照图1)。在这里使含有硫醇基的受体进行反应，进而通过双硫键使受体固定。但是这种在表面引起化学反应的方法会有反应效率低、繁琐、再生性差的缺点。

在生物传感器的金属表面固定受体的情况，通常使用较多的是在金属表面形成自组装单分子层(self-assembled monolayer，SAM)的方法。根据硫原子和金属表面的化学吸附键和烃链之间的疏水性引力，使得一端含有硫醇基的烷基硫醇化合物在金属表面自发地形成自组装单分子层。这时如果在烷基硫醇化合物的含有硫醇基的一端的对立端上含有特定的官能团，可以利用该官能团固定其它分子。

例如，用11-巯基十一烷酸(11-mercapto-1-undecanoic acid，MUA)等化合物制备自组装单分子层后，使得在上述自组装单分子层表面的羧基依次与N-乙基-N′-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(N-ethyl-N′-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide；EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(N-hydroxysuccinimide；NHS)进行反应，在原来羧基的位置引入NHS基，从而使该位置能够与含有氨基的受体分子进行反应(参照图2)。

当受体分子含有硫醇基的情况，用11-氨基-1-十一烷硫醇(11-amino-1-undecanethiol)等化合物制备自组装单分子层后，使自组装单分子层表面的氨基与N-(马来酰亚胺基丁酸)琥珀酰亚胺酯{N-[-Maleimidobutyrtloxy]succinimide；GMBS}反应，在原来氨基的位置引入马来酰亚胺基(maleimide)，从而能够固定含有硫醇基的受体分子。

此外，在固定抗体时，使抗体和高碘酸钠(sodium m-periodate)(或碘酸钠)反应，从而在抗体含有的碳水化合物上形成醛基。采用与固定氨基相同的方法，在金属表面引入NHS基，然后与碳酰肼(carbohydrazide)反应，从而引入叠氮基(azide group)。在这里使得含有醛基的抗体进行反应，会形成席夫碱(Schiff’s base)，将该席夫碱再与氰基硼氢化物(cyanoborohydride)反应，从而使结合稳定(参照图3)。

综上所述，按照现有方式利用酰肼(hydrazide)官能团固定抗体的情况，如果从形成SAM的传感芯片开始要经过EDC/NHS反应、碳酰肼(carbohydrazide)反应、乙醇胺(ethanolamine)反应、抗体固定反应、氰基硼氢化物反应等5个步骤，总花费时间约为3～4小时。

像这样在SAM上引起化学反应的方法与在脂质体上引起化学反应的情况同样存在反应性低、繁琐、再生性差的问题，因此也使用一些含有固定所需官能团的烷基硫醇化合物。例如，混入端部含有NHS基的二硫基(十一烷酸琥珀酰亚胺酯)[dithiobis(succinimidyl undecanoate)](参照图4)等化合物形成SAM，不需要附加反应就能够在SAM表面引入能够使含有氨基的分子反应的NHS基。但是像这种含有特定官能团的烷基硫醇化合物难于合成，不仅费用昂贵，而且稳定性差，因此不能够广泛使用。