带电水凝胶颗粒中蛋白质球的吸附与空间分布

我们在1:1电解质存在下，理论研究了带电水凝胶载体对一种非均匀带电生物分子（适于表示球状蛋白或药物）的吸附。基于包含单极、偶极和玻恩（自能）贡献的物理相互作用哈密顿量的分析，这些贡献源自未扰动均匀水凝胶的线性静电理论，我们确定了系统的五种不同的吸附状态，从分子的完全排斥到其在水凝胶深处的完全吸附，途经亚稳和稳定表面吸附态。结果总结于状态图中，该图还探讨了改变电解质浓度、生物分子净电荷符号、以及包含排除体积（空间位阻）或疏水生物分子-水凝胶相互作用的作用的影响。我们表明生物分子的偶极矩是控制球状蛋白空间分布的关键参数。特别是，具有大偶极矩的生物分子倾向于吸附在水凝胶外表面，即使同号带电，而均匀带电的生物分子倾向于分配至带相反电荷水凝胶的内部核心。疏水吸引将状态转向生物分子的内部吸附，而空间位阻排斥促进带相反电荷生物分子的表面吸附，或对于同号带电生物分子的完全排斥。我们的结果为蛋白质和药物在水凝胶载体中的空间分配提供了指导，可通过水凝胶电荷、pH和盐浓度调节。