影響蛋白與硝酸纖維素膜結合的四個主要方面
瀏覽次數:5968 發布日期:2011-12-30
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影響蛋白與硝酸纖維素膜結合的四個主要方面
1、用于溶解捕獲試劑的緩沖液
2、膜本身
3、捕獲試劑本身
4、蛋白結合時的周圍環境(主要指濕度)
緩沖液的使用
合適的緩沖液必需能夠溶解捕獲蛋白以達到應用所需濃度,并能保持穩定(換言之,即溶解蛋白并維持其結合能力)。要獲得最佳的結合意味著創造利于蛋白分散于固相的最佳條件。隨著捕獲蛋白不同,蛋白與膜結合的優化條件也有所不同。緩沖液中捕獲線的使用必需要求溶解其中的蛋白達到合適的濃度。如果濃度過低,將無法在捕獲線處捕獲足夠的蛋白。蛋白若形成沉淀,將阻礙膜上的孔隙從而導致樣品經過測試條的測試區域時出現不規則的流動。沉淀也可能阻塞儀器管道和孔洞從而損壞儀器裝置。盡管去穩定劑和共沉淀劑可利于蛋白在固相表面的分布,但必需在一開始就找到合適的蛋白溶劑。pH值和離子濃度是需要進行優化的兩個重要參數。
pH水平
緩沖液中pH水平在很大程度上會影響蛋白與膜的結合。由于NC膜無酸性質子,因此調節pH時僅僅能改變的是蛋白的性質。蛋白質的溶解度在其等電點(pI)時最小。過大或過小的pH值可使蛋白發生變性,使其結合特性發生巨大改變,甚至產生聚集及析出沉淀。綜上原則,在探索使蛋白溶液能在固相中理想分布的條件時,對于檢測線最理想的緩沖液條件是其pH值等于或接近pI的時候。
常用的緩沖系統有磷酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽和Tris鹽緩沖液。值得注意的是,側向流檢測應用時捕獲分子在膜上需被干燥,這意味著緩沖液所有組分,除可揮發成分外,都需在膜上干燥。這就使得可揮發的緩沖液如醋酸銨或碳酸銨特別受青睞。但高濃度的伯銨(例如來自Tris緩沖液)可導致捕獲蛋白中酸性氨基酸殘基(谷氨酸、天冬氨酸)與緩沖離子氨基間形成鹽橋,從而遮蓋住結合位點。
離子濃度
電解質溶液中離子的解離可降低蛋白-蛋白之間的相互作用力,因此在特定離子濃度范圍內溶液中蛋白溶解度顯著增強(鹽溶效應)。而過高離子強度則相反(鹽析效應)。這是因為此時大量的溶解離子占據越來越多的水分子,導致蛋白分子周圍溶解層塌陷,蛋白分子相互作用,從而形成聚集和沉淀。根據這一原則,蛋白應在應用緩沖液中進行溶解,同時還應使其保持在利于膜固相分布的環境中。利用鹽析效應可以合理的降低溶液中分子的穩定性。然而,某些鹽如硫酸銨能使蛋白溶液穩定化降低,控制的難度也有所上升。鹽濃度的小的變化(如蒸發導致的)會嚴重影響沉淀的程度。除此之外,使用這些類型的緩沖液干燥后還會將大量的鹽引進膜系統中,從而嚴重干擾整個測試。最大眾的意見是使緩沖液中的離子強度盡可能地低,以減少鹽溶效應。緩沖鹽(PBS,TBS)通常不被推薦。
膜的影響
膜孔徑的大小決定膜的內表面積,而膜內表面積影響蛋白結合以及總結和能力。膜孔徑越小蛋白結和能力越高。除此之外,由于測試開始后捕獲試劑發生擴散,故而孔徑的大小可以影響檢測線的外觀。在側向流速高的膜中,蛋白從應用區域開始出現快速彌散,形成更寬更彌散的線。對所有膜而言,結合在膜的深部的捕獲試劑無法產生信號,僅有的例外是染料結合物,在硝酸纖維素膜下10μm時仍可見。膜孔徑越大,捕獲蛋白在膜中的彌散百分比就可能越大。如果檢測試劑是磁珠,則不需考慮上述情況。因為處于檢測線的顆粒物質,無論其在膜中的位置如何,都可產生信號。對于表面積恒定的膜系列,蛋白結合的水平僅與聚合物類型以及影響膜表面能的處理試劑有關。用于膜生產的原料聚合物雖然可從不同的供貨商處購買得到,但每種來源的材料性能有略微的差異。硝酸纖維素是由纖維素酯化生成,因此是一種基于天然的產品。另外,不同膜生產商對膜的處理方法不同,對產品研發者而言,比較可取的做法是安排一些實驗對可能用于測試的各種膜的蛋白結合性能進行評估。蛋白結合能力的范圍也應包含在檢測試紙條使用的膜說明書中。
捕獲試劑
用于免疫實驗的經典捕獲試劑是抗體,大部分是IgG。盡管如此,仍然沒有兩種完全相同的捕獲試劑存在。優化結合最為直接的辦法就是采用單克隆抗體作為捕獲試劑。多克隆抗體由于蛋白成分的不純使得整個優化變得更難控制。每個亞群在優化的條件上可有些許不同。IgA或IgM由于其結構或空間上的潛在問題,其優化的難度可能更大。除抗體以外的捕獲蛋白,由于其化學性質或分子量大小等原因,優化的困難加大。一般說來,分子量越大的蛋白質與表面的結合越牢固。制備產品中其他的蛋白雜質以及載體蛋白將與捕獲抗體競爭與表面的結合。通常,NC膜的蛋白結合能力超過需要進行固定的捕獲蛋白的數量。但是在制備中,當測試線的捕獲分子比率過低,實驗將無法進行。
環境濕度的影響
硝酸纖維素膜極易受環境影響,干燥的環境可使得膜疏水性增強。低環境濕度對膜產生顯著的影響,使得膜產生相當多的靜電。特別是對于無背襯的膜來說,不僅處理困難,而且容易吸附塵埃顆粒,在不損傷膜的情況下這些灰塵幾乎無法被清除。在加入捕獲試劑時,低濕度將會對測試線結果產生重大影響,特別是使用無接觸應用系統時尤為明顯。在低濕度時水滴灑濺在膜上,由于其本身攜帶負電荷而遭到排斥,從而產生“衛星點”。在極端情況下,由于大多數的水滴無法沿直線行進,因此無法形成連續的線。而極高的環境濕度下蛋白樣品快速流動,形成較寬或彌散的捕獲線。盡管大多數有經驗的測試研發人員都有自己一套最佳的濕度范圍,但公認最佳的濕度在50%RH左右(18-22°C正常室溫下40-60%)。建議在噴劃捕獲帶前讓膜在空氣中達到平衡,而平衡需要的時間應通過實驗研究決定。