文库合成的固相载体
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恰当的选择固相载体和连接分子是固相反应的重要组成部分. 固相载体和连接分子都应该在多种遗传反应过程期间是保持稳定, 而且产品的切除应该是在温和的条件下实现. 本章将介绍各种不同的载体和连接分子.
如果反应后可以用过滤的方法去除, 从理论上讲, 任何材料都可用作固相载体. 聚乙烯, 聚苯乙烯-外涂聚乙烯薄层, 平滑的纸或棉花等都可以. 最常用的载体是: 聚苯乙烯(PS), 聚乙二醇(PEG), Tentagel (TG), 和PEGA (聚乙二醇-聚丙烯酰胺).
聚苯乙烯(PS)
在各种载体中, 最早使用的是聚苯乙烯. 通常1%或2%的二乙烯基苯和苯乙烯混合物可以发生自由基聚合而生成交联聚合物. 这里二乙烯基苯成为线形聚苯乙烯相交联的桥.
聚苯乙烯
<http://www.elmhurst.edu/~chm/onlcourse/chm110/outlines/topic5q.html>
PS价格便宜且吸附量高(0.5-1.5mmol/g). 其对物理震动的抵御性能使得PS用于搅拌或涡流混合条件. PS载体上合成的分子没有实际的体积限制, 可以合成多于100-mer的肽. 如果需要诸如高温或有机金属试剂等剧烈条件, 更硬一些的2%的交联PS性能优于1%PS. 通常使用的树脂为大约200-400目(73-37 um)或100-200目(150-75 um), 而且99%的反应位点是含于树脂珠内的, 而仅有1%的吸附于树脂珠表面. 所以, 对于高效反应来说, 恰当的膨胀是非常重要的. PS的憎水性使得它在非极性溶剂中令人满意的膨胀, 而又在极性溶剂如醇类等中收缩. 尤其是, 当反应发生在水中或极性官能团出现在PS树脂珠表面时, 树脂珠完全塌陷而使反应停止.
另一方面, 高于20%交联的PS有大孔型(MP)结构, 性质与普通PS有着截然差异. 由于高度交联, MP有高刚性的不受溶剂影响的结构. 所以, 在PS中不能使用的多种溶剂都可以用于MP树脂珠上的反应. 虽然MP树脂珠在高压下坚固, 它们很容易因机械震动而破碎; 所以推荐流体穿越方式而不是搅拌方式. 由于树脂珠内部坚硬, 大分子的合成受到限制; 实践中8-10 mer 的肽是最大体积. 化学吸附量相当高(0.5-0.8 mmol/g).
为克服PS中的溶剂限制, 发展了聚乙二醇(PEG)树脂珠. PEG可以在包括水在内的极性溶剂中溶解, 反应条件类似液相反应. 反应后, PEG在非极性溶剂中沉淀, 通过过滤与其他试剂或副产物分离. Scripps的Janda教授及其研究小组发明了这个方法. 缺点是, PEG在机械震动和反复沉淀-溶解中产生物料损失, 这将限制多步自动化的应用.
为了改善PS和PEG的缺点却保留它们的优点, 发展了一种复合聚合物tentagel(TG). TG通过在氯苯PS上与环氧乙烷反应而制得, 因而在PS骨干上嫁接了PEF. 通常PS:PEG的比例是约30:70. 由于PEG的作用, TG即使在水溶液中也能较好的膨胀, 而且树脂珠体积相差不大, 所以TG是单珠单文库化合物 的理想材料. 除了极佳的溶剂膨胀性能, TG在高压下不易损, 机械强度高. 由于反应发生于PEG末端而且PEG间没有交联, 试剂到达反应位点较PS容易, 从而使得TG反应速率通常高于PS. 反应速率还受树脂珠体积影响; 树脂珠越大反应速率越低. 缺点是吸附量低(0.3 mmol/g)而且树脂珠有吸水性, 还有价格太高.
PEGA由PEG通过丙稀酰胺交联构成, 也是为了改善PEG而发展的. PEGA在多种溶剂中膨胀, 反应位点多达35kDa大分子. 所以, PEGA是蛋白质或树脂珠上酶的亲和性纯度筛选的理想材料. 不同溶剂中的树脂珠的膨胀体积总结如下表.
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载体
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不同溶剂中的树脂体积(ml/g)
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DMF
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THF
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MeOH
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甲苯
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H2 O
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CH2 Cl2
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PS
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3
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8
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2
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7
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-
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7
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TG
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5
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6
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4
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5
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4
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5
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PEGA
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11
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13
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13
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12
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16
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13
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下面的NovaBiochem网站提供了一个有用的固相载体选择表.
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