使用 ZetaPALS 测量蛋白质 Zeta 电位的进展

引言

对于快速发展的蛋白质治疗和基于重组抗原的疫苗生产领域而言，蛋白质制剂的稳定性至关重要。Zeta 电位是剪切面上的表面电荷密度，是用于预测这些制剂稳定性的参数之一。Zeta 电位还被用作配体添加后构象变化的指标。传统的 Zeta 电位测量方法通常采用经典的激光多普勒测速技术来测定悬浮蛋白质的电泳迁移率。本文介绍了一种利用相位分析方法来测定 Zeta 电位的技术，该技术采用了一种能够消除电渗运动的电极设计。使用该技术，可以在极其广泛的溶剂条件下（包括接近生理离子强度的条件）测量 Zeta 电位。这极大地拓展了可测定 Zeta 电位的实验条件范围。

实验

使用布鲁克海文仪器公司的 NanoBrook ZetaPALS进行 Zeta 电位测量。

为了提高灵敏度，采用相位分析光散射（PALS）技术来检测带电蛋白质的运动。传统的激光多普勒电泳技术的原理是利用散射体运动引起的散射光频率偏移来测定蛋白质的运动。然而，通过识别并测量散射光的相位偏移，可以对粒子运动进行更为灵敏的测量¹。光路设置如图1所示。

为了进一步提高灵敏度，这些测量采用了如图2所示的Uzgiris型电极组件。这样的电极设计可有效抑制毛细管型样品池中的电渗运动。电渗运动是指在施加电场时，由于壁面效应引起的流体的整体运动。这种整体运动需要最小化，因为它会干扰仪器的灵敏度。带电蛋白质在施加电场的作用下移动。

测量在25℃下进行。

蛋白质购自 Sigma Aldrich，直接使用。

原理

由于 Zeta 电位与流体动力学单元上的电荷相对应，因此它是讨论表面电荷最直观的方式。然而，电泳光散射技术测量的量是电泳迁移率（µ_ep）。

在 PALS 技术中，首先通过测量得到散射光的相位偏移（Φ），然后通过以下方程₁将其与迁移率相关联。

其中，<A>是平均散射振幅，q 是散射矢量，其大小为 (4πn/λ)sin(θ/2)，其中 n 是介质的折射率，λ 是用于探测样品的光的波长，θ 是散射角。E 是施加的电场强度。积分在测量期间进行。

通过模型将电泳迁移率转换为Zeta电位。模型的选择取决于两个参数：颗粒大小和双层厚度。通常，Smoluchovski模型适用于水溶液，而Huckel模型适用于非水溶液。在这里，使用如下所示的 Smoluchovski 模型将测定的电泳迁移率转换为 Zeta 电位。

其中，ε₁是液体的介电常数，ε₀是真空的介电常数，η是液体粘度。

参考文献

¹Mobility Measurements by Phase Analysis, Walther W. Tscharnuter, Applied Optics, 40(24), August 2001, 3995-4003

结果

相位分析中典型的相位-时间曲线图。

各种蛋白质的 Zeta 电位值

盐含量对溶菌酶 Zeta 电位的影响。注意，盐含量降低会导致 Zeta 电位值升高。

结论

ZetaPALS 可用于测定高盐体系中蛋白质的 Zeta 电位。

ZetaPALS 可用于测定高盐体系中蛋白质的 Zeta 电位。盐含量降低会导致静电屏蔽效应减弱，从而使 Zeta 电位值升高。