DSPE-PEG-NH2 與 COOH 的偶聯反應條件詳解

DSPE-PEG-NH2（氨基修飾的聚乙二醇磷脂）是一種廣泛應用于脂質體修飾、生物材料表面功能化、靶向遞送系統中的兩親性分子。它由親水的 PEG 鏈和親脂的 DSPE（1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺）組成，PEG 末端修飾有氨基（–NH2）。這種氨基可以與具有羧基（–COOH）功能團的分子發生酰胺鍵偶聯反應，實現結構定向的共價修飾。

一、反應機理概述

DSPE-PEG-NH2 與 COOH 的共價偶聯反應屬于酰胺鍵的形成反應，本質上是羧酸與胺基在一定條件下縮合生成酰胺。該反應在生物材料和藥物遞送體系中應用廣泛，主要包括兩種常見偶聯方式：

EDC/NHS 活化法

CDI（碳二亞胺）法

二、常用反應體系與條件

1. EDC/NHS 活化法（比較常見）

反應物：

DSPE-PEG-NH2（溶于 DMSO、DMF 或水）

羧基化分子（如小分子、蛋白、聚合物等）

EDC：1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺

NHS：N-羥基琥珀酰亞胺

反應步驟：

將帶有 –COOH 的分子溶于 MES 緩沖液（pH 5.0~6.0）或無水有機溶劑（如 DMF/DMSO）中；

加入 EDC 與 NHS（摩爾比推薦 EDC:NHS:COOH = 2:2:1）激活羧基；

室溫反應 15~30 分鐘，生成中間活性酯（NHS-酯）；

加入 DSPE-PEG-NH2，在 pH 7.4 條件下反應 4~12 小時；

透析、凍干或層析純化產物。

反應環境：

pH 6.0 激活，pH 7.2~7.5 偶聯；

溫度建議 20~25°C，避免高溫降解。

溶劑：

有機體系：DMSO 或 DMF；

水溶體系：MES 或 PBS 緩沖液，需兼顧兩者溶解性。

注意事項：

DSPE-PEG-NH2 應先在有機相溶解，再逐滴加入活化液；

避光反應，防止部分敏感分子降解；

若目標分子為生物活性物質，應避免有機溶劑對其活性造成影響。

2. CDI 法（碳二亞胺活化羧酸）

原理：羧酸首先被 CDI 活化形成酰基咪唑中間體，隨后與胺基縮合生成酰胺鍵。

優點：不需 NHS、無副產物、反應溫和；

缺點：對水敏感，一般在無水環境下進行。

步驟：

將羧基化分子溶于無水 DCM、THF 或 DMF；

加入 CDI（1.1~2 等摩爾），室溫反應 1 小時；

加入 DSPE-PEG-NH2；

室溫或略加熱（25–40°C）反應 6~12 小時；

純化方式與 EDC/NHS 法相似。

三、影響反應效率的因素

反應 pH：

羧基活化階段需要微酸性；

胺基偶聯階段需要中性偏堿（pH 7.4~8.0）；

摩爾比：

為確保偶聯效率，一般羧基與胺基摩爾比使用 1.2:1 或更高；

溶劑選擇：

水相適合親水小分子；

有機相適合疏水性羧基底物。

PEG 鏈長：

PEG2000 或 PEG3400 是常用規格，鏈長對水溶性和空間位阻有影響。

四、應用實例

DSPE-PEG-NH2 與透明質酸（HA-COOH）偶聯制備 HA-PEG-DSPE，用于靶向腫瘤脂質體；

與小分子如葉酸、肽類的 COOH 偶聯，用于制備靶向修飾納米藥物；

與殼聚糖衍生物偶聯，用于制備陽離子脂質體或基因載體。

五、總結

DSPE-PEG-NH2 與 COOH 反應是構建功能脂質體、生物相容性納米材料的重要步驟。以 EDC/NHS 或 CDI 為常用偶聯方式，該反應在溫和條件下進行，能高效形成穩定的酰胺鍵。通過調控反應條件（如 pH、溶劑、反應時間等）可優化產率和目標結構的保留，廣泛用于藥物遞送、成像探針、疫苗遞送等前沿生物醫學領域。