【背景及概述】^[1][2]

瓊脂糖的概述瓊脂糖又名瓊膠素，是從紅藻中提出的鏈狀中性多糖，其不含或含少量硫酸酯鹽，是瓊膠的主要組成成分。在低濃度時(shí)就具有高凝膠強(qiáng)度，為近透明的凝膠基質(zhì)，對微生物具有穩(wěn)定性，因此在生化、醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域有著廣泛的用途。瓊脂糖不僅在生化上可作為凝膠電泳的支持物和親和層析的載體，在醫(yī)學(xué)上還可用于研究病毒嗜菌體、細(xì)菌、臨床檢驗(yàn)、生化分析、蛋白質(zhì)、核酸、抗原、抗體，以及多糖的分離、提純及藥物的制備。

【瓊脂糖結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)】^{[1] [3]}

瓊脂糖是線性多糖，是由半乳糖和內(nèi)醚半乳糖這兩種單糖交替連接構(gòu)成的，如圖。瓊脂糖為白色或微黃色的粉末，無臭。熱水是其的溶劑，亦能溶于二甲基亞砜及甲酷胺溶液中。瓊脂糖具有溶膠礙熱可逆特性。瓊脂糖膠液凝固時(shí)的溫度稱凝固溫度，而瓊脂糖凝膠恪化時(shí)的溫度稱溶化溫度。瓊脂糖膠液凝固的機(jī)理基本上與提出的卡拉膠的形成機(jī)理相類似。瓊脂糖溶液冷卻時(shí)，兩條瓊脂糖分子的糖鏈會以雙螺旋的方式纏繞，生成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)過進(jìn)一步的冷卻，離散的雙螺旋體會聚集起來且緊密排列，形成更加堅(jiān)硬的凝膠，如圖。這個(gè)過程說明瓊脂糖凝膠的滯后性，也說明瓊脂糖分子的細(xì)致結(jié)構(gòu)對其凝膠性質(zhì)變化的影響。瓊脂糖由于含負(fù)電基團(tuán)比瓊膠少，因此具有比瓊膠更優(yōu)良的性質(zhì)，如硫酸根含量低、凝膠強(qiáng)度高、電內(nèi)滲低等。

圖1 瓊脂糖的結(jié)構(gòu)圖

圖2 瓊脂糖凝膠的形成機(jī)制

【瓊脂糖的改性】^{[1] [4]}

瓊脂糖的改性是指通過一些物理或化學(xué)的方法改變普通瓊脂糖的性能，使其性能更加優(yōu)良或者具有特殊的用途。目前主要的瓊脂糖改性產(chǎn)品包括：低溶點(diǎn)瓊脂糖、低電內(nèi)滲瓊脂糖、瓊脂糖凝膠層析介質(zhì)等。低培點(diǎn)瓊脂糖低恪點(diǎn)瓊脂糖是經(jīng)過化學(xué)修飾旳瓊脂糖，修飾的程度決定溶化和凝固的溫度。低恪點(diǎn)瓊脂糖主要用于脫氧核糖核酸的快速回收，可很方便地分離大小范圍在幾百個(gè)堿基對到左右的片段。

因?yàn)榈腿茳c(diǎn)瓊脂糖在65℃左右溶化，遠(yuǎn)低于解鏈溫度。這種特性使它還可以用于DNA的簡單純化和酶處理（限制酶消化連接），或在溶化的膠中直接進(jìn)行細(xì)菌轉(zhuǎn)化。低焰點(diǎn)瓊脂糖不僅能在低溫下焰化，而且可在低溫下凝結(jié)。該特性使它在30-35℃范圍內(nèi)仍呈液態(tài)，所以能無損傷地包埋細(xì)胞。這種處理方式可用于脈沖場凝膠電泳分析前，在瓊脂糖栓內(nèi)包埋染色體。而在電泳時(shí)，低培點(diǎn)瓊脂糖凝膠沒有海和酶活性，對限制酶和連接酶也只有很低抑制作用，用溴化乙錠染色后，只顯示出很低的背景突光。利用低溶點(diǎn)瓊脂糖純化得到的有以下幾個(gè)優(yōu)勢：的純化速度快，不需要借助超速離心機(jī)；（得到的能高效轉(zhuǎn)化為粗糙脈孢霉；（得到的可直接用于限制酶切、細(xì)菌轉(zhuǎn)化、修飾反應(yīng)、放射性標(biāo)記等方面的實(shí)驗(yàn)。目前已廣泛應(yīng)用于血清蛋白、脊髓液蛋白、尿蛋白、血紅蛋白及各種酶類的測定與酶譜分析。近年來，結(jié)合免疫化學(xué)分析，其用途更加廣泛。低供點(diǎn)瓊脂糖的改性原理降低溶解溫度的原理是通過化學(xué)改性，把中性基團(tuán)引入瓊脂糖的分子鏈中半乳糖的某一個(gè)碳原子上，在螺旋鏈上產(chǎn)生了一個(gè)“扭結(jié)”，減弱了瓊脂糖雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成能力，而并不破壞瓊脂糖的雙螺旋結(jié)構(gòu)，主鏈的骨架結(jié)構(gòu)不變，只是使培化溫度和凝固溫度都有所降低。所以，改性后的瓊脂糖衍生物仍擁有瓊脂糖的凝膠特性。

【低熔點(diǎn)瓊脂糖的應(yīng)用】^[1]

制備DNA  項(xiàng)曉瓊和周平坤發(fā)明了一種簡便、高效的細(xì)胞制備方法，通過低擦點(diǎn)瓊脂糖包埋法，制備出可以用于分子雜交的細(xì)胞。

純化DNA  劉秋云發(fā)現(xiàn)了堿法或煮沸法小量提取得到的經(jīng)低擦點(diǎn)瓊脂糖的純化后，可以高效轉(zhuǎn)化粗糖脈孢霉，且低溶點(diǎn)瓊脂糖純化的轉(zhuǎn)化效率能接近或達(dá)到氯化銫梯度離心純化的轉(zhuǎn)化效率。經(jīng)限制酶切或修飾反應(yīng)后的也可用低溶點(diǎn)瓊脂糖純化。該方法的優(yōu)點(diǎn)是快速、高效，且純化后的還可用于限制酶切、修飾反應(yīng)、細(xì)菌轉(zhuǎn)化及放射性標(biāo)記。劉秋云利用低培點(diǎn)瓊脂糖純化得到的進(jìn)行轉(zhuǎn)化，成功地克隆了基因。

回收DNA  劉超李越等人研究出用低焰點(diǎn)瓊脂糖回收高分子進(jìn)行指紋圖分析的方法，并應(yīng)用到實(shí)際辦案中。

【研究意義】^[1][2][3][4]

瓊脂糖是一種應(yīng)用廣泛的多糖類物質(zhì)。1937年次從瓊脂中分離出瓊脂糖之后發(fā)展至今，瓊脂糖以其近似理想的凝膠特性，已成為現(xiàn)代生物技術(shù)工業(yè)中生物聚合物的擴(kuò)散和點(diǎn)動力學(xué)移動不可或缺的凝膠基質(zhì)。隨著科研技術(shù)的進(jìn)步，對瓊脂糖的需求量也在不斷增大，具有廣闊的市場前景，國外對瓊脂糖的研究遠(yuǎn)早于國內(nèi)，并已形成一系列產(chǎn)品，并占領(lǐng)了主要瓊脂糖市場。由于國內(nèi)生產(chǎn)的瓊脂糖產(chǎn)品的品質(zhì)不及國外同類產(chǎn)品，目前國內(nèi)科研用的瓊脂糖主要依賴國外進(jìn)口產(chǎn)品，且進(jìn)口的瓊脂糖產(chǎn)品價(jià)格昂貴，所以每年我國需要投入相當(dāng)大的資金用于進(jìn)口，這使得使我國生物技術(shù)產(chǎn)品的成本提高，在不利于在國際市場上的競爭。因此，有必要研究和創(chuàng)新新型的瓊脂糖衍生物生產(chǎn)工藝，研制高品質(zhì)的新型瓊脂糖產(chǎn)品，簡化生產(chǎn)工藝，降低新型瓊脂糖產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，是我國瓊脂糖產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向。

【參考資料】

[1]吳鋼. 低熔點(diǎn)瓊脂糖的改性與制備技術(shù)研究[D].福建農(nóng)林大學(xué),2014.

[2]李慶旺,熊瑤,蔡坤淇,MIAO Song,張龍濤,鄭寶東.利用纖維素酶降解瓊脂糖的條件優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技,2017,38(14):156-161+166.

[3]黃永睿. 卡拉膠/瓊脂糖復(fù)合海綿的制備及對巨噬細(xì)胞的免疫調(diào)控活性[D].暨南大學(xué),2017.

[4]張仁梅,張軍,謝夢圓,陳建蘇.瓊脂糖凝膠的光學(xué)特性[J].紅外與激光工程,2016,45(07):125-131.