DSPE-PEG-NH2 与 COOH 的偶联反应条件详解

DSPE-PEG-NH2（氨基修饰的聚乙二醇磷脂）是一种广泛应用于脂质体修饰、生物材料表面功能化、靶向递送系统中的两亲性分子。它由亲水的 PEG 链和亲脂的 DSPE（1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺）组成，PEG 末端修饰有氨基（–NH2）。这种氨基可以与具有羧基（–COOH）功能团的分子发生酰胺键偶联反应，实现结构定向的共价修饰。

一、反应机理概述

DSPE-PEG-NH2 与 COOH 的共价偶联反应属于酰胺键的形成反应，本质上是羧酸与胺基在一定条件下缩合生成酰胺。该反应在生物材料和药物递送体系中应用广泛，主要包括两种常见偶联方式：

EDC/NHS 活化法

CDI（碳二亚胺）法

二、常用反应体系与条件

1. EDC/NHS 活化法（比较常见）

反应物：

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)碳二亚胺

NHS：N-羟基琥珀酰亚胺

反应步骤：

将带有 –COOH 的分子溶于 MES 缓冲液（pH 5.0~6.0）或无水有机溶剂（如 DMF/DMSO）中；

加入 EDC 与 NHS（摩尔比推荐 EDC:NHS:COOH = 2:2:1）激活羧基；

室温反应 15~30 分钟，生成中间活性酯（NHS-酯）；

加入 DSPE-PEG-NH2，在 pH 7.4 条件下反应 4~12 小时；

透析、冻干或层析纯化产物。

反应环境：

pH 6.0 激活，pH 7.2~7.5 偶联；

温度建议 20~25°C，避免高温降解。

溶剂：

有机体系：DMSO 或 DMF；

水溶体系：MES 或 PBS 缓冲液，需兼顾两者溶解性。

注意事项：

DSPE-PEG-NH2 应先在有机相溶解，再逐滴加入活化液；

避光反应，防止部分敏感分子降解；

若目标分子为生物活性物质，应避免有机溶剂对其活性造成影响。

2. CDI 法（碳二亚胺活化羧酸）

原理：羧酸首先被 CDI 活化形成酰基咪唑中间体，随后与胺基缩合生成酰胺键。

优点：不需 NHS、无副产物、反应温和；

缺点：对水敏感，一般在无水环境下进行。

步骤：

将羧基化分子溶于无水 DCM、THF 或 DMF；

加入 CDI（1.1~2 等摩尔），室温反应 1 小时；

加入 DSPE-PEG-NH2；

室温或略加热（25–40°C）反应 6~12 小时；

纯化方式与 EDC/NHS 法相似。

三、影响反应效率的因素

反应 pH：

羧基活化阶段需要微酸性；

胺基偶联阶段需要中性偏碱（pH 7.4~8.0）；

摩尔比：

为确保偶联效率，一般羧基与胺基摩尔比使用 1.2:1 或更高；

溶剂选择：

水相适合亲水小分子；

有机相适合疏水性羧基底物。

PEG 链长：

PEG2000 或 PEG3400 是常用规格，链长对水溶性和空间位阻有影响。

四、应用实例

DSPE-PEG-NH2 与透明质酸（HA-COOH）偶联制备 HA-PEG-DSPE，用于靶向肿瘤脂质体；

与小分子如叶酸、肽类的 COOH 偶联，用于制备靶向修饰纳米药物；

与壳聚糖衍生物偶联，用于制备阳离子脂质体或基因载体。

五、总结

DSPE-PEG-NH2 与 COOH 反应是构建功能脂质体、生物相容性纳米材料的重要步骤。以 EDC/NHS 或 CDI 为常用偶联方式，该反应在温和条件下进行，能高效形成稳定的酰胺键。通过调控反应条件（如 pH、溶剂、反应时间等）可优化产率和目标结构的保留，广泛用于药物递送、成像探针、疫苗递送等前沿生物医学领域。

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