膜的選擇,印跡所使用的膜的類型可能影響下列因素:
NC膜和PVDF膜是Western blotting中常用的兩種膜。NC膜是世界上使用最為廣泛的特異性轉移介質之一,也是最早用于Western blotting的膜。PVDF膜在1985年被開發出來,在嚴苛條件下表現出更高的蛋白保留,比如有機溶劑存在時,或者在酸性或堿性條件下。
NC膜與蛋白質之間靠靜電和疏水作用結合,NC膜是親水膜,無需預先活化,對蛋白質的活性影響小;背景低;價格低廉,使用方便。缺點是韌性較差,易損壞,不能反復使用。在非離子型去污劑作用下,結合的蛋白容易被洗脫下來。
PVDF膜與蛋白質之間靠疏水作用結合,與NC膜相比,PVDF膜有著更高的機械強度和出色的化學穩定性,適合多次剝離(stripping)和反復檢測(reprobing)。同時,PVDF膜有著更高的結合能力,NC膜的典型結合能力是80 -100 μg/cm2,而PVDF膜達到150-160 μg/cm2 (結合強度 PVDF膜比NC膜強 6 倍),這意味著靈敏度更高。由于PVDF膜的疏水性,成為疏水蛋白質(如膜蛋白)的機構疏松。也正因為如此,PVDF膜需要甲醇潤濕才能被常規的轉膜液所浸潤,繼而進行轉膜與蛋白結合。
綜上,現階段實驗室印跡轉印膜常用PVDF膜而非NC膜。
在分子水平,蛋白質吸附至少部分源于疏水氨基酸側鏈與聚合物表面疏水區的相互作用。Matsudaira(1987)觀察到,在疏水殘基被切割之后,小肽的測序效率下降80%,這可能是由于殘余肽段被洗脫。同時,在肽段消化降解時,也觀察到疏水肽段往往不能像親水肽段那樣高效洗脫(Iwamatsu,1991;Fernandez等,1992)。McKeon和Lyman(1991)發現,轉印緩沖液中添加的Ca2+離子可增強鈣調蛋白與Immobilon®-P轉印膜的結合。鈣的結合導致蛋白質分子結構中形成一個疏水袋,從而增加蛋白與膜的結合。
綜上,PVDF膜結合蛋白的機理:PVDF膜的表面具有疏水性,而許多蛋白質也具有疏水性區域,PVDF膜表面和蛋白質疏水區域之間發生疏水作用導致其相互結合。
PVDF膜為什么需預先活化:
PVDF膜本質是一種疏水性的聚合物,具有疏水性且不帶電荷,不能被轉膜液所浸潤,為了在水性緩沖液中使用,需要在使用前進行預處理以浸潤和活化膜。最常見的方法是使用50%(v/v)或更高濃度的醇(甲醇、乙醇和異丙醇)溶液浸潤和活化,使PVDF膜中微孔內的空氣被低表面張力的甲醇所替代,從而易于后續水或者緩沖液進入PVDF膜中的微孔內,使PVDF膜從疏水性變成親水性,隨著膜的外觀從不透明變為半透明,表明PVDF膜已經浸濕。之后用水反復沖洗以去除醇類,再將膜直接放入轉印緩沖液中平衡。一旦膜被浸濕,通過電轉移,蛋白質與膜接觸產生疏水作用而被吸附在PVDF膜上。
在電轉移過程中,蛋白與膜的結合貫穿整個膜的厚度(深度),結合能力是由孔的內部表面積來決定的(Mansfield,1994)。隨著膜孔徑的不斷減小,膜對低分子量的蛋白結合就越牢固,但是膜孔徑如果小于0.1 μm,蛋白的轉移就很難進行了,原因是蛋白質分子的直徑大約在1-100納米之間。
PVDF膜孔徑越小對低分子蛋白吸附越牢固的機理:較小的孔徑會限制蛋白分子的運動,使其轉移速度變慢,蛋白與膜的結合更充分,更容易被攔截在孔道內。此外,較小的孔徑也可以提供更高的膜表面積,從而提高了蛋白與膜接觸的機會。同時,較小的孔徑也可以提供更高的表面密度,從而增加了孔道與溶液之間的分子間吸引力,這種吸附方式稱為“毛細作用"。Schweitzer和Kriz在一項研究中發現,較小的孔徑可以提供更高的蛋白密度并增強其吸附能力。另一方面,蛋白分子量越低,蛋白的比表面積越大,與膜接觸面越大越充分,結合更緊密。
通常情況下,大于20 kD的蛋白選擇0.45 μm的膜,小于20 kD的蛋白選擇0.2 μm的膜。0.2 μm PVDF膜內部表面積大約是0.45 μm PVDF 膜的三倍,使其吸附能力更高。總之,選擇PVDF膜的孔徑大小需要根據樣品蛋白的大小和特性來確定,以獲得較好的結合效果。