生物传感器涉及到酶的固定化，固定在表面上的酶需要以特定的取向吸附在表面上并保持生物活性，因此控制酶的吸附取向为该应用中的关键科学问题。
本工作以混合自组装单分子膜SC10–COOH/SC3–OH SAM（COOH/ OH-SAM）为表面模型，溶菌酶为蛋白质模型，采用全原子分子动力学模拟方法考察电场对表面结构的影响，以及结构变化对溶菌酶界面吸附行为的调控。模拟发现，通过改变电场的方向和强度可调节COOH/OH-SAM表面长链分子的弯曲与直立，以及表面链分子之间形成的氢键数目，从而调节表面的浸润性、表面电荷分布和表面电荷密度，进而调节酶在表面上的吸附取向。
在没有外加电场的条件下，表面长链分子部分弯曲，羧基亲水基团和烷基疏水部分在表面呈现比较均一的分布状态。对表面施加了正电场之后，表面羧基链和羟基链趋于直立，羧基基团暴露于表面，表面链取向分布趋于单一。对表面施加了负电场之后，表面羧基链弯曲，羧基基团埋藏于表面内部，露出疏水的烷基链，表面羧基链和羟基链的取向分布比无电场时更宽。表面结构的变化导致了表面浸润性的变化。不同电场作用下，表面浸润性及电荷分布的变化也引起了溶菌酶在表面的吸附取向变化。在正电场强度较大时，溶菌酶的优势取向发生了变化，即取向角的余弦值cos(θ) 从–0.82（“back-on”取向）转变为–0.33（“bottom-leaning”取向）。在负电场的作用下，吸附溶菌酶的优势取向转变为“side-on”。此构型中，由于表面疏水性的增大，溶菌酶以更多的中性残基与表面紧密结合。对不同条件下溶菌酶的构象分析表明，电场施加于表面并未使溶菌酶的活性受到较大的影响，因此在模拟研究的电场强度范围内，可不必担心电场的施加会造成溶菌酶的失活。
该工作可为生物传感器中精确调控蛋白质界面行为提供参考。
相关研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助和支持。
