• 高阳离子电荷密度: 在中性pH下，每个赖氨酸残基的侧链都带一个正电荷，使其成为电荷密度最高的生物聚合物之一。
• pH依赖的二级结构: 与普通合成聚合物不同，PLL作为多肽，其链构象可以发生转变。在生理pH下，侧链正电荷间的强烈静电排斥使其主要呈伸展的无规线团构象。当pH升高至10以上，侧链胺基去质子化，静电排斥消失，链内的氢键作用占主导，使其转变为有序的α-螺旋构象。
• 生物可降解性: 其主链由肽键(-CO-NH-)构成，可以被体内的蛋白酶（如胰蛋白酶、组织蛋白酶）识别并水解切断，最终降解为天然的L-赖氨酸单体。

• 强大的静电络合能力: PLL的高正电荷使其能与带负电荷的大分子（如DNA, RNA, 肝素, 聚阴离子）通过静电作用，自发地络合成纳米级的复合物，称为“复凝聚体 (Polyplexes)”。
• 卓越的细胞/组织粘附性: 哺乳动物细胞的表面由于糖蛋白和糖脂的存在而带负电荷。PLL可以通过静电吸引力，强力地吸附在细胞表面，是实验室中最常用的增强细胞贴壁的包被剂。

PLL的改性主要通过共聚或形成静电复合物来进行，旨在降低其毒性、赋予其“智能”特性或构建功能性薄膜。

这是将PLL的功能与其它模块结合，特别是用于体内应用的核心策略。

• PEG-PLL: 这是最重要的PLL共聚物，是降低其毒性的关键。通过将亲水、中性的PEG链段连接到PLL链上，可以：
  1. 屏蔽正电荷，大幅降低其与细胞膜的破坏性相互作用和与血清蛋白的非特异性结合，从而显著降低毒性。
  2. 提供“隐身”功能，延长其在血液中的循环时间。
  3. 形成核-壳胶束，PLL/核酸复合物为核，PEG为壳，用于基因递送。
• PLL-b-疏水多肽: 将PLL与疏水性多肽（如聚亮氨酸）共聚，可以得到两亲性的多肽共聚物。它们在水中可以自组装形成囊泡（称为polymersomes），用于药物的封装。

PLL作为经典的强聚阳离子，是构筑多层膜和复合水凝胶的理想模块。

• 层层自组装 (Layer-by-Layer, LbL): 通过将基底交替浸入PLL溶液和聚阴离子（如透明质酸、海藻酸盐）溶液中，可以精确地构筑出纳米级厚度的、完全由生物可降解材料组成的多层薄膜，用于药物控释涂层和细胞培养界面。

PLL的保护功能与其强大的正电荷密切相关，主要体现在作为基因药物的保护剂和一种天然的抗菌剂。

与PEI和PAMAM类似，PLL是第一批被研究用于保护和递送核酸的聚阳离子之一。

• 静电压缩与屏蔽: PLL的正电荷与核酸骨架上的负磷酸根发生强烈的静电相互作用，将核酸压缩成致密的、电荷被中和的纳米复合物(polyplexes)。
• 防止酶降解: 在这个复合物中，核酸被紧紧地包裹起来，使其免受核酸酶的降解，从而保护了基因药物在运输过程中的完整性。其生物可降解性是其相比于PEI的潜在优势。

PLL，特别是其同分异构体ε-聚-L-赖氨酸（肽键连接在ε-氨基和α-羧基之间），是一种高效、天然的抗菌剂。

• 作用机理: 其强大的正电荷使其能吸附在带负电荷的细菌细胞膜表面，并通过静电作用破坏膜的完整性，导致细胞内容物泄漏和细菌死亡。
• 应用: ε-聚-L-赖氨酸已被美国FDA批准为“公认安全”(GRAS)的食品添加剂，作为一种天然的食品防腐剂，用于保护米饭、面条、汤和鱼类等食品免受微生物腐败。

这是PLL在生物学实验室中最常规、最广泛的应用。它是一种极其高效、经济的增强细胞贴壁的试剂。

• 工作原理: 玻璃或组织培养级塑料的表面通常带负电荷。用PLL溶液对这些表面进行简单的包被，PLL会通过静电作用形成一层均匀的、带高密度正电荷的分子层。
• 作用效果: 细胞膜表面由于带有唾液酸等分子而呈负电性。这层正电荷的PLL“地毯”通过静电引力，极大地促进了细胞与基底的初始附着和后续的铺展。这对于一些难以贴壁的细胞（如原代神经元）的培养至关重要。

PLL是第一代被用于基因递送的聚阳离子，至今仍是研究基因递送机理的模型系统。它能与DNA形成纳米复合物，并介导其进入细胞。然而，纯PLL的转染效率通常低于PEI或PAMAM，因为它缺乏有效的内涵体逃逸机制。

经过修饰的PLL（特别是PEG-PLL）是构建先进的、生物可降解的药物和基因递送系统的核心平台。

• 作为药物载体: PLL侧链上的伯胺基是高反应活性的“化学手柄”，可以通过化学偶联反应，共价连接化疗药物（如阿霉素）。这可以将小分子药物转化为一个大分子的“高分子前药”，利用EPR效应实现对肿瘤的被动靶向。
• 作为基因载体: PEG-PLL/siRNA纳米复合物是目前最有前景的siRNA药物递送系统之一。其生物可降解性使其相比于非降解的PEI，在临床转化方面具有更大的潜力。

利用PLL卓越的粘膜粘附性，可以开发出能延长药物在给药部位停留时间的制剂。

• 应用: 在口服、鼻腔或眼用制剂中加入PLL或其衍生物，可以使药物载体粘附在相应的粘膜表面，从而增加药物的吸收窗口，提高生物利用度。

与所有强聚阳离子一样，未修饰的PLL具有显著的、依赖于分子量的细胞毒性，这是限制其在体内直接应用的主要障碍。

其毒性主要源于其表面的高密度正电荷。

• 膜破坏作用: 强大的正电荷可以与带负电的细胞膜发生强烈的静电相互作用，破坏膜的完整性，导致细胞内容物泄漏和细胞死亡（坏死）。
• 聚集效应: 在血液中，PLL会与带负电的血清蛋白和血细胞发生聚集，可能引发凝血或免疫反应。

• 分子量依赖性: 毒性随分子量的增加而显著增加。高分子量（>25 kDa）的PLL毒性较强，而低分子量（
• PEG化 (PEGylation): 这是最有效的减毒策略。接枝PEG链可以有效屏蔽正电荷，大幅降低其细胞毒性。
• 生物可降解性的优势: 与不可降解的PEI相比，PLL的一个关键优势是它可以被酶降解为天然的赖氨酸。这意味着即使发生蓄积，它也有可能被缓慢清除，从而降低了长期毒性的风险。

合成高质量、分子量可控的α-聚-L-赖氨酸（肽键在α-氨基和α-羧基之间）的标准方法，是通过其N-羧酸酐(NCA)单体的开环聚合来实现的。

这是一个需要“保护-聚合-脱保”三步的精细过程：

1. 第一步：单体制备与保护
   首先，需要将L-赖氨酸侧链上的ε-氨基用一个保护基（如苄氧羰基Cbz, 或三氟乙酰基TFA）保护起来，以防止其在聚合中发生副反应。然后，将这个被保护的赖氨酸与光气或其等价物反应，得到其NCA单体。
2. 第二步：开环聚合
   将纯化后的NCA单体在无水条件下，用一个引发剂（通常是伯胺）引发开环聚合。这是一个活性可控的聚合过程，可以得到分子量分布很窄的、侧链被保护的聚-L-赖氨酸。
3. 第三步：脱保护
   最后，通过化学方法（如用HBr/乙酸）将侧链上的保护基脱去，得到最终的聚-L-赖氨酸盐（如氢溴酸盐）。

用于食品防腐剂的ε-聚-L-赖氨酸具有不同的连接方式，它不是通过化学合成，而是通过特定微生物（如*Streptomyces albulus*）的发酵来生产的。

• 凝胶渗透色谱 (GPC/SEC): 测定PLL的分子量非常具有挑战性，因为它会与色谱柱填料发生强烈的静电吸附。需要使用特殊的水相GPC系统，并以含有高浓度盐的酸性缓冲液作为流动相来抑制吸附。
• 光散射法 (Light Scattering): 静态光散射(SLS)或多角度光散射(MALS)是测定其绝对重均分子量(Mw)更可靠的方法。

• 圆二色谱 (Circular Dichroism, CD): 这是表征多肽二级结构（α-螺旋, β-折叠, 无规线团）最核心、最强大的技术。通过测量PLL溶液在不同pH下对左旋和右旋圆偏振光的吸收差异，可以清晰地观察到其从无规线团到α-螺旋的构象转变。

• 核磁共振波谱 (NMR): ¹H-NMR可以确认其多肽结构，并用于表征修饰（如PEG化）的程度。
• Zeta电位: 用于测量PLL或其复合物在溶液中的表面电荷，是评估其与细胞和核酸相互作用的关键参数。

这是评估其作为基因载体功能的核心指标。

• 凝胶阻滞实验 (Gel Retardation Assay): 将固定量的DNA与不同量的PLL（以N/P比表示）混合，通过琼脂糖凝胶电泳确定能够完全络合DNA所需的最低N/P比。

PLL是表面工程领域最常用、最高效的“表面电荷转换剂”，其核心作用是通过简单的物理吸附，将带负电荷的表面转变为带高密度正电荷的生物功能界面。

这是PLL最广泛的表面工程应用。

• 工作原理: 将PLL的稀水溶液加入到玻璃或组织培养塑料器皿中，孵育片刻后洗去。PLL会通过静电作用自发地在表面形成一层单分子层。
• 功能: 这层均匀、稳定的正电荷层极大地促进了带负电的细胞膜与基底的静电吸引，是增强细胞（特别是神经元等难贴壁细胞）粘附、铺展和生长的黄金标准方法。

PLL是构建生物可降解多层薄膜最经典的聚阳离子。通过将基底交替浸入PLL溶液和生物聚阴离子（如透明质酸、肝素、DNA）溶液中，可以精确地构筑出具有特定功能（如药物控释、细胞行为调控）的纳米级涂层。