光散射技术在蛋白质分析与纳米微粒表征中的应用

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经过十多年的发展,共振光散射(Resonance light scattering,RLS)技术已发展成为强有力的分析和研究手段。但目前的研究主要集中于单波长测定的共振光散射光谱研究,与其它基于本体溶液反映体系的光谱法一样存在干扰因素复杂,重现性差等缺点。因此发展新的RLS方法以及拓宽RLS技术的应用范围具有重要的意义。本文主要进行了两方面的研究:在研究普通共振光散射技术的分析应用基础上建立了散射/荧光比率分析法;光散射技术在碳纳米管研究中的应用,具体研究内容如下:一、共振光散射技术在酪氨酸分析中的应用及散射/荧光比率分析法的建立:1.基于酪氨酸(Tyr)与硝酸银之间的选择性作用,以银纳米粒子(AgNPs)为灵敏RLS探针,建立了实际样品中Tyr定量检测的新方法,并进一步讨论了二者的反应机理以及实验条件的改变对AgNPs形成过程的影响。氢氧化钠浓度为2.0×10-3mol/L,Tyr分子中的酚羟基能够与硝酸银发生氧化还原反应,在320.0 nm-500.0 nnq范围内可以观察到强烈增强的RLS信号,其最大散射峰位于382.0 nm。在此波长下,增强的共振光散射强度(△IRLS)与一定Tyr浓度具有线性关系。据此建立了痕量TVr的共振光散射分析方法。当硝酸银的浓度为2.0×10-4 mol/L,线性范围0.8-12.0μmol/L,检出限2.1×10-7 mol/L,将方法用于实际样品测定,结果灵敏可靠。2.利用RLS技术灵敏度高和荧光分析法选择性较好的特点,以常见的有机染料曙红Y(Eosin Y,EY)与生物大分子HSA作用体系为例,建立了共振光散射和荧光比率分析法,并通过化学反应动力学和热力学相关常数的计算,讨论了体系中散射颗粒动态变化对体系总体表观RLS强度的影响。pH 2.30时,有机荧光小分子EY与人血清白蛋白(HSA)通过作用导致EY自身在302.0 nm处的RLS信号的显著增强,544.0 nm处的荧光强度减弱。同时这两波长处信号强度的比值(I302.0 nm/F544.0 nm)与一定浓度的HSA具有线性关系。据此建立了在较宽的动态范围内测定痕量HSA的散射/荧光比率法(Light scattering/fluorescence ratiometry,LS/FL)。当EY浓度固定在1.0×10-5mol/L,可以检测到0.01-4.80 mg/L范围内含量的HSA,检出限为0.50μg/L,相应的结合常数为1.43×10-3L/mol、结合位点数为1.02。热力学参数证明二者之间同时存在着静电作用和疏水作用,导致了EY在HSA分子上的聚集从而使RLS信号增强,而自身荧光淬灭。结果表明,散射/荧光比率法与传统的单波长RLS法相比,具有更强的抗外界干扰能力。方法用于测定人血清实际样品所的结果与考马斯亮蓝染色法(CBB G-250)一致。二、初步试验了碳纳米管在对苯二胺中的分散程度,并研究了银纳米微粒在碳纳米管表面的生长情况,得到最佳条件下复合微粒的共振光散射、荧光以及吸收强度。实验发现,溶液的酸度与形成复合微粒的粒子大小和数目有密切关系,而碳纳米管微粒的多少对复合物的形成影响不大。本工作表明,碳纳米管作为共振光散射技术的研究对象,开辟了其新的应用范围。对于微粒生长和聚集状态的研究,RLS技术仍不失为较好的分析手段。1.研究对苯二胺(PPD)与单壁碳纳米管(sWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)的作用过程。通过对反应体系吸收光谱、RLS光谱和荧光光谱以及粒度等多种表征手段的初步分析,发现碳纳米管能够与芳香胺类试剂形成强的相互作用,并进一步提出它们相互反应机理。2.研究羧基修饰的碳纳米管与银纳米粒子的相互作用和以MWCNTs为模板的Ag-MWCNTs纳米复合微粒(AgMTNPs)的生长情况。多壁碳纳米管经化学修饰后通过静电引力吸附银纳米粒子使本体溶液的荧光、吸收以及散射信号显著增强,说明二者结合生成了金属复合微粒。这对于金属基纳米复合材料以及纳米改性剂的深入研究具有深刻的意义。
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