牛血清白蛋白调控吐温类表面活性剂的泡沫性能

摘要

泡沫作为一种特殊的分散体系在工业和日常生活中有着广泛的应用。有效控制泡沫的形成和稳定具有十分重要的意义。表面活性剂和蛋白质体系一直是人们研究的热点。表面活性剂和蛋白质的相互作用能够改变界面吸附层的性质，从而对泡沫体系的稳定性产生重要影响。吐温类表面活性剂(Tweens surfactant)因其具有乳化、分散、增溶和稳定等功能，且无毒性、性能温和等特点，与蛋白质的相互作用研究受到了广泛关注。本文中，我们以Tween20、Tween40两种非离子表面活性剂和牛血清白蛋白(BSA)为研究对象，利用法国TECLIS-ITConcept公司Foamscan泡沫扫描仪，测定了其单一和混合体系的起泡性、泡沫携液量、泡沫稳定性、气泡大小及分布，确定了研究范围内最佳的泡沫体系，并通过表面张力和界面扩张流变性的测定研究了Tween20、Tween40和BSA在气液界面上的聚集行为;采用荧光光谱法研究了表面活性剂和BSA体系的稳态荧光，考察了Tween20和Tween40对BSA同步荧光与内源荧光的影响。同时研究了单一和混合体系的圆二色光谱。
　　 论文的第一部分概述了泡沫的种类、起泡性和稳定性的影响因素、泡沫的研究方法和应用，介绍了Tweens表面活性剂和BSA的结构和性质特点，并概述了表面活性剂和蛋白质相互作用的研究进展及意义。
　　 论文的第二部分详细介绍了泡沫研究的实验方法,包括泡沫扫描仪和界面扩张流变仪的装置、测试方法和数据分析，荧光与圆二色光谱法的原理及测试方法。
　　 论文的第三部分系统研究了Tween20和BSA体系的泡沫性能，并通过表面张力、界面扩张流变、荧光和圆二色光谱研究Tween20和BSA体系的界面性质和相互作用以探讨泡沫的稳定机理。泡沫测试结果表明，Tween20和BSA及其混合体系的起泡性随起泡剂浓度的增加而增大，且Tween20体系具有较好的起泡性;泡沫中气泡随起泡剂浓度的增加而减小，但是BSA的气泡要比Tween20体系的大得多;气泡的形状随时间增长由球形变为多边形，而BSA气泡的多边形形状不明显;Tween20体系(无论含有还是不含有BSA)的最大泡沫携液量可以达到20 ml，而BSA体系的最大泡沫携液量仅为8ml;随Tween20浓度的增加，单一Tween20体系和Tween20/BSA混合体系的半衰期先增大后减小，混合体系的最大半衰期所对应的Tween20浓度比单一体系的小，且混合体系的半衰期大于单一体系的，最佳的泡沫稳定体系组成为1.0 g·L-1 Tween20和1.0g·L-1 BSA;BSA体系的半衰期缓慢增加然后逐渐达到一个平台。表面张力和界面扩张流变性结果表明，Tween20和BSA在气液界面上竞争吸附，没有形成Tween20-BSA复合物;随振荡频率增加，单一Tween20和混合体系的绝对模量和扩张弹性模量逐渐增大，粘性部分逐渐减小。随Tween20浓度增加，单一Tween20和混合体系的绝对模量和扩张弹性模量先增大后减小，粘性部分先减小后增大，并且弹性模量大于粘性部分，说明吸附膜以弹性为主;混合体系的绝对模量和扩张弹性模量大于单一体系者，0.01 g·L-1 Tween20和0.01 g·L-1 BSA体系的绝对模量值最大（界面流变性测试的浓度比相应的泡沫溶液的浓度小100倍，保持了相同的Tween20和BSA比例），正好对应最稳定泡沫体系。荧光光谱表明，Tween20/BSA混合体系形成的疏水微区极性低于单一体系者，而且Tween20对BSA荧光有猝灭作用，使色氨酸残基处于更加疏水的环境，但圆二色光谱表明Tween20的存在不会改变BSA的的二级结构。Tween20和BSA分子间相互作用和凝胶状的界面网状结构的形成提高了吸附膜表面弹性，增加了抵抗外界干扰的能力，降低了液膜排液速率，进而提高了泡沫的稳定性。
　　 论文的第四部分系统研究了Tween40和BSA体系的泡沫性能、气液界面的聚集行为、荧光光谱和圆二色光谱。泡沫测试结果表明，Tween40体系具有较好的起泡性，但是泡沫排液速率较快，泡沫稳定性不好;BSA体系的起泡性不好，但是排液速率慢和泡沫稳定性好;Tween40/BSA混合体系能够兼有两者优点，具有较好的起泡性和泡沫稳定性，通过调整Tween40和BSA的比例可以得到不同稳定性的泡沫体系，最稳定的泡沫体系由2.0 g.L-1 Tween40和0.05 g·L-1BSA组成，且BSA用量比最稳定的Tween20/BSA体系要少。表面张力结果表明，BSA和Tween40在界面上发生竞争吸附，同时体相中形成了BSA-Tween40复合物，Tween40随其浓度的增大逐渐取代界面上BSA分子。界面扩张粘弹性结果表明，绝对模量和界面弹性随频率增加而逐渐增大，随Tween40浓度的增加而增大，各体系的吸附膜均以弹性为主，BSA的加入反而降低了Tween40体系的扩张模量，而BSA能够提高Tween40体系泡沫稳定性，两者不能相对应。荧光光谱表明，BSA的加入显著降低了Tween40溶液体系微环境的极性，BSA和Tween40相互作用形成复合物，Tween40主要与BSA分子中的色氨酸残基发生相互作用，使其周围环境的疏水性增强。Tween40的加入使BSA的内源荧光发生猝灭，并使最大峰位发生蓝移，也证实了色氨酸残基周围环境的疏水性的改变。BSA的圆二色光谱表明，Tween40与BSA相互作用，但基本不改变BSA的二级结构，显示了Tween40良好的生物相容性。对于泡沫体系，由于所用Tween40浓度大于cmc，尽管Tween40已取代在界面上的BSA分子，且Tween40在BSA分子的缔合已达饱和，但两者之间的疏水相互作用可促进界面网状结构的形成，进而提高吸附膜的界面粘弹性和溶液的粘度，因而使泡沫的稳定性增强。但当Tween40浓度小于cmc时，BSA与Tween40发生相互作用并在体相中形成复合物，BSA吸附较多的Tween40分子，从界面进入体相，从而相对减小了界面上的Tween40分子，导致吸附膜的粘弹性降低，影响了薄膜的稳定性。因而观察到BSA的存在反而降低了Tween40体系的扩张模量。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 泡沫

1．1．1 起泡性和稳定性的影响因素

1．1．2 泡沫的研究方法

1．1．3 泡沫的应用

1．2 非离子表面活性剂概述

1．3 牛血清白蛋白

1．4 表面活性剂和蛋白质的相互作用

1．4．1 泡沫

1．4．2 表面活性剂和蛋白质气液界面性质

1．4．3 表面活性剂和蛋白质混合体系体相性质的研究

1．5 论文的研究背景和研究内容

参考文献

第二章 泡沫性质及机理研究的实验方法

2．1 前言

2．2 泡沫性质测定

2．3 表面张力测定

2．4 表面扩张流变测定

2．5 荧光光谱测定

2．6 圆二色光谱测定

参考文献

第三章 牛血清白蛋白对Tween 20水溶液泡沫性能的影响

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 泡沫性质

3．3．2 泡沫稳定机制

3．4 结论

参考文献

第四章 牛血清白蛋白对Tween 40水溶液泡沫性能的影响

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验方法

4．3 结果和讨论

4．3．1 泡沫性质

4．3．2 BSA稳定Tween 40体系泡沫的机制

4．4．结论

参考文献

论文的创新点与不足

致谢

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