阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGP)分子的自聚集行為及其對單壁碳納米管分散的研究.pdf

1、多糖是生物體內(nèi)除蛋白質(zhì)和核酸以外的另一類重要的生物大分子，廣泛存在于動物、植物和微生物體內(nèi)，發(fā)揮著重要的生理功能。阿拉伯膠是眾多多糖中的一種，來源于金合歡屬(Acacia)的Acacia senegal、Acacia seyal等樹種所分泌的樹膠。阿拉伯膠是人類使用歷史最悠久的多糖之一，其使用歷史可以追溯到4000多年前的古埃及時代。它也是最早由美國食品及藥品管理局(US Food and DrugAdministration．FDA)

2、批準(zhǔn)的可應(yīng)用于食品的親水膠體之一，己被廣泛地應(yīng)用于食品、制藥、化妝品等行業(yè)。近些年，隨著對阿拉伯膠深入的研究，阿拉伯膠在生物醫(yī)藥、納米科學(xué)、材料科學(xué)領(lǐng)域也顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。
　　 阿拉伯膠含有阿拉伯半乳聚糖(AG)，阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGP)和糖蛋白(GP)。AGP分子中既含有疏水的多肽鏈部分，也含有親水的多糖部分，具有“編花式，wattle blossom-type”分子結(jié)構(gòu)，它賦予了阿拉伯膠良好的界面活性。本論文對阿

3、拉伯膠，特別是AGP組分的性質(zhì)和作用及其對阿拉伯膠溶液性質(zhì)的影響，進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　 1．“熟化”過程對于阿拉伯膠中AGP組分的影響?！笆旎背潭仍礁?，阿拉伯膠中“AGP”組分的含量越高，阿拉伯膠的分子量越高?！笆旎边^程中AG和GP分子相互結(jié)合，形成具有兩親性質(zhì)的“類AGP”多糖/蛋白質(zhì)聚集體?！笆旎边^程中所形成的“AGP”分子不含天然AGP分子所具有的聚脯氨酸PPII螺旋結(jié)構(gòu)。
　　 2．阿

4、拉伯膠溶液中AGP分子的自聚集行為。阿拉伯膠分子的流體力學(xué)直徑(Dh)對溶液的濃度具有一定的依賴性。高于臨界轉(zhuǎn)變濃度(ca.30 mg/mL)時，阿拉伯膠分子會發(fā)生分子自聚集。阿拉伯膠分子自聚集行為與阿拉伯膠分子自身表面電荷的變化有關(guān)。當(dāng)阿拉伯膠溶液濃度大于lmg/lmL時，阿拉伯膠分子的電位的絕對值急劇減小，分子間靜電斥力迅速減小，分子傾向于聚集。通過“疏水探針”法確定的AGP分子的臨界膠束濃度(CMC)約為1.95 mg/mL，處于

5、阿拉伯膠分子發(fā)生分子自聚集的臨界轉(zhuǎn)變濃度范圍之內(nèi)。阿拉伯膠分子自聚集行為的本質(zhì)是AGP分子在溶液中形成膠束。AGP分子在不同濃度的溶液中可以形成“分子內(nèi)”或“分子間”膠束。當(dāng)阿拉伯膠溶液濃度低于臨界膠束濃度時，AGP分子電位的絕對值較高，分子間靜電斥力較大，分子間相互作用困難，AGP分子傾向于形成“分子內(nèi)”膠束；當(dāng)阿拉伯膠溶液濃度高于臨界膠束濃度時，AGP分子電位的絕對值較低，分子間靜電斥力較小，分子間較易發(fā)生相互作用，AGP分子形成“

6、分子間”膠束。
　　 3．阿拉伯膠溶液的剪切變稀行為。通過引入?yún)?shù)——?dú)w一化粘度和臨界剪切速率，描述了阿拉伯膠溶液的剪切變稀行為。阿拉伯膠溶液的剪切變稀行為與溶液濃度相關(guān)，溶液剪切變稀行為在交疊濃度最為明顯。通過動態(tài)光散射方法考察剪切速率對阿拉伯膠分子粒徑的影響，發(fā)現(xiàn)阿拉伯膠溶液的剪切變稀行為源于溶液中存在AGP分子膠束的締合平衡。以此為基礎(chǔ)，建立了唯象的物理模型，對阿拉伯膠溶液的流變學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了描述和解釋。AGP分子膠束在剪切

7、時遭到破壞，剪切變稀現(xiàn)象發(fā)生。靜置或減小剪切速率后，AGP分子在疏水作用下重新聚集成膠束。在空間位阻和剪切作用的影響下，AGP分子在重建過程中可以形成尺寸更大的膠束，使溶液粘度和模量增加。當(dāng)阿拉伯膠溶液濃度處于交疊濃度以下時，AGP分子以“分子內(nèi)”膠束的形式存在，剪切前后AGP分子聚集方式不發(fā)生變化，溶液的剪切變稀行為不明顯；在交疊濃度下，剪切后的AGP分子聚集方式由“分子內(nèi)”膠束轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺肿娱g”膠束，溶液的剪切變稀行為顯著；在高濃度下

8、，AGP分子以“分子間”膠束形式存在，剪切前后分子聚集方式不變，溶液的剪切變稀行為不明顯。在高速剪切下，AGP分子膠束被完全破壞，溶液呈牛頓流體行為。
　　 4．AGP分子膠束對阿拉伯膠溶液觸變性的影響。由于阿拉伯膠溶液中AGP分子膠束存在締合平衡，因此阿拉伯膠溶液具有觸變性。AGP膠束在不同的剪切速率下的聚集狀態(tài)各不相同，它對阿拉伯膠溶液的流變學(xué)性質(zhì)具有顯著的影響。阿拉伯膠溶液的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力可以通過應(yīng)力階躍(stress jump

9、)進(jìn)行分解，溶液的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力中的彈性貢獻(xiàn)主要來自AGP分子膠束。剪切速率越小，阿拉伯膠溶液中AGP分子膠束越多，溶液穩(wěn)態(tài)應(yīng)力中的彈性貢獻(xiàn)越大。
　　 5．阿拉伯膠溶液分散和穩(wěn)定單壁碳納米管的機(jī)理。當(dāng)阿拉伯膠濃度高于1mg/mL時，能有效地分散和穩(wěn)定單壁碳納米管。阿拉伯膠溶液濃度越高，單壁碳納米管在溶液中聚集狀態(tài)（單壁碳納米管束）越少，單根單壁碳納米管越多。通過GPC-MALLS、熒光、表面張力、圓二色譜以及流變學(xué)的方法，證明了AG

10、P是阿拉伯膠中分散、穩(wěn)定單壁碳納米管的關(guān)鍵組分。AGP分子通過疏水作用與單壁碳納米管發(fā)生相互作用，通過提供空間位阻和靜電斥力以維持單壁碳納米管在水中的穩(wěn)定性，其中空間位阻作用為主導(dǎo)。阿拉伯膠溶液濃度越高，單壁碳納米管表面AGP分子的吸附量越高，單壁碳納米管在溶液中的數(shù)量越多，穩(wěn)定性越好。
　　 6．AGP對單壁碳納米管生物相容性的改善。作用于單壁碳納米管表面的AGP分子，能夠明顯地降低單壁碳納米管對于Hela細(xì)胞增殖分裂的抑制率

11、。單壁碳納米管表面吸附的AGP分子越多，單壁碳納米管對于Hela細(xì)胞增殖分裂的抑制率減小越明顯。通過AGP分子對單壁碳納米管表面進(jìn)行非共價(jià)的修飾能減小單壁碳納米管的細(xì)胞毒性，提高單壁碳納米管的生物相容性。另外，由于單壁碳納米管和甲瓚之間容易發(fā)生非特異性吸附，使用MTT法來評價(jià)單壁碳納米管的細(xì)胞毒性會帶來一定的實(shí)驗(yàn)誤差。
　　 7．使用單壁碳納米管/阿拉伯膠分散液制備單壁碳納米管薄膜。采用“抽濾”法，使用單壁碳納米管/阿拉伯膠分散