丹東百特儀器有限公司
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關(guān)鍵詞:蛋白、微流變、粘彈性信息、溫度變性
動態(tài)光散射微流變是通過動態(tài)光散射得到示蹤粒子的均方位移MSD來得到溶液流變學(xué)信息的技術(shù),可以用來檢測中低粘度高分子溶液體系、蛋白溶液、凝膠體系,在這種體系中示蹤粒子可以具有明顯位移。相對于機械流變技術(shù),微流變的檢測過程和數(shù)據(jù)處理直接快速,可以得到高頻下樣品的粘彈性信息。
BSA蛋白加熱變性示意圖
在這個應(yīng)用報告中,使用丹東百特公司出品的BeNano 180 Zeta 納米粒度及 Zeta電位分析儀檢測了不同BSA樣品。BSA溶液在低溫條件下分散較好,在加熱過程中會發(fā)生熱變性,生成蛋白質(zhì)團聚物,從而極大的改變?nèi)芤盒再|(zhì)。我們通過BeNano微流變技術(shù)檢測了BSA溶液不同溫度下的粘彈性信息。
原理
動態(tài)光散射微流變中加入粒徑范圍在0.3-2.0μm的膠體顆粒作為示蹤粒子。這些示蹤粒子的運動方式反映了周圍環(huán)境的流變學(xué)性質(zhì)。對于純粘性流體樣品(牛頓流體),示蹤粒子在整個樣品環(huán)境中自由擴散,顆粒的均方位移MSD隨時間線性增加。
其中D為顆粒的擴散系數(shù),通過帶入標準Stokes-Einstein方程:
其中R(h)是示蹤粒子的半徑,便可以得到MSD與粘度之間的關(guān)系:
通過擬合MSD隨時間的曲線,即可得到牛頓流體的粘度𝜂。然而在一些體系中還包含彈性成分,對于此類體系,我們用廣義Stokes-Einstein方程進行描述:
這個方程可以通過MSD計算依賴于頻率的彈性/存儲模量G’和粘性/損耗模量G”, 并可以計算復(fù)數(shù)粘度以及蠕變?nèi)崃俊?/p>
設(shè)備
采用丹東百特公司的BeNano 180 Zeta 納米粒度及 Zeta電位分析儀。儀器使用波長671 nm,功率50 mW激光器作為光源,設(shè)置在173°的APD檢測器進行散射光信號采集。采用單模光纖進行信號傳導(dǎo),以最大程度的提高信噪比。
樣品制備和測試條件
>粒徑和散射光強溫度掃描
配置了10mg/mL BSA溶液,通過BeNano內(nèi)置的溫度控制系統(tǒng)將測試溫度控制為40℃ - 70℃,以1℃為升溫間隔,每一步溫度改變至少進行60秒的溫度平衡。
>微流變溫度掃描
在BSA溶液中加入400 nm帶負電的聚苯乙烯球作為示蹤粒子,在25℃-70℃之間以一定溫度間隔檢測BSA溶液的流變學(xué)信息。
測試結(jié)果和討論
首先分別測試了BSA溶液和示蹤粒子懸浮液的Zeta電位,BSA溶液Zeta電位為-14.35mV,400nm示蹤粒子Zeta電位為-51mV。BSA和示蹤粒子都攜帶負電性,這可以避免正負電荷相互作用引發(fā)的團聚等不穩(wěn)定因素。
通過樣品的原始散射光信號,我們得到這些樣品的相關(guān)曲線:
圖1. 不同溫度下BSA(含示蹤粒子)溶液的相關(guān)曲線
圖2. 不同溫度下BSA溶液的MSD曲線
圖3. 不同溫度下BSA溶液的粘彈性模量曲線
圖4. 不同溫度下BSA溶液的復(fù)數(shù)粘度曲線
圖5. BSA的粒徑與散射光強(上圖)和@2096 rad/s的復(fù)數(shù)粘度(下圖)隨溫度變化曲線
通過圖1-圖5可以看出,在25℃-60℃之間,隨著溫度的升高,相關(guān)曲線的衰減變快,這表明了示蹤粒子的運動速度隨溫度升高而加快,這是由于溶液的粘度隨著溫度上升而下降引起的,同時這個溫度區(qū)間內(nèi)溶液的粘彈性模量均隨溫度升高而降低。同樣通過MSD曲線可以看出,在同樣的溫度范圍內(nèi),溫度越高,MSD值越大示蹤粒子速度越快。
而在60℃-70℃之間隨著溫度的升高,相關(guān)曲線的衰減變慢,這表明了示蹤粒子的運動速度隨溫度升高而降低,這是由于BSA在這個溫度范圍內(nèi)熱變性生成了大分子團聚物,團聚物的產(chǎn)生急劇增加了樣品粘度和粘彈性。
對比圖5中BSA粒徑與光強對于溫度的依賴性,可以看通過微流變得到的復(fù)數(shù)粘度同樣在~65攝氏度左右急劇升高。粒徑和復(fù)數(shù)粘度對于溫度的依賴性相互對應(yīng)。
結(jié)論
通過檢測結(jié)果,我們可以看到BeNano 對于一個蛋白質(zhì)樣品的微觀流變學(xué)檢測能力。在一個溫度范圍內(nèi)的BSA的微流變信息靈敏且準確的反映了蛋白溶液的溫度轉(zhuǎn)變過程。通過微流變測試,在一個短時間測試過程中可以得到樣品較高頻率下的流變學(xué)參數(shù),包括均方位移、復(fù)數(shù)粘度、粘彈性模量、蠕變?nèi)崃康鹊?,為表征液體的流變學(xué)特性提供了有利工具。
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