水凝胶界面调控的生物分子结晶过程研究

发布时间：2021-11-19 12:57

　　解析生物分子的结构,有助于理解生物分子在生物体内的作用机制,针对不同生物分子作用机制的不同,可以进一步开展相应疾病防治、药物设计、药物控制释放等研究。最常用的解析生物分子结构的方式是进行单晶衍射,需要提供衍射性能优异的单晶。然而,生物分子结晶一般较困难,传统的生物分子结晶方式存在原料样品需求量大,难以获得大尺寸晶体,晶体产品受操作条件影响大、成功率低等问题,因此,急需开发新型生物分子结晶技术。水凝胶膜具有生物相容性、高含水量、柔性等特性,有望在溶液中提供稳定的浓度场,可控调节界面传递性质和结晶微环境,实现高效结晶。本文首先使用PP膜作为基膜,选用AA、HEMA、NIPAM、MAA作为单体,PEGDA、PEGDMA、EGDMA为交联剂,在紫外光照下进行交联反应,使用孔隙填充法制备8种水凝胶复合膜。接触角实验表明,水凝胶层能显著降低异相成核能,促进成核。进一步,通过NaCl液滴蒸发实验表明,部分水凝胶材料对晶体形貌有调控作用,能得到尺寸更大、形貌更佳、尺寸均匀的晶体。筛选出调控结晶性能好的NIPAM-PEGDA（摩尔比1:2）复合膜。为避免基膜PP对凝胶调控结晶作用的影响,在此基础上,制备... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

晶体成核的分类[19]

对于在过饱和体系中初级成核而言,溶液中的溶质以一定的吸附或脱附速率相互碰撞,可逆的结合成有序的聚集体(cluster),当聚集体中溶质数目的达到某一个临界值时,聚集体和溶液在热力学上就建立了相平衡关系,形成稳定的晶核,随后进一步发展为晶体,这一过程如图1.2所示。在19世纪Gibbs在热力学上对上述的过程进行了分析,Gibbs认为聚集体的形成所需要的自由能()由两部分组成,一部分是代表聚集体与溶液中的溶质粒子自由能之差的相变自由能(),另一部分是代表聚集体表面和主体溶液的自由能之差的界面自由能()。表示为公式(1.1):

因为固相比液相更稳定,因此相变自由能是负值,且随聚集体中溶质分子数的增大而更小(绝对值更大)。随着聚集体内溶质分子数的增大,聚集体表面积增大,界面自由能也增大。相变自由能和界面自由能呈现相互竞争的关系,如图1.3所示。当聚集体中溶质分子数达到某一数目,使得聚集体的半径达到临界半径时,聚集体的形成所需要的自由能达到最大值,即。在此之后,聚集体尺寸的增大能降低体系自由,可以自发进行,直到最终形成晶体。依托于一定的预先假定和合理地简化建立的经典成核理论,从热力学的角度出发,将分子层面的成核与晶体的宏观生长联系到了一起,促进了人们对晶体生长和晶体形态学的认识。然而,它建立在理想假设的基础上,本身存在局限,不能解释晶体成核过程中的一些现象,例如:(1)CNT判断聚集体能否形成晶核,仅看聚集体的尺寸,这无法解释从同样组成的溶液中为什么能获得不同晶型、晶习的晶体。(2)CNT认为晶体是由一个个单个的分子聚集而成,实际上形成晶体也可能是二聚体或多聚体聚集而成。(3)CNT认为在聚集体形成的时候,聚集体内的溶质分子就完成了排序,形成与晶体一样的结构。即溶质分子的聚集和三维规则结构变化是同时发生的。实际上,聚集体内分子的排布结构可能与最终晶体结构不同,可能存在类似化学反应中过度态的中间结构。因此在实验和模拟结果的基础上研究者提出了两步成核理论,这一理论一经提出就受到广泛关注。

【参考文献】：
期刊论文
[1]聚乙烯醇水凝胶自修复性能[J]. 龚桂胜,刘景勃,钟玉鹏,林强,张发爱.  化工进展. 2016(08)
[2]智能水凝胶在生物载药领域的研究进展[J]. 潘玉妹,徐坚,陈强,吴石山.  化工进展. 2016(S1)
[3]环境刺激响应型高强度智能水凝胶研究进展[J]. 刘壮,谢锐,巨晓洁,汪伟,褚良银.  化工进展. 2016(06)
[4]互穿网络聚合物水凝胶的制备及其吸附研究进展[J]. 张敏,李碧婵,陈良壁.  化工进展. 2015(04)
[5]牛血清白蛋白Ⅴ的渗透膜结晶研究[J]. 马润宇,刘丽英,丁忠伟.  膜科学与技术. 2011(03)
[6]分子动力学模拟HEWL晶体在不同环境中的动力学行为[J]. 丁伟,刘国宇,于涛,曲广淼.  计算机与应用化学. 2010(02)
[7]木瓜蛋白酶动态膜结晶的实验研究[J]. 庞鸿宇,刘丽英,宋恒凯,马润宇.  膜科学与技术. 2010(01)
[8]蛋白质溶液的膜结晶:膜结晶法结晶溶菌酶的研究[J]. 魏可贵,张新妙,马润宇.  膜科学与技术. 2008(03)
[9]饱和水溶液的膜蒸馏——从废液回收牛磺酸的实验研究[J]. 吴庸烈,孔瑛,刘静芝,张锦涛,徐纪平.  水处理技术. 1991(04)

博士论文
[1]溶液结晶中L-谷氨酸成核与晶型转变机理的分子模拟与实验研究[D]. 梁珊珊.华东理工大学 2016
[2]膜结晶法结晶蛋白质的研究[D]. 张新妙.北京化工大学 2007

硕士论文
[1]冷却结晶制备高纯车用尿素过程研究[D]. 李盼.大连理工大学 2017



本文编号：3505088