工业微硅粉与肺表面活性物质间的气—液界面相互作用研究

发布时间：2017-10-27 19:12

  本文关键词：工业微硅粉与肺表面活性物质间的气—液界面相互作用研究

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【摘要】：大气颗粒物,也被称为大气气溶胶,是大气中存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称。大气颗粒物对呼吸系统功能的影响等环境健康效应近年来引起了广泛关注,已经成为了备受关注的环境热点问题之一。颗粒物可以通过呼吸道吸入、随食物和饮水摄入、体表接触侵入三个途径进入人体,其中呼吸是最主要也是危害最大的一种方式。经过呼吸道进人体内的颗粒物因粒径不同对人体的危害也不同,粒径越小在呼吸道沉积的点更深,所需清除的时间更长,带来的危害也更大。粒径小于2.5μm的颗粒物可进入到肺泡内,沉积在肺间质从而进入体液,转移至全身甚至可以经过肺换气到达其他器官,危害大难清除。肺泡作为肺主要的结构和功能单元,是人体与大气气体交换的主要场所,颗粒物通过呼吸道进入肺泡内,首先会与肺表面活性物质直接接触,可能会引起肺表面活性物质结构和功能的改变,进而诱发人体一系列的不适症状。肺表面活性物质(Pulmonary surfactant,简称PS)是由肺泡Ⅱ型上皮细胞合成和分泌的一种复杂的脂蛋白复合物,主要成分包括磷脂和四类蛋白质,其最主要的成分是二棕榈酸磷脂酰胆碱(DPPC),它是一种两性表面活性剂,在蛋白质的辅助下能够在肺泡的气液界面上快速吸附形成单分子层膜,从而有效降低肺泡表面张力,防止肺泡塌陷和萎缩,保障人体的正常呼吸功能。颗粒物沉积在肺泡的气-液界面会影响DPPC分子膜的化学结构和性状。随着呼吸DPPC膜在肺泡气-液界面上压缩和扩张,这一过程伴随着相应的相的转变和表面张力的改变,而这些变化则能反映出DPPC分子膜的生理功能。颗粒物与DPPC分子膜接触会造成DPPC分子膜的结构改变,其表面化学性质和功能也会随之改变。能进入到肺泡影响DPPC分子膜的颗粒物主要是细颗粒物,细颗粒物对肺的损伤造成的疾病最典型的是矽肺,矽肺是由于长期吸入大量含游离二氧化硅的粉尘所引起的以肺纤维化改变为主的肺部疾病,是我国发病率和死亡率较高的职业疾病之一。因此研究含硅细颗粒物对DPPC膜的影响具有重要的生理研究意义。本研究利用Langmuir--Blodge膜分析技术研究了工业微硅粉对肺表面活性物质在气-液界面上表面化学性质的影响。对实验所用工业微硅粉进行了粒径分析,元素分析和微观形貌特征观察,并研究了DPPC水溶液对微硅粉润湿性和沉降性的影响；采用肺灌洗液差速离心和有机溶剂萃取法从新鲜猪肺中提取了肺表面活性物质,并对其主要组分进行定性和定量分析；研究了温度,pH,无机盐离子和牛血清蛋白对DPPC单分子层膜的影响；以超纯水和微硅粉悬浊液分别作为亚相研究了在不同温度下DPPC单分子层膜相转变和崩溃压的变化。研究获得的主要研究结果及结论如下：(1)工业微硅粉的粒径分布呈典型的双峰分布,第一个峰值出现在0.3μm,第二个峰值出现在10μmm,粒径范围从0.2μm到500μmm,其中0.3μm到120μm的颗粒占总质量的90%以上,中位粒径为6.5μm。微硅粉的主要成分是Si02,质量比重占96%,剩余部分为其他金属氧化物,在SEM下微硅粉外观呈不规则形貌,表面粗糙。(2)温度升高能加速DPPC单分子层膜相的转变,延长相变时间,但升高温度不利于DPPC分子膜降低液面的表面张力,其最大表面压下降。(3)不同pH下DPPC单分子层膜由于受到挤压,随着面积减小,对应的表面压力随之升高的整体变化趋势不变,在气态膜阶段,pH对膜几乎无影响,弱酸性亚相能加速磷脂酰胆碱分子的相变,促进DPPC单分子膜稳定结构的形成。在弱碱性条件,磷脂分子排列更加紧密,形成较低能量的晶格结构,减小了重组的驱动力,使DPPC分子相变有所延迟。(4)无机盐离子(Na+, Ca2+, Cl-)对DPPC单分子层膜在气-液界面上影响不大,但由于金属离子与极性基团之间的静电作用增强了磷脂分子之间的结合能力,使成膜的磷脂分子之间排列更加紧密,加速了DPPC单分子膜稳定的形成。牛血清蛋白(BSA)能有效促进DPPC在气-液界面上铺展,加速膜的相转变。(5)微硅粉能削弱DPPC降低表面张力的能力且随着微硅粉与DPPC膜接触时间的延长,DPPC降低表面张力的能力逐渐减弱。接触时间延长还导致DPPC单分子层膜在分子面积达到45A2时出现明显的崩溃压,表明微硅粉的加入可能导致DPPC在气液界面上浓度的改变。此外,微硅粉的加入还能对DPPC单分子层膜的液相产生影响，，随着DPPC模与微硅粉接触时间的增加,当达到5小时以上,DPPC单分子层膜的液态凝聚相明显向分了面积增大的方向移动,且持续时间长。根据原子力显微镜观察发现亚相中的粒径较细的微硅粉与DPPC单分子层膜发生实质接触,部分微硅粉能进入到膜内穿插于DPPC分子之间。(6)PS的提取量达到每1000 mL灌洗液可提取到0.5 g肺农面活性物质。肺表面活性物质中应有的主要成分：PC, PG, PI, PE. S均在提取的猪肺表面活性物质中检测到,其主要成分DPPC的含量为54%。
【关键词】：肺表面活性物质 二棕榈酸磷脂酰胆碱(DPPC) Langmuir-Blodgett膜 微硅粉 π-A等温线
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X513;R56
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 第一章 绪论16-18
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 研究目的和意义17
• 1.3 研究内容17-18
• 第二章 文献综述18-29
• 2.1 肺表面活性物质18-22
• 2.1.1 肺表面活性物质的合成与分泌19
• 2.1.2 肺表面活性物质的组成19-21
• 2.1.3 肺表面活性物质的研究现状21-22
• 2.2 二棕榈酸磷脂酰胆碱(DPPC)单层膜22-25
• 2.2.1 单分子膜研究中常用公式23-24
• 2.2.2 单分子层膜的性质24
• 2.2.3 单分子膜表面张力检测方法24-25
• 2.3 大气颗粒物25-29
• 2.3.1 大气颗粒物的危害25-27
• 2.3.2 含硅细颗粒物对肺的影响27-29
• 第三章 生理条件变化对DPPC单分子层膜的影响29-38
• 3.1 实验部分30-31
• 3.1.1 主要化学试剂30
• 3.1.2 主要仪器设备30-31
• 3.2 实验内容31-33
• 3.3 结果与讨论33-37
• 3.3.1 温度对DPPC单分子层膜的影响33-34
• 3.3.2 pH对DPPC单分子层膜的影响34-36
• 3.3.3 无机盐离子和牛血清蛋白对DPPC单分子层膜的影响36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 工业微硅粉的物理化学性质表征38-46
• 4.1 实验部分38-40
• 4.1.1 实验材料38
• 4.1.2 仪器38-39
• 4.1.3 实验方法39-40
• 4.2 结果与讨论40-44
• 4.2.1 微硅粉的粒径分布40-41
• 4.2.2 微硅粉的微观形貌特征41
• 4.2.3 微硅粉的元素组成41-42
• 4.2.4 DPPC水溶液对微硅粉润湿性和沉降性的影响42-44
• 4.3 本章小结44-46
• 第五章 微硅粉对DPPC单分子层膜的影响46-55
• 5.1 实验内容46-47
• 5.1.1 实验材料和仪器46
• 5.1.2 实验步骤46-47
• 5.2 结果与讨论47-53
• 5.2.1 微硅粉对DPPC单分子层膜相转变的影响47-51
• 5.2.2 微硅粉对DPPC单分子层膜崩溃压的影响51-52
• 5.2.3 微硅粉对DPPC膜滞回曲线的影响52-53
• 5.3 本章小结53-55
• 第六章 动物肺表面活性物质的提取55-64
• 6.1 实验部分55-58
• 6.1.1 材料和试剂55-56
• 6.1.2 仪器56-57
• 6.1.3 技术路线57
• 6.1.4 肺表面活性物质的粗提取57
• 6.1.5 肺表面活性物质的有机萃取提纯57-58
• 6.2 结果与讨论58-63
• 6.2.1 肺表面活性物质表征58-62
• 6.2.2 肺表面活性物质表面化学性质62-63
• 6.3 本章小结63-64
• 第七章 结论和创新点64-66
• 7.1 结论64-65
• 7.2 创新点65-66
• 参考文献66-74
• 致谢74-76
• 附录A 攻读学位其间发表论文目录76-78
• 附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目78

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