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SFA2000表面力仪基于表面力仪的贻贝足丝蛋白粘附机理研究

 发布时间:2022/8/25 点击量:121

一、摘要

生物粘附由于其相对于传统人工材料所特有的优势启发人们广泛地开展针对生物粘附系统的研究,并积极研制各种仿生或受生物启发的粘性材料。但是,目前仿生粘附材料的应用仍然受到很多限制,例如材料在潮湿环境中无法保持稳定的粘附状态。贻贝在高盐的海水中拥有稳定且多样性的吸附能力,这为人们开发防水粘性材料提供了-一种的解决方案。研究表明,贻贝与表面的粘附是直接通过其足丝盘中分泌的足丝蛋白形成的,而这些蛋白所含有的氨基酸残基—3,4-二羟苯丙氨酸(多巴)在粘附中起关键作用。通常情况下,贻贝足丝蛋白的粘附性能与其中的多巴含量直接相关。在关于贻贝粘附的研究中,贻贝足丝蛋白的粘附机理是最基本的、也是最复杂的问题,目前仍没有形成清晰且完整的认知。对于这个问题的深入探索对设计粘附性能优异、坏境适应性强且环保的人工粘性材料具有关键意义。

生物粘附由于其相对于传统人工材料所特有的优势启发人们广泛地开展针对生物粘附系统的研究,并积极研制各种仿生或受生物启发的粘性材料.但是,目前仿生粘附材料的应用仍然受到很多限制,例如材料在潮湿环境中无法保持稳定的粘附状态.贻贝在高盐的海水中拥有稳定且多样性的吸附能力,这为人们开发防水粘性材料提供了-一种的解决方案.研究表明,贻贝与表面的粘附是直接通过其足丝盘中分泌的足丝蛋白形成的,而这些蛋白所含有的氨基酸残基-3,4-二羟苯丙氨酸(多巴)在粘附中起关键作用.通常情况下,贻贝足丝蛋白的粘附性能与其中的多巴含量直接相关.在关于贻贝粘附的研究中,贻贝足丝蛋白的粘附机理是最基本的、也是最复杂的问题,目前仍没有形成清晰且完整的认知.对于这个问题的深入探索对设计粘附性能优异、坏境适应性强且环保的人工粘性材料具有关键意义.

二、过程

在本文中,针对贻贝足丝蛋白粘附机理的研究工作是基于实验方法开展的,通过SFA系统直接测量蛋白与表面基底之间,或蛋白与蛋白之间在不同外界环境条件下的相互作用。本章中将具体介绍SFA 技术的测力原理、系统的设备结构以及表面样品的制备方法。如前所述,SFA系统可测量表面间的法向力和切向力(摩擦力),但是由于本文的研究内容只涉及法向方向相互作用的测量,所以本章中仅针对这一部分进行介绍,切向力部分可参考文献.image.png

当蛋白被放置在云母表面上后,等待20分钟。然后,用体积3 mL、浓度0.1M的醋酸缓冲液对该表面进行润湿,去除未吸附在云母表面上的蛋白。润湿完成后,根据实验情况的不同,在表面上配置不同的缓冲溶液,使表面完全浸没在缓冲溶液中。接下来,将两个云母表面放入 SFA 2000 的腔体中,分别固定在上、下表面基座中,调整两个表面间的距离,使吸附在两个表面上的液滴相互接触,形成液滴桥。最后,将腔体密封,等待进行正式的实验测量。对于使用液滴的SFA实验,往往在腔体的内部注射少量的水溶液,目的是为了保证腔体中的蒸汽压(Vapor pressure)尽快达到饱和。地抑制表面间液体的挥发。image.png

三、结果

从实验结果中可以发现,当缓冲溶液的pH值从2.6上升到7.5后,粘附力全部消失。但是将蛋白表面间的接触时间延长到12小时以后,却可以测量到幅值为-4.1mJI/m的粘附能。与 pH 5.5下所测得的数据相比较,该粘附能的幅值约为前者的38%

研究环境离子强度对粘附的影响的实验采用对称式的表面布置,其结果如图3-9所示。缓冲液的离子强度Ⅰ分别选取了0.05 M、0.1 M和0.3M。结果显示离子浓度的改变并未对粘附力产生明显的影响。此外,从DH随离子浓度提高而减小,以及两表面接近过程中斥力范围的减少两个方面的变化,我们还发现系统内的电荷屏蔽效应随着离子强度提高而增强。

本章采用了简化分析的方法,从 Mytilus eduils 紫贻贝的足苯酚腺体中提取出单个界面贻贝足丝蛋白Mfp-5,使用SFA直接测量了Mfp-5的粘附行为,讨论了环境酸碱性、离子强度、蛋白吸附时间以及多巴氧化对 Mfp-5粘附性能的影响,分析了该蛋白的粘附机理以及多巴在贻贝足丝蛋白粘附中的关键作用。

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