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蛋白质分子不但能吸附在蒙脱石(MMT)颗粒表面,而且可与蒙脱石晶体的层间可交换阳离子进行离子交换反应而发生插层,甚至将蒙脱石晶层剥离。蛋白质/蒙脱石复合物的研究,可为纳米复合材料、蛋白质类药物负载、蛋白质分离、固定化酶、生物塑料及生物传感器等方面的研究提供理论依据。 本文在研究了精氨酸(Arg,一种蛋白质组分)以及谷胱甘肽(GSH,一种蛋白质片段)与蒙脱石复合的基础上,主要研究了牛血清白蛋白(BSA)与蒙脱石的复合,对缓冲体系pH值、偶联剂、蛋白质浓度、蒙脱石结构(钠基和钙基)等影响复合行为的因素进行了系统的研究,并建立了蛋白质插层蒙脱石的结构模型。牛血清白蛋白/蒙脱石(BSA/MMT)复合物中,蛋白质的复合量用Folin酚法测定,复合物的官能团及微观结构、蒙脱石晶体层间距用傅立叶变换红外光谱仪、紫外光谱仪、透射电镜、扫描电镜和X射线衍射仪进行表征,复合物的热稳定性用热重分析仪、差示扫描量热仪进行测试。 精氨酸与钠基蒙脱石复合时,蒙脱石晶体层间距无明显变化。偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)和戊二醛的存在对复合物中蒙脱石的层间距无明显影响,KH570处理浓度越高,精氨酸的复合量越低,但可使复合物中精氨酸的解吸率升高。 谷胱甘肽与钠基蒙脱石复合时,缓冲液pH值影响谷胱甘肽的复合量,pH值为4.6时谷胱甘肽复合量达0.757g·g-1,pH值为6.2时复合量降为0.583g·g-1;pH值对蒙脱石晶体层间距无明显影响。 牛血清白蛋白与钠基蒙脱石复合时,蛋白质可插层进入蒙脱石层间,甚至可将蒙脱石晶层剥离。缓冲液pH值影响牛血清白蛋白插入蒙脱石晶体片层的程度,低pH值有利于剥离。BSA插入量影响复合物中蒙脱石晶体的层间距,当插入量较少时,层间距分布分散;随着插入量的增大,蒙脱石晶体层间距增大,分布更加集中;BSA插入量与缓冲体系pH值相比,缓冲体系pH值的影响更大。在相同缓冲液pH值下,缓冲体系影响蒙脱石晶体层片的剥离,乙酸-乙酸钠缓冲液(pH=4.6)有利于剥离,而磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液(pH=4.6)不利于剥离。偶联剂能增大蛋白质的复合量,其中KH570的影响大于戊二醛。溶液中KH570和戊二醛的最佳浓度分别为2%和6%。偶联剂也影响复合物中牛血清白蛋白的解吸率,不使用偶联剂时6 h的解吸率低于1%,使用KH570时解吸率可达4.3%。 牛血清白蛋白与钙基蒙脱石复合时,在溶液pH值低于牛血清白蛋白等电点(pH=4.8)时,钙基蒙脱石晶体片层不发生明显剥离,而钠基蒙脱石发生完全剥离。在pH值为6.2、7.0、8.0时,钙基蒙脱石与钠基蒙脱石的行为相似,未发生剥离,d001约3.2nm。 牛血清白蛋白与蒙脱石复合后,红外光谱测试表明,蛋白质的自由氢键减弱,分子间氢键加强,酰胺I键发生了偏移;紫外光谱分析表明,上清液中蛋白质的酰胺键吸收峰发生了明显的红移,共轭效应加强,解吸液中蛋白质的酰胺键吸收峰发生了明显的蓝移,蛋白质的部分螺旋结构消失。 牛血清白蛋白与蒙脱石复合后,热重和差示扫描量热分析表明,蒙脱石的存在提高了蛋白质的热稳定性。用pH值为6.2的磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液溶解牛血清白蛋白所制得BSA/Na-MMT复合物的热失重峰温为356℃,比纯牛血清白蛋白的热失重峰温326℃高30℃。 当牛血清白蛋白溶液浓度低时,蛋白质在蒙脱石颗粒表面及层片上的吸附符合Langmuir吸附模型,以单分子层吸附为主;在等电点附近,蛋白质的吸附符合Frendlic h吸附模型,说明蛋白质的净电荷减少,其分子间斥力减弱,范德华力、氢键的作用力加强,蛋白质可能形成二层甚至多层的结构。