納米氣泡生長的界面調控及其對蛋白活性的影響研究.pdf

1、納米尺度下氣體在固液界面上的聚集行為被證明對固液界面性質有著重要的影響，并且在流體動力學、表面化學、膠體化學、環(huán)境和生命科學等眾多領域具有廣闊的潛在應用價值，引起了科學工作者極大的關注和重視。關于如何解釋界面納米氣泡的穩(wěn)定存在機理以及相比于宏觀尺度下較大的接觸角是目前納米氣泡研究的爭議中心和亟需解決的核心問題。界面納米氣泡的研究離不開基底。從理論上講，上述兩個關鍵問題都直接涉及產生納米氣泡的基底，因此基底的性質是影響納米氣泡界面性質不可

2、忽略的關鍵因素之一。一方面，氣泡在不同基底上的形成，穩(wěn)定性以及界面形貌都可能不同;另一方面，受基底性質的影響，不同的基底得到的納米氣泡的接觸角也可能不一樣。但目前各個實驗組研究的基底都相對單一，生成納米氣泡的大小和數量的可控性和重復性差，所以，迫切需要找到一種通過控制基底的界面結構和性質來控制納米氣泡的大小和數量的方法來進一步研究納米氣泡的基本物理性質，形成機理和穩(wěn)定機制等關鍵問題。基于以上目的，本論文利用先進的微納米加工技術—電子束光

3、刻(EBL)直寫技術制備不同尺度、和不同疏水性的納米周期性結構基底。通過先進的納米觀測技術—原子力顯微鏡(AFM)技術對納米氣泡在周期性結構基底上的吸附行為和界面特性的研究發(fā)現納米氣泡主要吸附于周期性結構上的疏水區(qū)域且受限于疏水結構的尺寸進而引起接觸角的變化。與此同時，相應的分子動力學模擬也進一步證實了疏水結構對納米氣泡的限制作用，使得實驗與模擬能夠相互印證，相互支持。這將為實現通過基底的性質來人為調控納米氣泡的生成和界面吸附的目的，為

4、探索納米氣泡在微流體器件方面的應用提供實驗基礎。
　　生理惰性氣體進入人體后與一些生物分子或者離子通道結合進而對許多生命過程發(fā)揮著重要的作用，如生物麻醉，神經、組織保護等，然而人們對其內在的作用機理卻是知之甚少。分子動力學研究發(fā)現聚集態(tài)的氮氣分子可以特異性地與蛋白的活性位點結合，而游離的氮氣分子卻不具有這一特異性結合效應。隨著納米氣泡的發(fā)現，這似乎為我們提出了一個新的思路。惰性氣體分子能夠在蛋白分子的疏水基團發(fā)生特異性結合形成氣泡

5、從而使得這些基團的生物功能被屏蔽失效，當氣體被清除掉后，相應的生物功能可能會恢復。基于這一設想，我們通過上海光源BL15U同步輻射硬X射線熒光吸收譜和熒光成像技術對Xe和Kr在胃蛋白酶上的吸附情況進行了研究，結果表明Xe和Kr在含胃蛋白酶的溶液中的含量都比不含胃蛋白酶的水溶液高。納米粒子追蹤實驗結果表明含Xe的胃蛋白酶溶液中的粒子濃度比不含Xe的胃蛋白酶溶液高，這可能是由于Xe分子與胃蛋白酶結合形成較大粒子進而被捕獲。分子動力學結果表明