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动态光散射技术在生物大分子测量上的应用

作　者: 李绍新
导　师: 邢达
学　校: 华南师范大学
专　业: 光学
关键词: 动态光散射扩散系数粒径遗传算法多粒子反演人血清白蛋白蛋白相互作用
分类号: O4-34
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

动态光散射技术是一门新兴的实验技术，利用该方法能快速、准确地测定溶液中大分子的平动扩散系数，从而得知其大小或流体力学半径及其分布。本研究工作主要参与完善改进了一台本实验室自行研制的小型低强度激光光子相关谱仪。与现有的同类型仪器相比，该仪器采用双层折射率样品匹配池减少了杂散光的干扰；采用带梯度折射率透镜的单模光纤接收、传输散射光信号提高了散射光的收集传输效率；用低强度的激光避免了对样品的辐射损伤，同时可以使激光器和系统集成在一起，整个系统小型实用。用标准的不同粒径的聚苯乙烯乳球定标了设计的系统，系统的测量范围从几个纳米到一个微米都很精确。提出了采用格雷码编码遗传算法对动态光散射测量的多粒径分布进行反演运算，数字测试的结果和聚苯乙烯乳球的实验结果表明，该算法能够精确的反演出各种分布的粒子分布图象。与标准遗传算法和反演蒙特卡诺算法相比，该算法具有较高的搜索效率，能够用较少的迭代次数快速搜索到最优解。格雷码编码遗传算法是一种更有效的多粒子随机反演算法。使用该系统研究了人血清白蛋白分子的扩散系数在不同蛋白浓度和PH值条件下的扩散系数。实验和分析结果表明库仑力对蛋白质的扩散起主要作用，在等电位点下（PH=5.2）库仑力的影响消失，蛋白质的扩散系数最小；在等电位点测量出扩散系数随浓度的增加而线性减小，主要原因是蛋白质间的库仑排斥力变小，引力得到相对增强；在浓度5mg／ml-40mg／ml内互扩散系数D_m=D₀[1-（0.00194±0.00008）C]，D₀=（6.74±0.01）×10^-7 cm²／s为外推至零浓度下23℃时蛋白质的扩散系数，这里C为蛋白质浓度，实验测得人血清白蛋白的半径为3.44±0.01nm。这项研究有助于推动诊断肾脏病的早期发现。利用动态光散射技术研究了牛血清白蛋白分子的扩散系数在不同强度离子溶液中随着蛋白分子浓度变化的规律。结果表明在低离子强度环境中蛋白的扩散系数随蛋白的浓度增加而增加，随着离子强度的逐步增大，蛋白分子的扩散系数随其浓度的增加而减小。利用平均势场理论的两体硬球相互作用模型解释了蛋白分子的相互作用变化规律：随着离子强度的增加，离子氛厚度减小，蛋摘要白分子间的相互作用由排斥变为吸引，蛋白开始聚集。根据扩散系数随蛋白浓度变化的斜率与离子浓度变化的相关性，回归出了蛋白相互作用参数，蛋白所带的有效电荷Zp二一9.oe、Hamaker常量=2 .SKBT。这项工作说明了动态光散射是研究蛋白分子相互作用的一种有效技术。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-15
  1.1 动态光散射技术与生物学上的应用  11-12
  1.2 本工作面临的问题  12-13
  1.3 本工作的目的和内容  13-15
第二章动态光散射原理  15-20
  2.1 引言  15
  2.2 原理  15-18
  2.3 数据分析  18-20
第三章动态光散射实验装置与标准粒子的测量  20-27
  3.1 引言  20
  3.2 仪器装置  20-23
  3.3 标准颗粒的测量  23-26
    3.3.1 样品准备  23
    3.3.2 实验结果  23-26
  3.4 小结  26-27
第四章多粒子反演的遗传算法  27-39
  4.1 引言  27
  4.2 动态光散射测量粒子分布的数学模型  27-29
  4.3 遗传算法  29-32
    4.3.1 编码  30
    4.3.2 适应度  30
    4.3.3 选择  30-31
    4.3.4 杂交  31
    4.3.5 变异  31
    4.3.6 计算步骤  31-32
  4.4 结果和讨论  32-38
    4.4.1 无噪声的反演  32-34
    4.4.2 有噪声的反演  34-36
    4.4.3 真实粒子的反演  36-37
    4.4.4 计算效率  37-38
  4.5 结论  38-39
第五章尿蛋白的检测  39-45
  5.1 引言  39
  5.2 实验  39-40
    5.2.1 样品准备  39-40
    5.2.2 数据分析方法  40
  5.3 结果和讨论  40-43
    5.3.1 pH值的影响  41
    5.3.2 浓度的影响  41-43
  5.4 结论  43-45
第六章离子调解的蛋白分子间相互作用的动态光散射研究  45-57
  6.1 引言  45-46
  6.2 原理  46-48
    6.2.1 一阶作用参量  46-47
    6.2.2 作用能  47-48
  6.3 材料和方法  48-50
    6.3.1 材料  48-49
    6.3.2 测量和数据处理  49-50
  6.4 结果和讨论  50-56
    6.4.1 扩散系数的浓度依赖性  50-51
    6.4.2 计算一阶作用参量λ  51-52
    6.4.3 回归蛋白质分子带的电荷Z_P和Hamaker常量H_A  52-54
    6.4.4 讨论  54-56
  6.5 结论  56-57
结束语  57-58
参考文献  58-68
攻读硕士学位期间发表的论文与申请的专利  68-69
致谢  69-70

动态光散射技术在生物大分子测量上的应用

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