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纳米粒度及 Zeta电位分析仪在检测BSA溶液流变学中的应用
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百特BETTERSIZE

时间: 2024-04-22 10:50 浏览量: 11

动态光散射微流变是通过动态光散射得到示踪粒子的均方位移MSD来得到溶液流变学信息的技术,可以用来检测中低粘度高分子溶液体系、蛋白溶液、凝胶体系,在这种体系中示踪粒子可以具有明显位移。相对于机械流变技术,微流变的检测过程和数据处理直接快速,可以得到高频下样品的粘弹性信息。


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BSA蛋白加热变性示意图


在这个应用报告中,使用丹东百特公司出品的BeNano 180 Zeta 纳米粒度及 Zeta电位分析仪检测了不同BSA样品。BSA溶液在低温条件下分散较好,在加热过程中会发生热变性,生成蛋白质团聚物,从而极大的改变溶液性质。我们通过BeNano微流变技术检测了BSA溶液不同温度下的粘弹性信息。


原理


动态光散射微流变中加入粒径范围在0.3-2.0μm的胶体颗粒作为示踪粒子。这些示踪粒子的运动方式反映了周围环境的流变学性质。对于纯粘性流体样品(牛顿流体),示踪粒子在整个样品环境中自由扩散,颗粒的均方位移MSD随时间线性增加。


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其中D为颗粒的扩散系数,通过带入标准Stokes-Einstein方程:


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其中R(h)是示踪粒子的半径,便可以得到MSD与粘度之间的关系:


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通过拟合MSD随时间的曲线,即可得到牛顿流体的粘度𝜂。然而在一些体系中还包含弹性成分,对于此类体系,我们用广义Stokes-Einstein方程进行描述:


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这个方程可以通过MSD计算依赖于频率的弹性/存储模量G’和粘性/损耗模量G”, 并可以计算复数粘度以及蠕变柔量。


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设备


采用丹东百特公司的BeNano 180 Zeta 纳米粒度及 Zeta电位分析仪。仪器使用波长671 nm,功率50 mW激光器作为光源,设置在173°的APD检测器进行散射光信号采集。采用单模光纤进行信号传导,以最大程度的提高信噪比。

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样品制备和测试条件


>粒径和散射光强温度扫描


配置了10mg/mL BSA溶液,通过BeNano内置的温度控制系统将测试温度控制为40℃ - 70℃,以1℃为升温间隔,每一步温度改变至少进行60秒的温度平衡。


>微流变温度扫描


在BSA溶液中加入400 nm带负电的聚苯乙烯球作为示踪粒子,在25℃-70℃之间以一定温度间隔检测BSA溶液的流变学信息。


测试结果和讨论


首先分别测试了BSA溶液和示踪粒子悬浮液的Zeta电位,BSA溶液Zeta电位为-14.35mV,400nm示踪粒子Zeta电位为-51mV。BSA和示踪粒子都携带负电性,这可以避免正负电荷相互作用引发的团聚等不稳定因素。


通过样品的原始散射光信号,我们得到这些样品的相关曲线:

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图1. 不同温度下BSA(含示踪粒子)溶液的相关曲线

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图2. 不同温度下BSA溶液的MSD曲线

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图3. 不同温度下BSA溶液的粘弹性模量曲线

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图4. 不同温度下BSA溶液的复数粘度曲线

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图5. BSA的粒径与散射光强(上图)和@2096 rad/s的复数粘度(下图)随温度变化曲线


通过图1-图5可以看出,在25℃-60℃之间,随着温度的升高,相关曲线的衰减变快,这表明了示踪粒子的运动速度随温度升高而加快,这是由于溶液的粘度随着温度上升而下降引起的,同时这个温度区间内溶液的粘弹性模量均随温度升高而降低。同样通过MSD曲线可以看出,在同样的温度范围内,温度越高,MSD值越大示踪粒子速度越快。


而在60℃-70℃之间随着温度的升高,相关曲线的衰减变慢,这表明了示踪粒子的运动速度随温度升高而降低,这是由于BSA在这个温度范围内热变性生成了大分子团聚物,团聚物的产生急剧增加了样品粘度和粘弹性。


对比图5中BSA粒径与光强对于温度的依赖性,可以看通过微流变得到的复数粘度同样在~65摄氏度左右急剧升高。粒径和复数粘度对于温度的依赖性相互对应。


结论


通过检测结果,我们可以看到BeNano 对于一个蛋白质样品的微观流变学检测能力。在一个温度范围内的BSA的微流变信息灵敏且准确的反映了蛋白溶液的温度转变过程。通过微流变测试,在一个短时间测试过程中可以得到样品较高频率下的流变学参数,包括均方位移、复数粘度、粘弹性模量、蠕变柔量等等,为表征液体的流变学特性提供了有利工具