使用BeNano 180 Zeta检测BSA溶液流变学信息

关键词：蛋白、微流变、粘弹性信息、温度变性BSA蛋白加热变性示意图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。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 – 2.0 μm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。其中D为颗粒的扩散系数，通过带入标准Stokes-Einstein方程：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：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：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。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。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-14.35 mV，400nm示踪粒子Zeta电位为-51 mV。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：图1. 不同温度下BSA（含示踪粒子）溶液的相关曲线图2. 不同温度下BSA溶液的MSD曲线图3. 不同温度下BSA溶液的粘弹性模量曲线图4. 不同温度下BSA溶液的复数粘度曲线图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。