由于化学合成染料的安全性和环保问题，新型天然染料的研究与开发呈现出强有力发展势头。目前，应用植物多酚与金属离子进行丝绸和毛纤维染色的报道较多，多酚化合物与金属离子作用而显色的机理已基本明确，而有关多酚染料毛纤维着色机理尚未见系统报道。目前的毛发染色原理不能很好解释植物多酚毛纤维的着色机理，更缺乏实验方面的直接证据，其缺点是将毛发作为一个被动、无关的着色对象，并未揭示出染料分子与毛纤维主要成分α-角蛋白之间相互作用的关系。要阐明植物多酚毛纤维的着色机理，首先应该理解植物多酚与蛋白质尤其是与毛纤维角蛋白相互作用机理。由于毛纤维及毛纤维角蛋白有其独特的结构，究竟多酚与毛发纤维作用机理如何，着色过程中是否与毛发蛋白发生作用，多酚和金属离子与角蛋白的结合的分子机制等还未见系统报道。　　针对上述问题，本课题选用角蛋白、伴清蛋白（金属结合蛋白）、牛血清白蛋白和人血清白蛋白（两种常用模型蛋白）、胰蛋白酶（酶蛋白）等5种蛋白、分子量和结构不同的5种植物多酚以及金属铽离子（离子探针）为研究材料。依据植物多酚与金属离子发生络合反应、蛋白质与多酚结合、蛋白与金属离子结合、疏水探针(TNS)与蛋白质疏水结构域结合等特性，主要采用光谱法、通过对亲和常数、热力学常数和酶动力结合常数等分析，系统地研究了植物多酚、蛋白和金属离子之间的相互作用，探求了多酚、蛋白与金属离子两两之间和三者之间相互作用的关系和机制;以疏水探针(TNS)研究了蛋白疏水结构域的疏水性与多酚亲和力的关系，从蛋白的高级结构上揭示了多酚与蛋白相互作用的规律。首次在毛发染色领域建立了多酚—铽离子探针—羊毛角蛋白和羊毛纤维的研究体系，阐明了金属离子和多酚与羊毛角蛋白之间相互作用的关系和规律，羊毛吸附多酚和金属离子的关系和规律，提出了植物多酚毛染料“毛纤维着色机制的模型”。在此基础上开展了多酚毛纤维染色的初步研究。　　主要研究结果报道如下:　　采用荧光光谱法研究了多酚与蛋白以及TNS与蛋白的相互作用，它们之间的结合常数（KA）结果表明:蛋白对多酚具有选择性识别作用，这种选择性的识别特性与蛋白质的疏水性有关系;同样，多酚对蛋白也有选择性识别作用，这种识别特性与多酚的分子量和结构性质有关。多酚与胰蛋白酶作用的酶动力学与荧光光谱法研究的相结果一致。通过离心和共振光散射光谱分析，不同植物多酚与蛋白质相互作用后的产物呈现出不溶性、部分可溶性和可溶性复合物特点，表明不同的植物多酚与不同的蛋白相互识别、发生聚集的行为和程度不同。　　单宁酸分别与球蛋白和纤维蛋白相互作用的荧光光谱显示:单宁酸与球蛋白的反应进程上可分为快反应和慢反应两个过程;但单宁酸与纤维蛋白的作用过程仅有快反应。此外，EA、EGCG、ECG和GA等多酚与蛋白的相互作用也仅有快反应过程。这表明多酚与蛋白质之间相互作用方式与多酚的分子量以及蛋白种类有关。依据这两个反应过程的热力学分析结果，提出了单宁酸与球蛋白相互作用的“两阶段反应过程”和“构象再匹配”假设，并在apoOTF、BSA、HSA和Trypsin等球蛋白上得到了验证。　　通过不同的作用方式和不同的作用过程的热力学参数，分析了植物多酚和蛋白之间相互作用的主要作用力类型。结果表明:选择不同的作用方式或者不同的作用过程，可以观察到同一多酚和蛋白之间相互作用不同的主要作用力类型。因此，多酚与蛋白的结合是不同作用力共同作用的结果，其主要作用力类型是疏水作用和/或氢键。　　在多酚、蛋白和金属离子相互作用机制研究中，以单宁酸、金属结合蛋白和Tb3+为研究对象阐明了三者之间的相互作用关系和规律。　　结果显示，单宁酸与不同金属离子结合蛋白，例如apoOTF、Tb3+N-apoOTF和Tb3+N-apoOTF-Tb3+C相互作用时，均可形成1∶1配合物，表明单宁酸与蛋白的亲和力不仅与蛋白结合的金属离子有关，也与蛋白高级结构有关。　　单宁酸与Tb3+分别形成络合比分别为1～8不同的配合物。其中TA可与Tb3+形成稳定的1∶1和1∶2配合物，其逐级结合常数KA(mol-1·L)分别为(2.57±0.40)×1015和(1.96±0.39)×1014，其Tb3+不能被apoOTF竞争脱除。　　结果显示，apoOTF和α-Keratin分别与Tb23+作用，其结合常数(mol-1·L)分别为1012和104数量级。多酚—金属配合物(TA-Tb13+和TA-Tb23+)与蛋白(apoOTF和α-Keratin)相互结合时，均可形成1∶1配合物而猝灭蛋白荧光，与apoOTF作用不出现铽敏化荧光，而与α-Keratin作用则出现铽敏化荧光。结果表明，Keratin和apoOTF与TA-Tb3+配合物结合方式不同，TA-Tb3+配合物与Keratin可形成蛋白-Tb3+-TA和蛋白-TA-Tb3+两种三元配合物，而与apoOTF仅形成蛋白-TA-Tb3+三元配合物。这为多酚毛纤维染色、金属离子媒染和着色机理提供了依据。　　将EHPG-Tb3+体系测定稀土铽分析的新方法，应用于植物多酚、Tb3+与羊毛纤维相互作用的研究。首次在毛发染色领域建立了研究羊毛吸附多酚和金属离子的羊毛—铽离子探针—多酚研究体系，并通过热力学和动力学分析，阐明了羊毛吸附多酚和金属离子的关系和规律，为多酚染料“上染毛纤维机制的模型”的提出奠定了基础。　　利用多酚、金属离子媒染法进行毛纤维染色应用研究，确定了其染料配方、染色参数和工艺。　　在上述研究的基础上，总结提出了“多酚染料毛纤维着色机制的模型”，这对阐明多酚染料对毛纤维的附着机理、拓宽毛纤维染料的领域具有重要推动作用。　　综上所述　　本文揭示了天然蛋白质高级结构的疏水性与多酚的选择性识别关系。首次提出了单宁酸与球蛋白相互作用的“快反应和慢反应”两反应过程”和“构象再匹配”假设，并进行了实验验证。从动态水平上阐明了多酚与蛋白的识别和结合作用的分子机制，为多酚蛋白相互作用的理论增添了新内容。　　本文以稀土铽离子探针，首次在毛发染色领域建立了多酚—铽离子—羊毛角蛋白和羊毛纤维的研究体系，阐明了金属离子和多酚与羊毛角蛋白之间相互作用的关系和规律，羊毛吸附多酚和金属离子的关系和规律。总结提出了植物多酚毛染料“毛纤维着色机制的模型”。丰富了天然染料的染色机制和理论，为开发新型、安全、环境友好的多酚毛纤维染料奠定了理论基础。