氨基酸和短肽分子的表面增强拉曼光谱研究

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拉曼光谱是光子和分子之间非弹性散射所产生的散射光谱。拉曼光谱分析方法具有非破坏性的特点,是很重要的分子结构分析手段。随着各种拉曼技术的发展,拉曼光谱学已经广泛的应用于化学,材料,环境,考古以及生物医学等领域,并在多个领域得到了迅速的发展,为社会的发展和进步作出了巨大的贡献。表面增强拉曼散射(SERS)是一种表面效应,可提供吸附于或靠近于金属表面分子的结构信息,故可用于界面与表面吸附分子的排列取向及结构研究。由于其高探测灵敏度、高分辨率、水干扰小、可猝灭荧光。稳定性好及适合研究界面等特点,被广泛应用于表面研究、吸附物界面的表面状态研究、生物大分子的界面取向及构型、构象研究和结构分析。   氨基酸和短肽是构成复杂多肽,蛋白质的基本结构单元,也是人体维持正常生理功能所必需的元素。由于它们对于人体的不可或缺性,一直是医学、电化学和生物无机化学非常感兴趣的研究对象。本文利用拉曼光谱技术结合表面增强拉曼散射技术来研究氨基酸和短肽就是想通过掌握氨基酸和短肽分子结构的相关信息,从而建立一个用于研究蛋白质构型和构象变化的短肽模型,进而深入研究复杂多肽和蛋白质的结构特征,吸附取向和吸附方式。   本论文包括以下五个部分:   1.拉曼散射概述。介绍了拉曼光谱的基本原理,拉曼光谱的基本理论和发展,各种相关技术的发展以及拉曼光谱的应用。   2.表面增强拉曼散射(SERS)概述。介绍了表面增强拉曼光谱的基本原理,发现和发展过程以及增强基底的制备和应用。   3.利用常规拉曼光谱和SERS表面增强拉曼光谱技术对氨基酸在银胶颗粒表面吸附行为的研究。20种氨基酸中选取了芳香族氨基酸和脂肪族氨基酸为研究对象。利用表面增强拉曼光谱研究了芳香族氨基酸和脂肪族氨基酸在银溶胶体系中吸附状态和相互作用的特性,并对同类的氨基酸的光谱特征进行了分析比较。实验结果表明,芳香族氨基酸的侧链是强拉曼信号的,其中以侧链和羧基在银表面的化学吸附模式为主;脂肪族氨基酸则主要通过氨基和羧基吸附在银表面上,相关的特征谱带有一定的频移。   4.表面增强拉曼光谱研究甘氨酸二肽Gly-Gly与银胶的相互作用。首先比较了甘氨酸Gly和甘氨酸二肽Gly-Gly的水溶液常规拉曼光谱和表面增强拉曼光谱,对相关特征谱带进行了指认。以化学还原的方法制备了银溶胶,通过测定甘氨酸二肽Gly-Gly在不同检测时间,不同的pH值下的表面增强拉曼光谱的变化,探讨了Gly-Gly在纳米银衬底上的吸附状态和相互作用的特性,结果表明,在Gly-Gly与银胶混合后5min检测得到的光谱与10min到3天检测得到的光谱有很大的不同,Gly-Gly的表面增强拉曼光谱是随着时间变化的。Gly-Gly与纳米银的作用是通过氨基、羧基和酰胺键与银的物理,化学吸附,其吸附随着pH值的变化而变化。   5.亮氨酸二肽Leu-Leu和谷胱甘肽GSH的常规拉曼和表面增强拉曼研究。本文报道了亮氨酸二肽(Leu-Leu)和谷胱甘肽(GSH)的常规拉曼光谱和在银胶基底上的表面增强拉曼光谱(SERS),并对它们的拉曼特征谱带进行了初步的指认和归属。对于谷胱甘肽。结合浓度的变化探讨了吸附作用的特点和规律。实验结果表明,GSH分子是通过C-S键、羧基和酰胺键吸附在银胶表面上的,C-S键的特征谱带以两种构象的形式存在,不同浓度下拉曼强度基本保持不变。
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