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激光光散射技术及其应用

LaserLightScatteringSystemTechnologyandApplication

BROOKHAVENINSTRUMENTSCORPORATION

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美国布鲁克海文公司公司北京技术服务中心

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激光光散射技术和应用

近年来，光电子和计算机技术的飞速发展使得激光光散射已经成为高分子体系和胶体科学研究中的

一种常规的测试手段。现代的激光光散射包括静态和动态两个部分。在静态光散射中，通过测定平均散

射光强的角度和浓度的依赖性，可以得到高聚物的重均分子量Mw，均方根回旋半径Rg和第二维利系数A2；

在动态光散射中，利用快速数字相关器记录散射光强随时间的涨落，即时间相关函数，可得到散射光的

特性弛豫时间，进而求得平动扩散系数D和与之对应的流体力学半径Rh。在使用过程中，静态和动态光

散射有机地结合可被用来研究高分子以及胶体粒子在溶液中的许多涉及到质量和流体力学体积变化的

过程，如聚集和分散、结晶和溶解、吸附和解吸、高分子链的伸展和卷缩以及蛋白质长链的折叠，并可

得到许多独特的分子量参数。

一、光散射发展简史：

Tynadalleffect（1820-1893）

1869年，Tyndall研究了自然光通过溶胶颗粒时的散射，注意到散射光呈淡淡的蓝

色，并且发现如果入射光是偏振的，这散射光也是偏振的。Tyndall由此提出了19

世纪气象学的两大谜题：为什么天空是蓝色的为什么来自天空的散射光是相当偏振

的

JamesClerkMaxwell(1833-1879)

解释了光是一种电磁波，并正确地计算出光的速度。

LordRayleigh(1842-1919)

1881年，Rayleigh应用Maxwell的电磁场理论推导出，在无吸收、无相互作用条

件下，光学各向同性的小粒子的散射光强与波长的四次方成反比。并解释了蓝天是

太阳光穿透大气层所产生的散射现象。

AbertEinstein(1879-1955)

研究了液体的光散射现象。

Chandrasekhara(1888-1970)

1928年，印度籍科学家Raman提出了Raman效应（也称拉曼散射），即光波在被散

射后频率发生变化的现象。

PeterDebye（1884-1966）

延续了Einstein的理论，描述了分子溶解于溶剂中所产生的光散射现象，提出用

Debyeplot。1944年，Debye利用散射光强测得稀溶液中高分子的重均分子量。

PeterDebye

LordRayleigh

Tyndalleffect

（1920-2005）

1948年，Zimm提出了着名的Zimm作图法，即在一张图上同时将角度和浓度外推

到零，从而准确计算出高分子的分子量。从此，光散射成为测定高分子分子量的

一种经典方法。

RobertPecora

1964年，提出了动态光散射的理论分析。

CumminsHZ

1964年，测定了聚苯乙烯胶乳稀溶液的散射，得到与理论一致的结果。

EdwardRoyPike

1969刘凤岐 年，提出了数字相关器。

WalterTtscharnuter（Brookhaven创始人）

1971年，设计制造出世界上第一块数字相关器。

BrookhavenInstrumentsCorp.

1980年，推出世界上第一块商业化的数字相关器BI-2030；1990年推出世界上第一块单卡式数字相关器

BI-9000；2003年推出新一代采用大规模集成电路设计的数字相关器TuborCorr。

二、基本理论：

1.静态光散射

当一束单色、相干的激光沿入射方向照射到无吸收的高分子稀溶液时，光束中分子的电子云在光

的电磁波作用下极化，形成诱导偶极子，并随着电磁波的振动向各个方向辐射出电子波，该电子波成为

二次光波源，也就是散射光。如果分子是静止的，则散射光和入射光的频率相同，称弹性散射。高分子

溶液的散射光强远远高于纯溶剂，并且强烈依赖于高聚物的分子量、链形态（构象）、溶液浓度、散射

光角度和折光指数增量（dn/dc值）。因此由光散射法测得不同浓度的高聚物溶液在不同散射角下的散射

光强数据后，可按以下公司求得高聚物的重均分子量Mw，均方根回旋半径Rg和第二维利系数A2。理论公

式如下：

CAR

n

M

R

KC

g

W

2

2

2

2

0

22

2])

2

(sin

3

16

1[

1











(1)

其中：

K：光学常数，K=42(dn/dc)2n0

2/(NA0

4)

R?：瑞利因子，R?=I?r2/I0

RobertPecora

Mw：

重均分子量

Rg：均方根回旋半径

A2：第二维里系数

n溶剂的折光指数

C：溶质分子的浓度（g/mol）

n0：标准液体的折光指数

dn/dc：溶液的折射率与其浓度变化的比值

NA：阿伏伽德罗常数

0：入射光波长

I?：入射光光强

I0散射光光强

r光源到测量点的距离

将KC/R对sin2(/2)+kC作图，即得到ZimmPlot，其中K为调整横坐标的设定值。见图2。

通过以下三种特例，可推导出

Mw，A2和

2>的值。

当?0时，公式(1)简化为

CA

M

R

KC

w

2

2

1





(2)

由=0直线的斜率可求得A2。

当C?0时，公式(1)简化为

])

2

(sin

3

16

1[

1

2

2

2

0

22











g

w

R

n

M

R

KC

(3)

由C=0的直线斜率可求得

2>

当??0、C?0时，公式(1)简化为

wM

R古风诗词唯美短句

KC1





(4)

=0、C=0在纵坐标上交点的倒数即为

Mw

除了用Zimm图处理光散射数据外，还可采用Debye和Berry作图法。该实验的关键技术是高分子

溶液必须进行仔细除尘和纯化，以达到清亮透明。溶剂应当预先重蒸纯化。高分子溶液则需要经过适当

孔径的微孔过滤器直接过滤注入散射池。

2.动态光散射

与静态光散射相比，动态光散射不是测量时间平均散射光强，而是测量散射光强随时间的涨落，因

此称为“动态”。当一束单色、相干光沿入射方向照射到高分子稀溶液中，该入射光将被溶液中的粒子

（包括高分子）向各个方向散射。而且，由于粒子的无规则布朗运动，散射光的频率将会随着粒子朝向

或背向检测器的运动出现极微小的（-105～7）的增加或减少，使得散射光的频谱变宽，即所谓的产生

Doppler效应（频谱变化）。显然，频率变宽的幅宽（线宽）是同粒子运动的快慢联系在一起的。但是，

加宽的频率（-105～7）与入射光频率（～1015Hz）相比，更小得多，因此难以直接测得其频率分布谱。然

而，利用计算机和快速光子相关技术并结合数学上的相关函数可得到频率增宽信息。如果频率增宽完全

是由平动扩散所引起，那么由此可测得高分子平动扩散系数及其分布、流体力学半径等参数。这种技术

称为动态光散射（光子相关光谱），由于散射光的频率发生了非常微小的相对移动，所以动态光散射又

称为准弹性光散射。公式如下：

光强的时间自相关函数：C（）＝A[1+*g()2]（5）

散射光电场的时间自相关函数：g()2=exp–（6）

将公式（5）带入公式（6）展开：C（）＝A[1+*exp–2]（7）

平动扩散关系式：＝D*q2（8）

Stokes-Einstein方程:D＝KT/6Rh（9）

其中：

G（）光强的时间自相关函数

g()电场的时间自相关函数

A：基线，由测量得出

：空间相干因子，0<<1

：驰豫时间

：频率线宽

D：平动扩散系数

q散射因子，q=4nsin?/0

n溶剂的折光指数

0：入射光波长

K

Boltzman常数

T绝对温度

溶剂粘度

Rh流体力学半径

对于一个多分散体系，归一化后的电场自相关函数g()和线宽分布函数G()的关系如下。利用

Laplace反演可得到G（）。G（）分布获得之后，进而得到扩散系数以及粒度大小的分布。





0

)()(deGg（9）

对一个高分子稀溶液一般而言，对浓度C和测量角度?的依赖性如下：

)1)(1(/2

2

2qRfCkDq

gD

（10）

其中：

D：角度和浓度外推到零时的扩散系数

kD：平动扩散的第二维利系数

f：

一个与高分子构型、分子内运动以及溶剂性质相关的参数

三、仪器介绍

动静态激光光散射仪（也称为广角激光光

散射仪）属于精密的光学仪器，为了实现动态

和静态光散射测量的功能，仪器结构组成上有

其独特的特点。图1显示了Brookhaven公司

广角激光散射仪的平面及侧面结构图。下面就

结构图1中各个部件的名称以及主要部件的

特点作一简略介绍。

1，部件名称：

1.激光器及激光器支架；8．旋转台中心校准刻度表14.反射镜调节器

2.旋转台底座9.光束聚焦调节透镜15.目镜

3.旋转台10.样品池组件16.孔径片

4.旋转臂11．光束阻拦器17.滤光轮

5.2mm准直狭缝12A.光束调节透镜（水平）18.检测器

6.检测器支架12B.光束调节透镜（垂直）19.角度调节器

7A,B.旋转台中心调节螺丝13A.狭缝调节器（水平）20.角度离合器

7C.旋转台中心固定螺丝13B.狭缝调节器（垂直）21.支撑环

2，主要部件介绍：

图1广角激光光散射仪的仪器结构图

激光器：激光器种类很多，常见的有氦氖、固体、氩离子等激光器，功率介于10～3000mW之间。

按激光颜色来分，主要由532nm附近的绿光激光器和632nm附件的红光激光器。使用者可以根据高分子

溶液的散射和吸收特点来选择合适功率和波长的激光器。近年来，关于高分子溶液的吸收问题越来越引

起关注，很多用户因此搭建了双激光光源的光散射系统（比如200mW532nm的绿光激光器和35mW的红

光激光器），这样就很好解决了吸收问题。通常根据高分子溶液的散射强弱，入射光强通过一组衰减片

来加以调节。

散射池和匹配液池：圆形样品池的圆心要求与

检测器的旋转中心重合。通常，样品池固定在一个

中空的恒温铜块中，铜块置于一个直径为150mm的

同心石英杯（也称匹配液池）中，杯中充满了折射

率与石英玻璃相近的匹配液（十氢萘）。光学上，

匹配液池和十氢萘的作用是使样品池的外壁增厚，

直径增大为100mm。从而入射光束不会因为样品池

细小的直径而出现聚焦或者发散，从而可最大限度

减小杂散光的影响。

匹配液循环系统：在光散射测量过程中，经常会频繁地更换样品池，容易导致匹配液有杂质，从而

对散射光产生影响。匹配液循环系统主要由蠕动泵、过滤膜和管路组成，其作用是在测量之前将匹配液

循环过滤，达到清洁样品池表面和澄清匹配液的目的，同时对匹配液池也有保洁作用（清洗匹配液池后

需重新准直管路）。

温度循环系统：温度循环系统主要由热量交换装置（位于匹配液池中部和底部）和外部水浴循环器

组成。热量交换装置以环状形式垂直位于样品的周围，并且独立于匹配液的循环之外，在测量时可以关

掉匹配液循环，而温控系统继续有效的工作。一般的温控范围是-20～80℃（选件-20～150℃），并可由

软件进行程序控制。需要注意的是，当实验温度低于室温时，可用干燥、无油的空气或氮气冲刷匹配器

的外表面，以防止因为结冰（雾）对散射光强的干扰。

旋转台（角度计）：旋转台利用蠕动齿轮和球状轴承转动，可通过手动或计算机控制，可将测量角

度控制在8～162之间任一角度。

检测器系统：检测器是将光信号转变为电信号的器件。目前常用的有PMT(光电倍增管)和APD(雪崩

型二极管)两种种检测器：APD以其高灵敏度适用于小颗粒的测量；PMT检测器以其良好的线性范围适合

测量分布较宽的样品体系。需要说明的是，APD检测器必须采取完善的保护措施，包括光路保护与检测

器自身的带有微处理器CPU的电子保护装置，要不如极易烧坏。整个检测系统装在一个转臂上，散射光

进入检测器之前，先经过“透镜---狭缝---孔径片---滤光轮”的光学系统的会聚。孔径片的大小有100

m、200m、400m、1mm、2mm和3mm，一般情况下：动态测量时，选用的孔径片越小，光路的相干

体积就越小，绘制出的相关函数就会越好，测量精度就会越高；静态测量时，选用大孔片，这样可以测

得稳定的散射光强。如静态测量选用如200m的小孔径片，光强受样品的布朗运动影响比较大，将得

不到稳定的散射光强。滤片轮装有适于、532nm、与不同波长的激光源过滤片（并根据用户具体要求加

装滤光片），根据不同的激光器选择不同波长的滤光片。

图2光强随时间变化的曲线图

相关器：相关器是动态光散射的一个核心部件。检测器输出的光强信号类似于图2所示的那样，初

看起来像是无规律的噪声，当仔细分析发现，信号谱中含有光散射体系的信息，这些光强信号分析和处

理都由数字相关器来计算完成。具体的计算按照时间相关函数的定义进行，即





ininIIC

N

i1

0，运算示例如图3，

图3光强自相关运算

其中in和in分别为在时间i和i时计数器所接收到得光子数，N为总通道数。对于一个给

定对于一个给定的的弛豫时间，相关器可算出C（）一个对应的值（运算结果得到图4相关函数）。

图4光强自相关函数

根据得到的自相关函数C（）就可进一步求得高分子溶液的扩散系数、粒径及其分布等有用信息。

这些年，随着大规模集成电路的应用，相关器已有一台大型的仪器发展成为一块单板机。目前，相关器

可以做到522个物理通道（相对于1010线性通道），延迟时间范围25ns～1310s,大大提高了运算效

率。

需要指出的是，光散射仪的安装和调试时一个非常精细的过程（也称为准直过程）。入射光和不同

角度的散射光必须严格地处在同一个平面。同时，入射光要垂直地入射散射池且通过样品池和检测器的

旋转中心。另外，激光光散射实验中一个重要的步骤是对溶液样品除尘。除了激光下肉眼观察外，还可

将检测器移至小角度观察散射光强的波动。对一个除尘充分的样品，光强在小角度的波动不应大于5%。

制备一个尽可能无尘的样品是得到好的光散射结果的先决条件，应该在实验中予以充分的重视。

四、200SM的典型应用

1.胶束的表征：

两亲性分子(如磷脂、两亲性聚合物大分子)在溶液中能够自发形成不同形态胶束(如:球形、棒状、

层状和囊胞等),胶束结构为其功能和应用的实现奠定了物理基础.胶束在生命体系中广泛存在,在保

护细胞、存储物资和输运物资等方面扮演重要角色,在人工释放体系和高级材料模板等应用领域有重要

价值.

不溶嵌段重复单元数较小的嵌段共聚物胶束可通过类似于表面活性剂胶束的制备方法直接把高分

子溶解在某一溶剂体系中制得。而对于不溶嵌段重复单元数较大的嵌段共聚物，直接将其溶解在某一溶

剂体系中，不可能制得稳定的胶束。一般需要将高分子首先溶解在两嵌段的共同良溶剂中，再通过加入

另一溶剂组分改变溶剂性质，使其变为某一嵌段的不良溶剂，从而得到稳定的胶束结构（如下图）。

在浓度低于临界胶束浓度(cmc)时，嵌段共聚物以单链的形式存在。当浓度达到cmc附近时，嵌段

开始缔合成松散的聚集体，并保持着聚集体与单链之间的平衡关系，且有大量的溶剂存在于胶束核内。

随着共聚物浓度的增加，平衡向着形成胶束的方向移动，溶剂分子被逐渐地从胶束核中排出，不溶性嵌

段开始在胶束中进行重排以达到最低的构象能。当溶液达到高浓度区域，胶束间相互作用变得尤为重要，

胶束/单链平衡则由于长程超分子结构的形成而受到影响。

在胶束的应用上，胶束的大小、结构、温敏性、pH值敏感度等决定着胶束的性能及应用前景，而光

散射法也成为表征这些参数的主要手段之一。利用动态光散射得到动态Zimm图，进行浓度和角度外推，

进而求得平动扩散系数D0，再依Stoke-Einstein公式求得流体力学半径Rh及其分布；利用静态光散射得

到静态Zimm图，可以得到绝对重均分子量Mww，均方根

回旋半径Rg和第二维里系数A2。通过以上参数再结合核

-壳模型，我们还可以计算得出胶束的密度、聚集度

Nagg和特征参数Rg/Rh比值。特征参数Rg/Rh可用来表征高

聚物链的构想：通过理论计算，当Rg/Rh=时，为硬球构

想，当Rg/Rh=1，为空心球构想；Rg/Rh=～4，为椭圆形构

想；Rg/Rh=时，为柔性高聚物缠绕。同时，还可以利用

示差折射仪测得胶束的dn/dc值。通过以上参数的表

征，我们很容易得出胶束随温度、浓度、溶剂、pH值

等因素变化信息，更好的了解和发挥胶束的性能。

[参考文献]

Block-SelectiveSolventIn?uenceonMorphology

oftheMicellesSelf-AssembledbyPS38-b-P(AA190-co-MA20)

WangqingZhang,LinqiShi,*YingliAn,LichaoGao,KaiWu,RujiangMa,BanghuaZhangStateKeyLaboratoryofFunctional

图1聚合物胶束形成示意图

PolymerMaterialsforAdsorptionandSeparation,InstituteofPolymerChemistry,N&TJointAcademy,Nankai

University,Tianjin,300071,MacromoleculesChemistryandPhysics2004,33,2017-2025

Summary:Theinfluenceofblock-selectivesolventontheself-assemblyofpolystyrene-block-poly[(acrylic

acid)-co-(methylacrylate)]ureoftheblockselectivesolvent,whichisabinarysolvent

mixturewithdifferentcomposition,exertsremarkableinfluenceonthemorphologyoftheresultingmicelles.

Whentheblockselectivesolventisabinarysolventmixtureofacetoneandwaterwithacetonecontentranging

from0to90%,theresultingaggregatesarecore-shellsphereswithdiameterabout60nm,porousaggregates

withdiameterof100,180and250nm,andcore-shellcauliflower-likeaggregateswithsizeabout200nm,

sonthatthemorphologyofresultingmicelleschangeswithacetonecontenthasbeen

uctureoftheresultingmicellesisfurthercharacterizedindetailbyDLSandSLS.

Morphologicaltuningisalsoachievedbyusingabinarysolventmixtureofethanolandwaterorabinarysolvent

ecases,core-shellspheres,hollowaggregates,

andincompactaggregatesareformedwiththeethanolorDMFconcentrationrangingfrom10to80%.

SynthesisofpH-ResponsiveShellCross-LinkedMicellesandTheirUseasNanoreactorsfor

thePreparationofGoldNanoparticles

ShiyongLiu,,MaudSave,*

SchoolofChemistry,PhysicsandEnvironmentalScience,UniversityofSussex,Brighton,EastSussex,BN1

9QJ,UnitedKingdom;Langmuir2002,18,8350-8357

ABSTRACT:Poly[(ethyleneoxide)-block-glycerolmonomethacrylate-block-2-(diethylamino)ethyl

methacrylate](PEOGMA-DEA)andpoly[(ethyleneoxide)-block-2-hydroxyethyl

methacrylate-block-2-(diethylamino)ethylmethacrylate](PEO-HEMA-DEA)triblockcopolymerswere

synthesizeddirectly,withoutrecoursetoprotectinggroupchemistry,viaatomtransferradical

po吾家卿卿多妩媚 lymerizationbysuccessivepolymerizationofGMA(orHEMA)andDEAmonomersusingaPEO-based

riblockcopolymersdissolvedmolecularlyinaqueoussolutionatlowpH;onaddition

ofNaOH,micellizationoccurredabovepH7-8toformthree-layer“onionlike”micellescomprisingDEA

cores,GMA(orHEMA)innershells,ivecross-linkingoftheGMA(orHEMA)

innershellwassuccessfullyachievedbyaddingdivinylsulfone[DVS]tothealkalinemicellarsolution

ctedly,thePEOHEMA-DEAtriblockprovedtobemuchlessreactivetowardDVSthan

thetwoPEO-GMA-DEAtriblocks,andanexcessofDVSwasrequiredtoprepareshellcross-linked(SCL)micelles

ultingSCLmicellesexhibitedreversibleswellingbehavioronvarying

H,ectofvarying

theblockcompositionandthe[DVS]/[GMA]molarratioonthestructuralstabilityandpH-dependent

(de)DEAblocksandlower[DVS]/[GMA]molarratiosledto

increasedswellability,y,theseSCLmicellescanserveasnanoreactorsforthesynthesis

icDEAresiduesinthecoresoftheSCLmicelleswerefirstprotonatedusing

HAuCl4,andthentheelectrostaticallyboundAuCl4-anionswerereducedtonanoparticlesofelemental

d-loadedSCLmicellesexhibitedexcellentlong-termcolloid

stability.

2.囊泡几何形状、大小和囊壁厚度的表征

微胶囊是通过成膜物质将囊内空间和嚢外空间隔离开以形成特定几何结构的物质，其内部可以是可

以填充的，也可以使中空的。微胶囊技术在现代科技与日常生活中有重要作用，如药物、染料、纳米微

粒和活细胞等都可以被包埋形成多种不同功能的微胶囊。然而，传统技术制备的中空微胶囊，其几何形

状、大小和嚢壁厚度都无法精确控制，所得微胶囊的分散性和稳定性不佳，限制了微胶囊基本物理性能

如膜结构、通透性、力学强度的研究。

利用动静态光散射技术再结合核-壳模型，可以对微胶囊的几何形状、粒径大小、分子量大小和囊壁

厚度进行表征，进而人为对微胶囊的囊壁组成和结构进行精确的控制与调控，从而调控微胶囊的各种性

能和功能。

[参考文献]

PolymericVesiclePermeability:AFacileChemicalAssay

GiuseppeBattaglia,*,?,?andSalvadorTomas*,?

DepartmentofEngineeringMaterials,TheKrotoResearchInstitute,UniVersityofSheffield,Broad

Lane,Sheffield,.,S37HQ,andDepartmentofChemistry,TheUniVersityofSheffield,Sheffield,.,S37HF;

Langmuir2006,22,4910-4913

ABSTRACT:Wepresentasimplemethodtocharacterizevesiclesanddetermine,atthesametime,themembrane

hodisbasedonencapsulatinghighlyhydrophilic

3,3’,3’’-phosphinidynetris-benzenesulfonicacid(PH)intovesiclesandsubsequentlymonitoringits

reactionwith5,5’-dithiobis-2-nitrobenzoicacid(DTNB).Wetestedthemethodbymeasuringthemembrane

permeabilityofvesiclesformedfromaseriesofpoly(ethyleneoxide)-co-polybutyleneoxide(EB)copolymers

dthattheexperimentaldataareingoodagreementwithcalculations

basedonFick’eforequantifiedtheDTNBpermeabilityacrossvesiclemembranes,finding

thatpolymericEBmembraneshaveamoreselectivepermeabilitytowardpolarmoleculescomparedto

phospholipidsmembranes.

3.脂质体的表征

脂质体是一种定向药物载体，属于靶向给药系统的

一种新剂型。它可以将药物粉末或溶液包埋在直径为纳

米级的微粒中，这种微粒具有类细胞结构，进入人体内

主要被网状内皮系统吞噬而激活机体的自身免疫功能，

并改变被包封药物的体内分布，使药物主要在肝、脾、

肺和骨髓等组织器官中积蓄，从而提高药物的治疗指

数，减少药物的治疗剂量和降低药物的毒性。

脂质体是由磷脂、胆固醇等为膜材包合而成。这

两种成分不但是形成脂质体双分子层的基础物质，而且本身也具有极为重要的生理功能。

用磷脂与胆固醇作脂质体的膜材时，必须先将类脂质溶于有机溶剂中配成溶液，然后蒸发除去有机

溶剂，在器壁上形成均匀的类脂质薄膜，此薄膜是由磷脂与胆固醇混合分子相互间隔定向排列的双分子

层所组成。

按结构和粒径，脂质体可分为单室脂质体、多室脂质体、含有表面活性剂的脂质体。按性能，脂质

体可分为一般脂质体（包括上述单室脂质体、多室脂质体和多相脂质体等）、特殊性能脂质体、热敏脂

质体、PH敏感脂质体、超声波敏感脂质体、光敏脂质体和磁性脂质体等。按荷电性，脂质体可分为中性

脂质体、负电性脂质体、正电性脂质体。

利用动静态光散射技术再结合核-壳模型，可以对脂质体的分子层结构进行表征，例如几何形状、大

小和双分子层厚度进行表征，进而人为对脂质体的双分子层组成和结构进行精确的控制与调控，从而调

控脂质体的各种性能和功能。

[参考文献]

Size,Stability,andEntrapmentEfficiencyofPhospholipidNanocapsulesContaining

PolypeptideAntimicrobials

,,,,#LDAVIDSON,?,ANDJOCHENWEISS*,?,

DepartmentofFoodScienceandTechnology,2605RiverRoad,DepartmentofBiochemistryandCellularand

MolecularBiology,WalterLifeSciences,andFoodSafetyCenterofExcellence,TheUniversityofTennessee,

Knoxville,Tennessee37996;em.2003,51,8073?80798073

ABSTRACT:Theeffectoflipidcomposition[phosphatidylcholine(PC),phosphatidylglycerol(PG),and

cholesterol]onsize,stability,andentrapmentefficiencyofpolypeptideantimicrobialsinliposomal

,PC/cholesterol(70:30),andPC/PG/cholesterol(50:20:30)liposomeshad

entrapmentefficiencieswithcalceinof71,57,and54%withparticlesizesof85,133,and145nm,

-encapsulationofcalceinandnisinresultedinentrapmentefficienciesof63,54,and59%

withparticlesizesof144,223,and167nmforPC,PC/cholesterol(70:30),andPC/PG/cholesterol(50:20:30),

-encapsulationofcalceinandlysozymeyieldedentrapmentefficienciesof61,60,and61%

withparticlesizesof161,162,and174nm,hestconcentrationofantimicrobialswas

encapsulatedin100%s

demonstratethatproductionandoptimizationofstablenanoparticulateaqueousdispersionsofpolypeptide

a逢组词语 ntimicrobialsformicrobiologicalstabilizationoffoodproductsdependonselectionofsuitable

lipid-antimicrobialcombinations.

4.聚电解质样品的表征

聚电解质可用作食品、化妆品、药物和涂料的增稠剂、分散剂、絮凝剂、乳化剂、悬浮稳定剂、胶

粘剂，皮革和纺织品的整理剂，土壤改良剂，油井钻探用泥浆稳定剂，纸张增强剂，织物抗静电剂。近

年来，聚电解质在药物载体研究方面有着诸多应用。聚电解质组装体不但可以为药物、基因、显像诊断

试剂及功能纳米微粒提供负载场所，赋予组装体药物和基因传输和显像诊断功能，而且由于组装体的内

部及表面携带多种反应性官能团（如—OH，—

COOH等），既可直接结合生物酶、细胞、抗体、

药物等，又可便于化学修饰以实现不同的功能与需

求。同时，聚电解质组装体还具有对溶剂、离子环

境、温度和浓度敏感的特点。

聚电解质具有高分子溶液的特性，例如粘度、

渗透压和光散射等。由于它带有电荷，并且这三方

面的性质又不同于一般的高分子，不能用上述溶液

的特性与分子量的关系式来测算分子量。例如，在

无盐条件下聚电解质溶液的Kc/R值与q2值不成线性

关系，只有在适当但爱鲈鱼美的上一句 浓度的盐溶液中才呈线性关系（图1）。在动态光散射表征方面，在无盐条件下单分

Staticlightscatteringresultsforcharged

supramolecularnanoparticleswithout(opencircles)

andwithaddedsalt(filledcircles),

散的聚电解质溶液在动态光散射粒度分布上会呈现多峰分布（通常有大峰存在），只有在加入适当的盐

溶液的情况下，才会屏蔽掉这个大峰，粒度分布呈现出聚电解质的真实分布情况。所以测定聚电解质的

分子量时，必须把聚电解质溶解在一定浓度的盐溶液中。另外，聚电解质组装体还具有对溶剂、离子环

境、温度和浓度敏感的特点，利用动静态光散射仪可以表征聚电解质的这些特点，例如，聚电解质在不

同温度条件下的流体力学半径Rh、绝对重均分子量Mww，均方根回旋半径Rg、第二维里系数A2、密度、

聚集度Nagg和Rg/Rh比值等，从而更好的了解聚电解质的特性，为我们更好地使用聚电解质提供参考。

[参考文献]

Polyelectrolyte-GelatinComplexation:Light-ScatteringStudy

,tei不该动情却动了情的诗句 n,*,*

ImagingResearchandAdvancedDevelopment,EastmanKodakCompany,Rochester,NewYork14650-2116,

Macromolecules1997,30,3262-3270

ABSTRACT:Complexformationbetweennegativelychargedpolyelectrolytesandanetnegativelycharged

polyampholyte(gelatin)polyanionsstudiedaresodium

poly(styrenesulfonate)(NaPSS)andsodiumpoly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate)(NaPAMS).The

molecularweightsofthesinglepolyelectrolytechainsNaPSSandNaPAMSincrease20-and15-fold,

respectively,esuchmolecularweightincreases,theradiiofgyration

ofthecomplexeswerefoundtobeonlyslightlylarger(～15%)thanthoseofthecorrespondingparent

singnegativevaluesforthesecondvirialcoefficientswereobservedupon

saturationofgelatinonthepolyanionchains,e

sstantpH,thecomplex

esultssuggestthatelectrostaticinteractionisthemaindrivingfor

pholytemoleculesarepolarizedintheelectricfieldof

larization-inducedattractionisbelievedtobethemainmechanismof

densityofthepolyanion江启臣 issuggestedtobeanimportantfactorfordeterminingits

extentofgelatinbinding.

SingleChainCharacterizationofHydrophobicallyModifiedPolyelectrolytesUsing

Cyclodextrin/HydrophobeComplexes

,s,?t,,⊥-Yang*,?

DepartmentofPhysics,LehighUniversity,Bethlehem,Pennsylvania18015,TechnicalCenter,UnionCarbide

CorporationsAsiaPacificInc.,Singapore,UCAREmulsionSystems,ResearchandDevelopment,UnionCarbide

Corporations,Cary,NorthCarolina27511,andResearchLaboratories,RohmandHaasCompany,SpringHouse,

Pennsylvania19477；Macromolecules2000,33,2480-2485

ABSTRACT:Thecharacterizationofhydrophobicallymodifiedalkali-solubleemulsions(HASE)using

conventionaltechniquessuchasgelpermeationchromatographyorstaticlightscatteringis

ferentapproachesweretakentoprevent

thehydrophobicassociationofHASEpolymersinaqueoussolution:(1)hydrolyzethepolymer

todislodgethehydrophobicconstituents,and(2)usemethyl--cyclodextrin,whichhasa

hydrophobiccavityandahydrophilicoutershell,toshieldthehydrophobesfromassociating.

Usingthesetwoapproaches,themolecularweight(Mw),hydrodynamicradius(Rh),andradius

ofgyration(Rg)ofsinglechainsofthesepolymersweredeterminedusinggelpermeation

chromatography(GPC)anddynamic(DLS)andstatic(SLS)

molecularweightofthecontrolpolymer.,polymerswithsimilarcompositionbutwithno

hydrophobe)isfoundtobe105g/ecularweightsofthesepolymerswithC8,C16,

andC20hydrophobeswerefoundtobe105g/aringGPCandSLSresults,wewere

abletodeterminethat,exceptforonechemicalsite,branchingorgraftingdidnotoccurin

thepolymerchainduringsynthesis.

5.自组装

自组装已经成为纳米科学领域一个重要的课题。它的主要研究内容是高分子之间、高分子与小分子

间、高分子与纳米粒子之间通过非共价键的相互作用，进行自组装而实现不同尺度上的规则结构。如胶

束、囊泡、聚电解质、脂质体、高分子与无机纳米粒子共聚物等。目前研究较多的组装方法有：化学吸

附法、分子沉积法、接枝成膜法、慢蒸发溶剂法和旋涂法。

影响组装体系稳定性的因素有：分子识别、组分、溶剂、温度及热力学平衡状况。而通过测定组装

体系的扩散系数、粒径、分子量、均方根回旋半径，第二维利系数等变化，可以方便地表征自组装体系

的这些性能。

[参考文献]

Self-Assemblyof-1:Cryo-TEMandDynamicandStaticLight

Scattering

MassimoBonini,?SimonaRossi,?GoranKarlsson,?MatsAlmgren,?PierandreaLoNostro,*,?andPiero

Baglioni?

DepartmentofChemistryandCSGI,UniversityofFlorence,50019SestoFiorentino(Firenze),Italy,and

DepartmentofPhysicalChemistry,UppsalaUniversity,Box579,S-75123Uppsala,Sweden;Langmuir,

2006,22,1478-1484

ABSTRACT:Inthisarticle,wereportevidenceof-cyclodextrin(-CD)self-aggre曾巩的诗 gationinwater.A

criticalaggregationconcentration(cac)between2and3mMwasdeterminedbyusingdynamic(DLS)

andstatic(SLS)lightscatteringtoinvestigatethepresenceof-cyclodextrinaggregates.

Transmissionelectronmicroscopyatcryogenictemperature(Cryo-TEM)wasusedtodetectthestructural

ultsshowtheoccurrenceofpolymorphismdepending

onthe-CDconcentration:polydispersenearlysphericalobjectswithdiametersofabout100nmare

presentatlowerconcentrations,whereasmicrometerplanaraggregatesarepredominantathigher

concentrations.

StructureofSelf-OrganizedMultilayerNanoparticlesforDrugDelivery

i,?ri,?,?,?,*`,,o,?o,?

,|?

DipartimentodiFisica,UniVersita`degliStudidiParmaandCNISM,CRSSOFT,INFM-CNR,Parma,Italy,

DipartimentodiChimica,BiochimicaeBiotecnologieperlaMedicinas-LITA,UniVersita`diMilanoandCNISM,

Milano,Italy,DipartimentoFarmaceutico,Universita`degliStudidiParma,Parma,Italy,andInstitut

Laue-LangeVin,Grenoble,France,Langmuir2008,24,

ABSTRACT:Thecombineduseofcryo-TEM,dynamiclightscattering,andsmall-angleX-rayandneutronscattering

tec赠别杜牧古诗多情却似总无情 hniquesallowsadetailedstructuralmodelofcomplexpharmaceuticalpreparationsofsoybean

lecithin/-drivenself-organization

ofthelipid(-)/polysaccharide(+)vesiclesoccursduringrapidinjection,undermechanicalstirring,of

ludethatbeyondthe

chargeinversionregionofthephasediagram,.,enteringtheredissolutionregion,theinitialstages

ofparticleformationarelikelytobeaffectedbyare-entrantcondensationeffectatthenanoscale.

Thisbehaviorresemblesthatatthemesoscalewhichiswell-knownforpolyion/

totheboundaryofthechargeinversionregion,nanoparticleformationoccursunderamaximumcondensation

conditionatthenanoscaleandthecomplexation-aggregationprocessisdriventowardamaximum

stingly,theformulationthatmaximizesvesiclemultilamellaritycorrespondsto

thatdisplayingthehighestdrugloadingefficiency.

FluorescentSilicaNanoparticleswithEfficientUrinaryExcretionforNanomedicine

,?JelenaVider,?HooiswengOw,ErikHerz,?OulaPenate-Medina,?MartinBaumgart,Steven

,?UlrichWiesner,*,?andMichelleBradbury*,?

DepartmentofMaterialsScience&Engineering,CornellUniVersity,Ithaca,

NewYork14853,MemorialSloan-KetteringCancerCenter,NewYork,

NewYork10065,andHybridSilicaTechnologies,Ithaca,NewYork14850

NANOLETTERS2009,442-448

ABSTRACT:Thedevelopmentofmolecularlytargetedprobesthatexhibithighbiostability,biocompatibility,

andefficientclearanceprofilesiskeytooptimizingbiodistributionandtransportacrossbiological

r,couplingprobesdesignedtomeetthesecriteriawithhigh-sensitivity,quantitative

imagingstrategiesismandatoryforensuringearlyinvivotumordetectionandtimelytreatmentresponse.

Thesechallengeshaveoftenonlybeenexaminedindividually,impedingtheclinicaltranslationoffluorescent

ltaneouslyoptimizingthesedesigncriteria,wecreatedanewgenerationofnear-infrared

fluorescentcore-shellsilica-basednanoparticles(Cdots)tunedtohydrodynamicdiametersofandnmwith

alorganiccoatingpreventedadsorption

edparticlebiodistributionstudies

wereperformedusingmorequantitativeexvivofluorescencedetectionprotocolsandcombinedoptical-PET

ultssuggestthatthisnewgenerationofCdotsconstitutesapromisingclinically

translatablematerialsplatformwhichmaybeadaptedfortumortargetingandtreatment.

6.体系聚集与生长--动力学特性研究

由于体系的变化可以通过粒度、光强、扩散系数、相关曲线等的变化加以表征，所以通常我们可以

用光散射的方法来表征，从而得到体系的聚集、解离以及生长等信息。

如在蛋白质晶体生长过程中，连续采集其光散射信号，通过对其光强、粒度、扩散系数及相关曲线

等变化数据进行对比与分析，了解蛋白质晶体生长的情况及其性能变化的情况。如外加温控设备可以进

而研究体系的相变温度等溶液行为。

在一些复杂溶液体系的研究中，研究级光散射系统也是不可或缺的手段。例如对于油包水、水包油

微乳液的“初始”状态与膨胀行为，以及对于双连续相微乳液的研究等。

[参本草纲目全文白话文 考文献]

ParticleGrowthBehaviorofPoly(methylmethacrylate)NanoparticlesSynthesizedbythe

ReversibleAdditionFragmentationTransferLivingRadicalPolymerizationReaction

JusungKim,1,2JuhoKwak,3DukjoonKim1

1DepartmentofChemicalEngineering,PolymerTechnologyInstitute,SungkyunkwanUniversity,Suwon,Kyunggi

440-746,Korea2SynthesisandProcessGroup,ChemicalsR&DCenter,CheilindustriesINC,Uiwang437-711,

Korea3Sung-RimChemicalCo.,Ltd,Incheon404-818,Korea;olymSci106:3816–3822,2007

ABSTRACT:PMMAnanoparticleswithhighlymono-dispersedsizedistributionwerepreparedusingtheRAFTliving

suriniferterfortheRAFTreaction,DTBA,wassynthesized

anditschationshipbetween

theparticlesizeandthemolecularweightofthepolymerwasinvestigatedmeasuringtherateofgrowth

ofeachduringformationofparticles,andwaswellexplainedbythesimplerandomflightmolecular

ticlesizeincreaseduptoacertainvaluewithdecreasingsur-iniferter

concentrationandthenleveledoff,becausethesurfacechargedensityofthegrowingparticleswasnot

e-shelltypedi-block

copolymernanoparticleswerealsosuccessfullypreparedviaRAFTreaction._2007WileyPeriodicals,

7.研究高聚物分子量与第二维利系数关系

第二维利系数（A2）是直接表征溶液中高聚物与溶剂分子间相互作用程度的参数，当互相作用抵消

时，A2=0，而且溶剂越优良则A2越大。按照高分子溶液热力学理论，A2一般为正值，但当高分子处于

条件下，或发生聚集时，A2也可又能出现负值。

[参考文献]

VirialCoefficientsandRadiiofGyrationforPoly(-methylstyrene)inCyclohexanebelow

theTemperature

JianboLi,?StevenHarville,*

DepartmentofChemistry,UniversityofAlbamaatBirmingham,Birmingham,Alabama

35294,Macromolecules1997,30,466-469

ABSTRACT:Classicalandlow-anglelaserlight-scatteringexperimentswereperformedtomeasurethe

secondvirialcoefficient,A2,andradiusofgyration,Rg,oflinearpoly(-methylstyrene)(PMS)

ecularweights,Mw,ofthepolymersusedcovertherange

of6,erimentaltemperatures

arecontrolleddowntoabout16℃belowthetemperature℃).Atthistemperature,thescaling

exponentofRgwithMwis;thisappearstobethelowestexponenteverreportedforlinearchains

gmolecularweightdependenceofthemeasuredA2values

forthisPMS/esultsarecomparedwiththepredictions

ofavailabletheoriesandwithotherexperimentalresults.

8超高分子量聚合物PAM的表征

聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）简称PAM，由丙烯酰胺单体聚合而成，是一种水溶性线型高分子物

质。PAM具有絮凝性、粘合性、降阻性、增稠性等特点，主要用于采油、制糖、洗煤、选矿、造纸、涂

料、湿法冶金，纺织、石料切割、化工、农药、医药以及污水处理等等

在石油开采的过程中，油田开采作业中经常需要加入一定量的PAM水溶液，起到增粘、降滤失、流

变调节、胶凝、分流、剖面调整等作用，从而改善油水流速比，使采出物中原油含量提高。而PAM的性

能与其分子量大小、结构、流体力学直径等因素息息相关，所以对PAM分子量大小和结构的准确表征是

非常重要的。

传统上PAM是用粘度法进行表征的，通过Mark‐Houwink方

程经验公式（K，a值为固定常数）得出粘均分子量，但此结果对

于有结构变化的PAM来说存在较大误差。目前，使用光散射法以

其测量的准确性和方便性成为表征PAM分子量成为主要方法。由

于PAM是一种分子量极高、粘度极大的聚合物，传统光散射仪的

流路型样品池很容易导致样品池堵塞，对仪器造成损害。需采用

开放式设计的散射系统才能得到规则的Zimm，进而准确计算绝对

分子量。散射系统主要由样品池（通常为20mL）、恒温铜座、同心

匹配液池和匹配液组成，样品池固定在一个中空的恒温铜座中，铜座至于150mm的同心石英匹配液池中，

池中充满折光指数与玻璃相近的十氢萘液体。光学上，匹配液池和十氢萘的作用是使得样品池的外壁增

厚，直径大至84mm，从而入射光不会因为样品池细小的直径而出现聚焦或发散。

9.超高分子量聚合物性能评价方法研究

王刚孙刚刘洪兵大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,

结合聚合物在大庆油田应用情况，对超高分子量聚丙烯酰胺的过滤因子、粒度、分子量及特性粘数、

溶解速度等主要理化参数开展了研究，进一步搞清了这些参数对注入能力及驱油效果的影响，对比优化

了检测方法及判定指标，为确保聚合物注入质量，完善聚合物理化性能检测标准奠定了技术基础。

匹配液池十氢萘

样品池

10．蛋白质的表征

在各种工业应用中，决定蛋白质的绝对特性不仅严格而且必要，例如在生化工程应用上，以蛋白质

为基质的产品必须很纯而且无任何聚集存在。而测定蛋白质的粒径和分子量来判断是否有聚集态存在，

光散射法成为最理想的工具之一。光散射主要可如下几个方面：

1）.测定蛋白质分子的均一性，蛋白质样品的均一性是生长晶体的前提条件

2）.测定蛋白质分子的pH稳定性

3）.测定蛋白质分子的热稳定性

4）.蛋白质变复性及折叠的研究

5）.临界胶束浓度的测定，一定浓度的表面活性剂加到溶液中会形成微胶束。

[参考文献]

10.动态光散射分析不同物化条件下酪蛋白的聚集行为及其胶束尺寸

作者：章宇斌齐崴苏荣欣袁素霞靳凤民何志敏作者单位：天津大学化工学院化学工程研究所,天津300072

【摘要】?采用动态光散射技术考察了酪蛋白胶束在各种物化条件（温度、浓度、pH、离子强度、乙醇）下的聚集

行为，并测定了胶束尺寸。结果表明：热处理导致酪蛋白胶束发生离解，平均流体力学半径(Rh)值不断减小，且当蛋白

浓度较低时热离解过程为可逆，而浓度较高时则为不可逆；酪蛋白胶束的Rh值随蛋白浓度及离子强度的增加均呈现先减

小后逐渐增大的趋势，并分别在2g/L和mol/L时达到最小值；而Rh值随pH值的增加则先增大再逐渐减小，并在pH时

达到最大值；添加乙醇使酪蛋白胶束不断聚集，Rh值逐渐增加，溶液散射光强(I)呈指数增长。

11.多糖的表征

多糖是由单糖缩合而成的链状结构物质，是自然界中广泛存在的一类生物大分子。由于多糖分布

的广泛性结构的复杂性和生物作用的多样性，使人们对它的药用研究越来越重视，它将作为一类高效、

低毒、新型药物广泛应用于人类疑难疾病的治疗。

多糖是天然高分子中具有多分散性的聚合物，为了鉴定一种聚合物，

首先必须测定其分子量与分子量分布，这是高分子化合物的最基本参数之

一。采用凝胶色谱与光散射技术相结合的方法，可以测定多糖的分子量及

其分布，并具有快速、高分辨和重现性好等优点。

的表征

目前测量DNA分子量主要采用凝胶电泳法，即将DNA片段和标准分子

量（Maker）分别上样到一定浓度的凝胶中，在一定电场强度作用下，将DNA片段和Maker按分子量大

小分离形成各个条带，将目标DNA条带跟Maker条带进行比较，从而得出相对分子量。该方法不仅操作

较为复杂和缓慢，但所得的分子量为相对分子量，而且DNA分子电泳除了DNA分子大小外还受诸多因素

的影响，如：DNA分子构型?、不同的胶浓度?、电场强度?、溴化乙锭（简称EB，DNA染色剂，为剧毒物

质）、电泳缓冲液、电泳上样量、标准分子量（Maker）等，这些因素无不影响着DNA分子量计算的准

确性。

采用激光光散射法浸入式测量，不仅操作简单快捷，受干扰的因素少，而且可准确测得DNA绝对

分子量和均方根回旋半径。光散射法以其独特的优越性，成为DNA以及DNA复合物表征的理想工具之一。

1xTEbuffer94%DMF+6%

water

M

w

(106g/mol)4.810.216.90.6

R

g

(nm)135615.21.8

A

2

(Molcm3g-2)8.010-4-3.710-4

D

0

(10-8cm2s-1)2.780.1312.41.1

R

h

(nm)87217.22.0

R

g

/R

h

1.550.090.880.15

DNAin1xTEbuffer

sin2(/2)+105C

0.00.51.01.52.02.5

Hv

v

C/

R

(

x

1

0-

7

)

(

m

ol

/

g

)

2

3

4

5

6

7

8

C=0

=0

A

DNAin94%DMF+6%water

sin2(/2)+2x105C

0123

Hv

v

C/

R

(

x

1

0-

7

)

(

m

ol

/

g

)

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

C=0

=0

B

D

R

h

(nm)

0.1110



G(



)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

94%DMF+6%water

1xTEbufferC

sin2(/2)+100C

01234

Hv

v

C/

R(

x

1

0-

6

)

(

m

ol

/

g

)

6

7

8

9

=0

C=0

M

w

:181K

R

g

:39nm

A

2

:3g-2

Concentration(g/ml)

0.0000.0040.0080.0120.016

E

x

c

e

s

s

i

nt

e

n

si

t

y

(

k

c

p

s

)

0

5

10

15

20

25

LELin94%DMF+6%water

R

h

(nm)

0.1110



G(



)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

C

LEL

=6.25x10-3g/ml

R

h

(nm)

0.1110



G(



)

0.0

0.1

0.2

0.3

C

LEL

=3.12x10-4g/ml

A

B

C

D

IncreasingLELconcentration

1xTEbuffer

10-310-410-610-5g/ml

50nm

94%DMF+6%water

C

B

A

50nm

C

DNA

:1.0x10-5g/ml

C

DNA

:1.0x10-5g/ml

C

DNA

:1.0x10-5g/ml

C

LEL

:6.25x10-3g/ml

[参考文献]

与两性表面活性剂相互作用研究

孙彦庆,张高勇,王红霞,SunYanqing,ZhangGaoyong,WangHongxia(中国日用化学工业研究院表

面活性剂国家工程研究中心,太原,030001)

本文综述了DNA与两性表面活性剂相互作用的研究进展,主要介绍了利用荧光显微镜、动静态光散

射、相图及浊度等方法对DNA与两性表面活性剂相互作用的观察与形成复合物的表征.由于两性表面活

性剂所具有的独特性质,可以实现在特定pH范围通过静电作用诱导DNA构象发生线圈状向小球状的不连

续转变,并可通过调节溶液pH、离子强度等实现对DNA-两性表面活性剂复合物的稳定性的调控.DNA与两

性表面活性剂相互作用形成的复合物在非病毒基因载体研究方面具有潜在的应用价值.

13.扩散波谱（通过WilliamWatts方程）

扩散波谱是一种测量和研究各种体系动态特性的多重散射技术，适用于观察体积分数较大的不透

明分散体系，是传统光散射的发展，是一种快速有效测量不透明体系的技术；扩散波谱对埃量级颗粒的

运动非常敏感，因此常被广泛地应用到电流变液、磁流变液、沙堆等高密度体系。我们通过对自相关函

数的模拟计算，可得到电流变液体系结构与动力学特性的信息，从而研究电流变液颗粒之间的相互作用。