材料界面诱导蛋白质晶体异相形核的研究进展

异相形核是促使蛋白质结晶最常见的途径,该途径可以降低形核势垒,比均质形核更容易实现蛋白质结晶。随着结构生物学对蛋白质结构解析需求的迅速增长,目前异相形核已经成为蛋白质结晶方法学研究领域中的热点。综述了利用材料界面诱导蛋白质晶体异相形核的研究进展,并探讨了其发展前景。     

蛋白质结晶条件的筛选策略研究进展

蛋白质分子的三维结构是生命科学研究中极为重要的信息,X射线单晶衍射技术是目前获得结构信息最主要的手段,但如何筛选到第一个蛋白晶体是该技术必需的第一步,也是制约结构生物学发展的主要瓶颈问题之一。现在一般通过规模筛选的方法从众多的溶液中筛选出可结晶的条件,但是工作量较大,效率也不高。回顾了近年来在提高结晶筛选效率方向取得的成就,主要表现在2个方面:一是在传统结晶方法和试剂基础上发展起来的一系列新的高效的结晶技术和筛选试剂盒;二是从生物学、物理学和化学等角度提出的一些提高结晶筛选效率的新技术,主要包括通过分子工程改造蛋白、提高蛋白溶液的稳定和均一性、导入籽晶、共结晶、改善结晶界面和变温筛选等技术。最后展望了该领域未来的发展趋势。     

强迫流动环境对蛋白质结晶的影响

生长高质量蛋白质晶体一直是结构生物学领域的瓶颈问题之一。因此,研究蛋白质结晶方法学,提高获得高质量蛋白质晶体的几率,意义重大。强迫流动作为一种特殊的物理环境,对蛋白质溶液形核以及晶体生长过程有着显著的影响。综述了不同的强迫流动环境对蛋白质结晶过程的影响,并对影响机理进行了分析。近期的研究发现,对某些蛋白质而言,强迫流动环境有利于生长尺寸大、质量高的蛋白质晶体。     

用于蛋白质结晶的分子改造技术

获得晶体及提高晶体质量是蛋白质结晶方法学中的两大基本问题.为解决这两个问题,结构生物学家已发展了许多方法,其中针对蛋白质本身进行分子改造是非常重要的方法之一.通过蛋白质工程技术,如定点突变、还原甲基化修饰、剪切或删除构象柔性环区、融合蛋白、复合物共结晶、原位蛋白质水解等方法对蛋白质本身进行分子改造,可明显提高其结晶成功率及晶体质量.随着该方面成功案例的不断积累,分子改造技术越来越凸显出其在蛋白质结构解析中的重要作用,特别是对一些难以结晶或提高晶体质量的蛋白质而言,其应用价值更不可忽视.针对近年来分子改造技术在蛋白质结晶中的应用进行了回顾与总结,并展望了其未来的发展.     

热致相分离法制备聚乳酸多孔膜EI北大核心CSCD

以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,采用热致相分离方法制备出不同形貌聚乳酸(PLLA)多孔膜。通过差示扫描量热实验测定了PLLA/DMF溶液的结晶温度及制备的多孔膜的热力学性能;采用扫描电镜和X射线衍射仪表征了PLLA多孔膜的形貌及晶型。结果表明,随着溶液浓度的增大,PLLA结晶温度逐渐升高。低浓度溶液中得到纳米纤维网状PLLA多孔膜,高浓度溶液中制备出微球状PLLA多孔膜;纤维网状和微球状PLLA分别为α’和α晶型,形成机理分别是液-液相分离和成核结晶生长。同时,随着浓度的增大,PLLA熔点(Tm)略有升高。     

提高蛋白质晶体质量的研究进展

获得高质量蛋白质晶体一直是X射线衍射解析蛋白质结构的瓶颈问题,因此研究提高蛋白质晶体质量的方法具有非常重要的意义。近年来人们从影响蛋白质结晶过程的各个因素出发,发展了一系列提高蛋白质晶体质量的方法,如在亚稳区生长蛋白质晶体、利用特殊环境影响蛋白质晶体生长的动力学过程、利用去垢剂提高蛋白质晶体质量和分子工程改造蛋白质分子提高晶体质量等。分析和评述了这些方法影响蛋白质结晶过程的机理。     

超声在工业结晶的应用

超声在结晶过程中的应用,近几年引起了国内外学者的广泛兴趣,主要探讨超声对结晶过程中结晶溶液的诱导期、溶液的一次成核、二次成核、晶体的结晶速率以及晶体的形貌和结构的影响.发现超声可以缩短诱导期,加速晶核的生成.提高晶体的结晶速率,改变晶体的形貌.特别是对产品的影响,可以更好地满足人们对产品的要求.     

真空膜结晶法结晶溶菌酶的实验研究

采用聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜对真空膜结晶溶菌酶进行了实验研究.考察了膜下游真空度、蛋白质浓度、料液流速、添加剂、pH和离子强度对溶剂跨膜通量及溶菌酶晶体质量的影响.结果表明,真空度应控制在0.015 MPa左右;溶菌酶真空膜结晶的最佳浓度为20 mg/mL;结晶溶液的流速以288μm/s为宜;结晶溶液中加入一定添加剂如丙三醇、DMSO等,可以有效提高溶剂跨膜通量,改善晶体质量;在相同离子强度下,pH值越大膜通量越低,在不同的pH值下可以得到不同形状的晶体.     

超微细CaCO3结晶的控制生长

通过SEM显微技术,从亚微观结构研究Na5P3O10对Ca(OH)2D碳化反应中CaCO3结晶的控制生长过程。结果表明,CaCO3结晶的成核、生长在时间上是重叠的伴随过程,在观测到大量亚稳态CaCO3籽晶（R＝23－26nm)的存在。这时,CaCO3晶体生长并不符合Zener-Ham理论的扩散生长规律,结晶生长由穿越晶体界面的短程扩散控制。在反应结晶末期,SEM已观测不到亚稳态CaCO3籽晶的存在。CaCO3结晶生长遵循长程扩散控制模型R（t)=λi（Dt)^n,时间指数n=0.4874-0.4992（理论值n=0.5),随着碳化液中Na5P3O10浓度的增大,常数λiD^n由16．69降至11．36,从而有效地控制CaCO3的结晶生长。     

在泡沫碳化硅载体上自转化合成silicalite-1型沸石晶体

以泡沫碳化硅载体内的残余硅为硅源,在泡沫碳化硅载体上自转化合成silicalite-1型沸石晶体.用残余硅含量为16.7%的泡沫碳化硅作为载体,町制备出负载均匀、耐热性好,抗热冲击、比表面积为36 m2g-1的silicalite-1型沸石晶体/泡沫碳化硅复合材料.研究了泡沫碳化硅载体的残余硅含量和水热合成溶液的组成等因素对沸石晶体的自转化合成及其形貌的影响.结果表明,泡沫碳化硅载体中的残余硅含量是影响沸石晶体层结晶的关键因素.当载体中硅的含量过低时,溶液中的硅酸根浓度过低,不具备形成沸石晶体的条件;而当载体中硅的含量过高时,溶液中的硅酸根浓度过高,沸石晶体优先在残余硅的表面形核,随着这些硅的溶解,在其上形成的沸石晶体也随之脱落.增加模板剂的含量可促进沸石晶体形核,从而使沸石晶体的尺寸变小.     

成核剂对PET结晶行为的影响

采用差示扫描量热仪(DSC)研究了PET及添加成核剂后PET的非等温结晶过程,选用7种成核剂和4种复合成核剂进行了实验对比研究.结果表明添加任何一种成核剂后PET体系的结晶峰温移向高温,半结晶时间缩短,结晶速率常数增大,结晶度提高.其中有机类成核剂对PET结晶改善效果较无机类显著,但结晶效果最好的是成核机理为化学成核的高分子类成核剂和复合成核剂.本文还采用了热台偏光显微镜(POM)对PET晶体形貌进行了研究,发现添加有机成核剂后晶体细微而且密集.     

聚对苯二甲酸乙二醇酯的结晶成核改性研究进展

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因其重复结构单元中含有刚性苯环而成核慢、结晶度低,从而导致综合力学性能与耐热性较差,限制了其工程化应用,故对PET进行成核改性以提高结晶速率与结晶度成为亟待解决的问题。综述了PET的4大类成核剂:无机填料、有机小分子、有机高分子及复合型成核剂;在此基础上,提出机理上不同于异相成核的"离子簇集诱导成核"的概念,即与离子共价相连的聚合物链段因离子簇集而在离子簇近围紧密堆砌,从而诱导"拥挤"链段结晶成核。无机填料类成核剂包括粘土、氧化物与氢氧化物、无机盐、Si_3N_4及碳纳米管/石墨等,其成核机理均为异相成核。有机小分子类成核剂涉及羧酸盐、二胺、双酰胺及改性山梨醇等,其中羧酸盐成核机理为离子簇集诱导成核,而其它均属于异相成核。有机高分子类成核剂分为结晶性聚合物、液晶高分子、嵌段共聚物及离子交联型聚合物等;其中前三者属异相成核,后者为离子簇集诱导成核。复合型成核剂为两种以上成核剂(或成核机理)配合使用协同促进PET结晶成核。对比发现,有机高分子与复合型成核剂效果较好,且不会引起PET的降解,为PET优良成核剂。异相与离子簇集诱导耦合高分子成核剂为PET结晶成核改性未来的重点发展方向之一。     

羧酸盐类β晶成核剂与α晶成核剂的复合体系对等规聚丙烯成核结晶行为的影响

采用差示扫描量热(DSC)、广角X射线衍射(WAXD)以及力学性能分析等方式考察了两种α晶成核剂和一种羧酸盐类β晶成核剂复合后对等规聚丙烯(iPP)的结晶性能、晶型结构以及力学性能的影响。结果表明,α/β复合成核剂对聚丙烯的结晶峰值温度、晶型结构以及力学性能的影响都与复合体系中结晶峰值温度较高的单一成核剂相似,说明在α/β复合成核剂体系中,两种成核剂竞争成核,结晶峰值温度较高的成核剂在结晶过程中起主导地位,而结晶峰值温度较低的成核剂成核作用较小。     

熔融温度对PP中成核剂的异相成核作用的影响

用DSC研究了熔融温度对不同类型成核剂成核PP的异相成核作用的稳定性的影响。观察到随熔融温度提高，纯PP的成核作用稳定，降温结晶温度基本不变。而有机磷酸盐类成核剂成核PP的结果温度比纯PP的高，而且异相成核作用受熔融温度的影响也很小。但山梨醇类成核剂成核PP的异相成核作用随熔融温度提高，结晶温度逐步降低明显，表明其异相成核作用对热不稳定。     

Non-isothermal Crystallization Kinetics of Polyamide 6/Diamine-modified MWNTs Nanocomposite

The non-isothermal crystallization kinetics of polyamide 6/diamine-modified multi-walled carbon nanotube (PA6/D-MWNT) nanocomposite was investigated by differential scanning calorimetry (DSC). The modified Avrami equation, the Ozawa equation and the combined Avrami/Ozawa equation were employed to analyze the non-isothermal crystallization data. The crystallization activation energies were also evaluated by the Kissinger method. It was found that the combined Avrami/Ozawa equation could successfully describe the non-isothermal crystallization process. The results showed that D-MWNTs not only acted as effective heterogeneous nucleating agents for PA6 and noticeably increased the crystallization temperature of PA6, but also influenced the mechanism of nucleation and crystal growth of PA6 and then reduced the overall crystallization rate of the neat PA6 matrix. The crystallization activation energy for the nanocomposite sample was greater than that of the neat PA6, which indicated that the addition of D-MWNTs hindered the mobility of PA6 chain segments.     

SiO2-Al2O3-MgO-K2O-(F,Cr2O3)玻璃陶瓷的析晶

为了研究形核剂氟化物、氧化铬及其复合作用对SiO2-Al2O3-MgO-K2O系玻璃陶瓷形核和析晶的影响,采用高温熔融法制备了不同氟化物和氧化铬含量的基础玻璃,并对该基础玻璃进行了差热分析、显微分析和X射线衍射分析.结果表明:在所研究的玻璃体系中,氟化物或氧化铬的加入,都不同程度地削弱了玻璃体的结构,降低了玻璃的转变温度;当基础玻璃只含有氟化物时,玻璃在表面析出云母晶体,内部发生分相现象,而玻璃中仅含有氧化铬时,玻璃中发生整体析晶;没有氟化物的存在,不能析出云母晶体;当同时加入两种元素的物质后,对玻璃体析晶的影响不是简单的加合,复合的作用更为突出,进一步降低了玻璃的转变温度和析晶温度,整体均匀析出云母晶体.     

聚丙烯接枝交联物的结晶行为

以马来酸酐(MAH)和三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)固相法接枝等规聚丙烯(iPP)制备了高接枝率、高极性的PP接枝交联物，并研究了接枝物的流变特性、结晶与熔融行为和结晶形态。在接枝链上引入TAIC后稳定了分子结构，熔体流动速率减小。接枝物的结晶峰温、熔融峰温、结晶度及结晶速度均低于纯PP。但是较高接枝率的交联物的成核作用很强．其等温结晶行为不同于PP和MPP，成核和生长方式为瞬时成核的二维晶粒生长。     

Atomistic simulations of spinodal phase separation preceding polymer crystallization

Many polymeric materials crystallize when cooled below their melting temperature. Although progress has been made in our understanding of the crystallization process through both experimental and theoretical efforts, these studies have focused mainly on the crystal nucleation and growth mechanism, where critical nuclei are formed from a metastable state during the first stages of crystallization, leading ultimately to the growth of crystal domains. Attention has also been given to the structure during the precrystallization (induction period). A pretransition state occurring before crystallization has been characterized as an unstable phase separation initiated by density and orientational fluctuations. These fluctuations are caused by an increase in the average length of rigid trans segments along the polymer backbone during the induction period. These observations are consistent with the theory proposed in ref. 14 on the isotropic-to-nematic transition of polymer liquid crystals, that is, the parallel ordering of polymers is caused by an increase in chain rigidity. Here we use large-scale computer simulations to investigate melts of polymers in the early ordering stages (induction period) before crystallization. In the ordered domains we identify growing dense regions similar to smectic liquid crystals. Our simulations reveal a 'coexistence period' in the ordering before crystallization, where nucleation and growth mechanisms coexist with a phase-separation mechanism.     

Two-stage crystallization kinetics equation and nonisothermal crystallization analyses for PTEG and filled PTEG

A novel modified Avrami model considering both primary and secondary crystallization has been presented to extract the kinetic behavior of these two crystallization stages in nonisothermal crystallization process of polymers. Nonisothermal crystallization kinetics of poly(trimethylene terephthalate)–poly(ethylene glycol) segmented copolyesters (PTEG) has been investigated by differential scanning calorimetry. The crystallization rate constants and Avrami exponents at various cooling rates were obtained from the analyses for neat PTEG and multiwalled carbon nanotube (MWNT) filled PTEG. Secondary crystallization displays a lower-dimensional crystal growth compared with primary crystallization and the results of kinetics analyses are consistent with morphology study. The MWNTs introduced into PTEG matrix take the role of effective nucleating agents during composites crystallization and can expedite the process of crystallization of the matrix by providing more nucleation sites to the crystallizing phase.