50 Hz脉冲电场作用下胰岛素构象变化的拉曼光谱分析

以激光拉曼光谱为手段,研究了经50 Hz脉冲电场作用后,胰岛素分子构象的变化。分析表明：经50 Hz低频脉冲电场作用后,胰岛素分子的共价键体系仍保持完好,但是分子的氢键体系发生了改变。主要表现在：α螺旋结构遭到破坏,α螺旋相对于β折叠的含量降低,致使酰胺Ⅰ带的峰向高波数方向移动。α螺旋结构的解聚使原本位于螺旋内部的振动暴露。三个二硫键的强度均减弱,且向短波方向稍有移动,也说明其周围的微环境发生了变化。另外,胰岛素二聚体之间的氢键遭破坏,导致相关拉曼峰的出现或者增强。     

拉曼光谱法研究不同环境温度下脉冲电场对胰岛素二级结构影响及理论模型分析

近年来,弱电磁辐射生物效应已受到人们的普遍关注.前期研究发现脉冲电场与环境温度对胰岛素分子的构象产生协同效应.因此,文章首先应用拉曼光谱法研究了不同环境温度下脉冲电场对胰岛素分子二级结构的影响,得到胰岛素分子α螺旋结构含量的变化;并运用蛋白质螺旋-线团结构转变模型对实验结果进行定量分析,得到的理论模型可以较好地刻画不同环境温度下,脉冲电场对胰岛素分子α螺旋结构含量的影响.脉冲电场的作用及热力学环境的改变,使蛋白质螺旋结构向无规线团结构发生转变,可以解释脉冲电场作用下,胰岛素分子α螺旋结构含量随环境温度升高而下降的原因.研究结果为进一步研究弱电磁辐射对生物大分子二级结构的非热效应机理提供了一定的实验依据及理论参考.     

温度与电磁参数协同影响胰岛素分子构象与功能的光谱学方法研究

近年来,脉冲电磁辐射和弱电磁辐射的生物效应已引起人们的关注.开展了众多的病理学调查和实验研究.但是研究结果并不一致,学术界存在众多争议.由于脉冲电磁辐射和弱电磁辐射不能引起被辐照生物样品产生明显的温升效应(温升小于0.1℃),不能用电磁辐射的热效应机理来解释这类生物效应.因此人们往往称之为"非热效应".文章应用荧光光谱和拉曼光谱方法研究脉冲电场对胰岛素分子构象变化影响的结果表明:(1)尽管这类电磁辐射不会引起被辐照生物样品的温度产生明显变化(0.1℃),但是辐照时的环境温度变化则能改变辐照实验的结果.(2)环境温度能对胰岛素分子结构中的链间二硫键,C-C键的振动等在脉冲电场作用下的变化产生明显的影响,从而对脉冲电场引发的胰岛素的构象变化产生影响.这表明对于"非热效应",表征热的量度的温度,仍是脉冲和弱电磁场辐照生物效应研究中值得关注的极重要参数.     

影响胰岛素荧光光谱的几个物理因素的测定和分析

胰岛素是调节细胞代谢或生长的重要因子,也是多种细胞体外培养的促生长因子。本文通过荧光光谱,测定和分析了电场、浓度等物理因素对胰岛素荧光光谱的影响。证明电场、浓度和温度都能影响胰岛素荧光光谱,从而影响胰岛素多聚体的构象,并可能影响其功能。     

极低频高压脉冲电场对萌发玉米种子超弱发光的影响

生物超弱发光是来自细胞的电磁信号,在揭示电磁生物学效应的机理研究中具有重要作用.为了研究极低频脉冲电场生物学效应及其机理,采用基于玉米细胞电位波动频率的1 Hz极低频高压脉冲电场处理萌发玉米种子,结果发现玉米种子的萌发过程明显加快,根长和芽长均有显著增长.对萌发种子的自发发光和延迟发光的测量结果显示,1 Hz极低频高压脉冲电场对萌发过程中玉米种子的自发发光和延迟发光积分强度都有明显的促进作用,表明1 Hz极低频高压脉冲电场加速了玉米种子萌发过程中的DNA合成和细胞代谢.     

极低频高压脉冲电场对萌发玉米种子超弱发光的影响

生物超弱发光是来自细胞的电磁信号,在揭示电磁生物学效应的机理研究中具有重要作用.为了研究极低频脉冲电场生物学效应及其机理,采用基于玉米细胞电位波动频率的1Hz极低频高压脉冲电场处理萌发玉米种子,结果发现玉米种子的萌发过程明显加快,根长和芽长均有显著增长.对萌发种子的自发发光和延迟发光的测量结果显示,1Hz极低频高压脉冲电场对萌发过程中玉米种子的自发发光和延迟发光积分强度都有明显的促进作用,表明1Hz极低频高压脉冲电场加速了玉米种子萌发过程中的DNA合成和细胞代谢.     

脉冲电场与牛血清白蛋白相互作用的同步荧光光谱和拉曼光谱比较研究

应用同步荧光光谱和拉曼光谱研究了脉冲电场与牛血清白蛋白的相互作用。同步荧光光谱研究表明,脉冲电场对牛血清白蛋白的发射荧光光谱强度产生影响,降低了处于其活性部位的色氨酸和酪氨酸残基的发射荧光强度。拉曼光谱进一步验证了这种实验结果。两种实验表明：脉冲电场改变了处于牛血清白蛋白活性中心的芳香族氨基酸所处的微环境,进而表明了蛋白质的构象发生了变化,从而影响它的生物学功能。     

荧光光谱法研究2-硝基苯胺与牛血清白蛋白的相互作用

采用荧光光谱法研究了不同酸度下,2-硝基苯胺与牛血清白蛋白(BSA)间的相互作用。实验结果表明,2-硝基苯胺对BSA的猝灭机制属于静态猝灭过程。经研究得到了不同酸度和不同温度下2-硝基苯胺与BSA反应的结合常数、结合位点数。根据热力学常数确定了二者间的作用力类型为氢键和疏水作用力。同步荧光结果表明,2-二硝基苯胺的存在改变了牛血清白蛋白的分子构象。     

高分子凝胶体积相变中的氢键作用

我们把关联模型(association models)推广应用到高分子凝胶体系,研究高分子与溶剂分子间的氢键和溶剂分子与溶剂分子间的氢键在高分子凝胶体积相变中的作用.首先通过分析凝胶体积分数与温度的关系发现,由于两种氢键作用,随着温度变化高分子凝胶出现连续、不连续体积相变,结果表明在体积相变过程中两种氢键都起着重要作用.其次,对不同氢键分数条件下的旋节线的研究发现,对于高分子凝胶体积相变中出现的UCST和LCST(上临界共溶温度和下临界共溶温度)现象也是由于高分子与溶剂分子间氢键和溶剂分子与溶剂分子间氢键共同作用的结果.     

飞秒激光脉冲在三能级有机分子介质中传播时的频谱分析

通过采用预估校正的时域有限差分法求解麦克斯韦-布洛赫方程,我们研究了飞秒激光脉冲在三能级有机分子(4,4-二甲氨基二苯乙烯分子)介质中传播时脉冲的频谱演化情况.在单光子共振情况下,即入射脉冲频率等于1、2能级之间的共振频率,对大面积入射脉冲,由于强的二次激发的作用,电场频谱中出现了在ω32附近振荡的频率成分,ω32是2、3能级之间的共振频率,说明对大面积入射脉冲二能级模型已经失效,需要采用多能级模型来描述分子介质.在双光子共振情况下,即入射脉冲频率等于1、3能级之间的共振频率的一半,由于介质中放大的自发辐射和四波混频的作用,部分入射脉冲能量转化为高频和低频电场成分的能量,分子介质表现出了很强的光功率限幅特性.     

Study on temperature & EMF co-effects on insulin conformation and biological functions by fluorescence and Raman spectroscopy

Our previous studies had suggested that the intercellular signal molecule might be an important target of electromagnetic fields. Insulin, an intercellule signal molecule, plays a critical role in transferring life information. The studies on effects of pulsed electric fields (PEF) on insulin molecule are meaningful for explaining the mechanism of biological effects of electromagnetic fields. The PEF, which we used, with its highest electric field (2 x 10(6) V x m(-1)) coupled into the insulin buffer, was about 1 V x cm(-1) cm, with a repeating frequency of 50 Hz. In the present study, the changes of insulin conformation induced by PEF were studied by fluorescence spectroscopy. Insulin solution was exposed to 50 Hz PEF with different electric field intensities for 5-35 min, which caused a time-and dose-dependent decrease in fluorescence intensities of insulin. Further, insulin solution was exposed to PEF at different temperatures to investigate the effects of PEF co-operated with temperature on insulin. The results indicated that the difference in temperature (about 5 degrees C) could induce conflict results, which is due to the effects of PEF co-operated with temperature rather than only to the effect of temperature. The authors calculated that the increase in temperature induced by PEF was 0.07 degrees C (less than 0.1 degrees C). So the effects of PEF were scarcely explained by thermal effects, it belongs to "non-thermal effects" of electric fields. So it was concluded that temperature is a considerably important factor in "non-thermal effects" of electric fields, and the ignorance of variety of temperature probably result in the contrary conclusion. Further, Raman spectroscopy was used to investigate the details of structure of insulin treated by PEF co-operated with temperature. The results of Raman spectroscopy verified the effects of PEF co-operated with temperature on insulin. And the reductions of the S-S band intensity at 510 cm(-1), the skeletal C-C stretch band intensity at 934 cm(-1), and the content of the secondary structure of the alpha helix were observed. Both S--S linkages and alpha helix structure were important to the stabilization of insulin conformation. Modification of insulin may change the biological activity either by reducing the affinity of the hormone for the receptor or by decreasing the ability of the complex, when formed, to elicit a biological response.     

33 Hz脉冲电场辐照对胰岛素淀粉样变性的影响

蛋白质结构失稳后会发生错误折叠、集聚或纤维化,不仅丧失正常功能,有时甚至会产生生物毒性,导致相关疾病。纤维化了的蛋白质是神经退行性疾病以及二型糖尿病等的主要诱因,它在溶液中具有和淀粉类似的特性,因此蛋白质的纤维化又被称为淀粉样变性。电磁辐射是引起蛋白质结构失稳的一个常见因素。经电场辐照后,蛋白质会发生去折叠和集聚,改变自发折叠机制。同时,经受电场辐照的扰动而失稳的蛋白质,纤维化过程也会受到一定的影响。以胰岛素为研究对象,利用硫磺素T(ThT)染色的荧光光谱法、透射电子显微镜(TEM)以及圆二色谱(CD)法,分别从纤维化的宏观动力学过程、成熟纤维丝微观形貌以及原纤维二级结构组成等不同角度,探究经33 Hz脉冲电场(PEF)不同电场强度及不同持续时间辐照后蛋白质在体外淀粉样变性机制的变化情况。结果表明,胰岛素溶液经过33 Hz PEF辐照后,淀粉样变性初期产生前体蛋白的成核期延长,原纤维丝聚集延长过程(即中间产物的寿命)缩短,形成的成熟纤维丝长度变短且整齐成簇无分支。这些效应随着辐照电场强度和辐照时间的增加而有不同程度的加强。研究结果一致说明PEF辐照对胰岛素的淀粉样变性有一定的抑制作用。     

In-situ analysis of the water distribution and protein structure of dough during ultrasonic-assisted freezing based on miniature Raman spectroscopy

The effect of ultrasonic-assisted freezing (UAF) on the water distribution of dough and molecular structure of gluten was in-situ monitored by low field nuclear magnetic resonance (LF-NMR) and micro-miniature Raman spectroscopy in this research. The results showed that UAF treatment increased the bound water content between 5 min and 30 min, and weakened the signal intensity of hydrogen protons due to the ultrasound enhanced heat and mass transfer during the freezing process. In-situ Raman spectra analysis indicated that UAF delayed the transition from embedded to exposure of tyrosine and tryptophan residues during the freezing process. Meanwhile, UAF reduced the number of hydrogen bonds, gauche-gauche-gauche (g-g-g) conformation breakage, the degree of α-helix to random coil conversion and damage to the gluten network during the freezing process. UAF treatment reduced the water mobility and breakage of non-covalent bonds, which prevented a dramatic shift in the protein advanced conformation during the freezing process, thereby improving the quality of frozen dough.     

超宽带脉冲电场测试技术研究

电磁脉冲测试尤其是宽带脉冲电场测试己成为电子设备抗扰度试验研究的重要手段，国内外不少学者开展了这方面的研究，但是研制宽频带、大动态、高灵敏度的脉冲电场测试仪始终是该研究领域的一个难点．文章作者在国家自然科学基金资助下，对国内外研究动态进行了调查分析，综合运用相关先进技术，研制成功超宽带脉冲电场测试系统，其技术指标达到：带宽为3．5Hz--1GHz，电场强度从V／m量级到MV／m量级，动态范围达到60dB，从而为脉冲电场的测试和电磁防护研究及电子设备抗扰度试验提供了强有力的手段．     

极低频电磁场曝露对于大鼠敏感组织红外光谱特征的影响

极低频电磁场非热生物效应的发生与生物组织接受电磁辐射后微观结构的改变有关,利用红外光谱学分析方法可以有效的研究电磁辐射生物效应发生的微观机制。研究了极低频电磁场曝露对于大鼠电磁敏感组织红外光谱特征的影响,对曝露于50 Hz,0.75 mT极低频电磁场作用20天的大鼠的血液、脑和睾丸组织的红外光谱与正常大鼠组织的红外光谱进行比较分析,从分子水平阐述了极低频电磁场曝露作用生物效应的发生机制。实验结果表明极低频电磁场曝露可导致大鼠敏感组织某些特征吸收峰峰位和峰强产生了规律性的变化,说明傅里叶变换红外光谱方法是研究电磁场不同生物效应的发生机制的一种有效手段。     

热处理和紫外辐射对DNA影响的拉曼光谱研究

检测了鲕鱼精ＤＮＡ纤维和经过４０℃，９１℃，２００℃加热处理的拉曼光谱。研究结果表明，在熔融温度以下热处理对ＤＮＡ构象的影响是轻微的，在熔融温度以上则随温度的升高，对ＤＮＡ分子结构的影响有破坏也逐渐加剧，首先受影响的是腺嘌呤和脱氧核糖。     

计算机操作中人体静电放电辐射瞬态电场与磁场的研究

分析了静电放电（ESD）辐射场的偶极子模型。用高采样速率数字示波器和定做的宽带电磁与磁场探头测量了计算机操作中人体静电放电产生的瞬态电场与磁场。用FFT分析了静电放电辐射场的频谱。研究了静民放电辐射场对某电路高频信号的影响。研究结果表明,即使是很低电压（2kV）的静电放电,其辐射近场的电场达几百V/m,磁场可达几十A/m静电放电辐射场的频谱极宽,从数兆赫到数千兆赫。静电放电对高频电路的试验结果表明,若不采取有效的防护措施,人体静电放电辐射电磁场会对电路造成一定的影响,如对集成电路与元器件造成“潜在效应”的损害,对电路造成电磁干扰,甚至损坏电子器件。     

FTIR分析脉冲电场和热处理后的大豆分离蛋白结构变化

采用自行研制的脉冲电场设备,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)比较研究了脉冲电场(PEF)和热处理对大豆分离蛋白(SPI)分子结构的影响.结果表明:50 kV·cn-1的脉冲场强处理引起SPI分子内和分子间氢键增强,分子中C-O-O糖苷键伸缩振动和P=O,P-O-C伸缩振动增强,且其增加值与PEF处理时间呈正相关.研究发现较短时间(1 600 μs)PEF处理导致了SPI分子结构中α-螺旋和β-折叠分别减少了5.9%和0.7%,β-转角和侧链结构分别增加了7.5%和9.6%;处理时间延长至2 400 μs,其α-螺旋和β-折叠减少量增至6.0%和5.6%.对比而言,热处理对SPI分子结构中C-O-O糖精苷键伸缩振动和P=O,P-O-C伸缩振动的影响程度较大,而对蛋白质二级结构影响程度较小:90℃热处理30 min,α-螺旋和β-折叠分别减小5.1%和6.6%,β-转角结构增加19.1%.由此可以认为PEF和热处理对SPI的影响机理是不一样的.