藻胆蛋白的Langmuir-Blodgett膜——Ⅱ.R-藻红蛋白的光电化学性质研究

通过由R-藻红蛋白(R-PE)LB膜组成的光电池,研究了R-PE的电荷转移现象及光电化学行为.实验表明,由R-PE LB膜组成的光电池能产生光生电流,且当电解质溶液中存在电子给体和受体时光电流明显增大,说明R-PE光生电流的产生是由电荷转移引起的.进一步的对比实验说明,其光生电流是来源于蛋白所含发色团的光诱导电荷分离性质;光电流作用光谱也进一步证实了上述观点.当电解质溶液中存在或不存在电子给体时,光电流方向总是流向饱和甘汞电极(SCE),说明电子是从R-PE注入SnO_2光学透明电极(SnO_2 OTE)的导带;当电解质液中存在电子受体时,光电流方向总是流向SnO_2 OTE,说明这时电子是从SnO_2电极的导带注入R-PE分子.据此提出了R-PE光诱导电荷转移的机制.经测定由R-PE LB膜组成的光电池的光电转换量子效率Ф_(520MM)=3.4%,光生电势达400mV,且具有很好的光学稳定性,这说明R-PE是优良的生物光电转换功能材料.实验中,还测定了电解质溶液pH值,电子给体浓度,蛋白LB膜层数及光照时间对R-PE光电流的影响.     

杯[4]芳烃双咪唑季铵盐的Langmuir-Blodgett膜性质

合成了杯[4]芳烃构建的双咪唑季铵盐化合物1(BIQ-Calix),利用表面压一面积(π-A)等温线、压缩/扩张循环等温线与膜弛豫等温线、紫外与红外光谱、原子力显微镜等手段研究了该化合物在空气/水相界面、空气/二元羧酸水溶液界面的成膜性能。结果表明:化合物1在水或者二元羧酸乙二酸,丙二酸,丁二酸水溶液的亚相表面均能很好的形成稳定的Langmuir膜,其崩溃压分别为24 mN·m-1,30 mN·m-1,33 mN·m-1和28 mN·m-1,平均单分子面积分别为2.0 nm2,2.3 nm2,2.5 nm2和2.2 nm2,并能与二元羧酸阴离子一起转移到固体基片上形成LB膜,且化合物1形成的LB膜为H-聚集体。     

含磺酸盐基两性分子／聚乙烯亚胺LB膜的聚集结构

气液界面聚离子复合结构的形成能减弱两性分手亲水基间静电排斥作用，增加单分子膜的稳定性和累积性能．Ｘ－射线衍射结果表明，纯水和聚乙烯亚胺水溶液表面上的ＺＣ１４ＳＮａ单分子膜在聚苯乙烯基片上累积成Ｙ型膜，两种ＬＢ膜的等同周期差约为０．３０ｕｍ．     

双长链烷基稀土杂多酸化合物LB膜的制备、结构及性质研究

制备了三种新型双窗长链烷基稀土杂多酸化合物langmuir和langmuir-blodgett膜：DODA/Ln(PW~1~1)~2(Ln=La,Sm,Eu)。用π-A等温线,IR,UV,小角X射线衍射,荧光光谱,光电压谱对其进行了表征。结果表明：它们在空气-水界面有良好的成膜性能,这些单层在表面压为零时,表观单分子占有面积为0.45～0.50nm^2。LB膜有良好的层间有序性,稀土杂多酸阴离子是作为一无机层夹在两个双长链烷基层之间。DODA/Ln(PW)~1~1)~2LB膜具有Sm,Eu的特征荧光,其光电压谱亦有较强的光电响应。     

双长链烷基稀土杂多酸化合物LB膜的制备、结构及性质研究

制备了三种新型双窗长链烷基稀土杂多酸化合物langmuir和langmuir-blodgett膜：DODA/Ln(PW~1~1)~2(Ln=La,Sm,Eu)。用π-A等温线,IR,UV,小角X射线衍射,荧光光谱,光电压谱对其进行了表征。结果表明：它们在空气-水界面有良好的成膜性能,这些单层在表面压为零时,表观单分子占有面积为0.45～0.50nm^2。LB膜有良好的层间有序性,稀土杂多酸阴离子是作为一无机层夹在两个双长链烷基层之间。DODA/Ln(PW)~1~1)~2LB膜具有Sm,Eu的特征荧光,其光电压谱亦有较强的光电响应。     

单臂液晶冠醚LB膜的研究

首次研究了４种单液晶冠醚（１～４）的ＬＢ膜成膜特性，实验发现它们在气－液界面均可形成单分子膜，但４的稳定性较差，３易转移到玻璃基片上形成Ｙ型膜。４种化合物与硬脂酸以１：１混合形成稳定的Ｙ型ＬＢ膜。小角Ｘ射线衍射证实了膜的有序结构。用ＣＰＫ原子模型对成膜分子构型和面积进行了估算，其结果与实验一致。并讨论了分子结构对成膜性能的影响。     

芳香席夫碱衍生物在有序分子膜中的相行为与二维-三维形变

研究了芳香席夫碱的设计合成、界面相行为以及与铜离子的配位过程,并与离位合成的铜复合物的界面组装行为进行了对比.利用表面压-面积等温线、紫外光谱、红外光谱、原子力显微镜等一系列实验方法来详细表征组装膜.结果表明,席夫碱配体与铜复合物均可在气液界面上形成稳定的有序组装膜,并可以转移到固体基片上构筑多层膜.进而,席夫碱配体在纯水界面上表现出奇特的相变.在相变点前后,二维的平膜变化成了三维的纤维状组装结构.然而,对于铜离子亚相上的组装过程却没有出现较大的变化.两者之间明显的差异可归因于在气液界面超分子组装过程中的分子构型以及疏水性能的不同引起的.目前的工作为制备和调控有序组装膜提供了有益探索.     

气液界面上阴离子表面活性剂单层膜的分子动力学模拟

用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)在气液界面上的结构和动力学性质. 选择单分子占有面积分别为0.45和0.68 nm²的两个模拟体系, 通过径向分布函数表征了单层膜的厚度, 并根据疏水链中碳原子与极性头中硫原子之间组成的矢量分布和取向函数, 对比了不同界面单层膜的有序排列情况. 结果表明在分子占有面积较小达到饱和吸附的情况下, 界面上的SDS具有较好的有序性. 通过计算气液界面附近水分子的扩散系数发现: 由于氢键和静电作用的影响, 界面区域内的水分子较本体溶液中的水分子有较弱的迁移能力.     

偶联表面活性剂在气/液界面上的区域形貌

测定了偶联表面活性剂propilidene-1,3-bis(dimethyloctadecylammonium bromide) (PBDOAB)在0.005 mol•L－1 NaBr溶液气/液界面上的分子面积和表面压－分子面积等温线.用自制的Brewster角显微镜观察了PBDOAB在该溶液的气/液界面上的区域结构.结果表明, PBDOAB在0.005 mol•L－1 NaBr溶液的气/液界面上生成了凝聚态的单分子膜；观察到在界面上形成了环形的区域结构;在环形结构内的分子取向呈中心对称.     

气/液界面Langmuir单分子膜的原位拉曼光谱

提出了一种原位测量气/液界面Langmuir单分子膜拉曼光谱的新方法, 即利用SERS技术, 通过降低亚相的方法来获得气/液界面Langmuir单分子膜的原位拉曼光谱. 利用这种方法, 用原位拉曼光谱测量系统得到了信噪比较好的十八胺及二棕榈酰磷脂酰胆碱单分子膜的拉曼光谱, 在分子水平上获取了单分子膜中的结构信息.     

蒽衍生物自组装膜的制备及其对金属离子的识别作用

本文制备了石英基片表面的蒽甲基胺自组装膜，荧光光谱测试结果表明该膜在450～500 nm波段产生较强的excimer发射峰，这应与成膜分子的有序排列加强了蒽环间的相互作用有关。利用该自组装膜通过固/液界面相互作用实现了Zn^Ⅱ和Ag^Ⅰ的荧光识别。不同金属离子与膜分子结合对蒽环排列产生的不同影响是实现识别的主要机制。     

具有不同取代链长的卟啉衍生物LB膜的结构研究

本文研究了三种羧酸取代的四苯基卟啉衍生物在空气/Cd^2^+水溶液界面上所形成的单层膜及LB膜。这三种卟啉衍生物中, 一种没有脂链, 另外两种具有不同长度的脂链。由π-A等温线得到的平均表观分子面积相差很大。紫外-可见光谱表明, LB膜中卟啉的Soret吸收带相对于溶液的吸收均红移, 但红移程度不同。LB膜的偏振紫外-可见光谱表明, LB膜中三种卟啉衍生物的卟啉环具有基本一致的取向。运用亚相降低法得到了三种卟啉衍生物单层LB膜, 其紫外-可见光谱与用垂直提拉法得到的LB膜的紫外-可见光谱具有一致的特征。这些结果表明: 卟啉衍生物有无取代链及取代链长的不同对平均表观分子面积的大小和膜中环间的距离有影响, 但对环的取向没有影响。环的取向由环本身及环上的亲水取代基来确定。气/液界面上三种卟啉衍生物的单层膜中环也具有一致的取向, 且与LB膜中环的取向相差不大。提拉不会对膜中环的取向及膜的结构造成大的改变。     

硬脂酸单分子膜上电沉积Ag膜的研究

通过电沉积方法,以气/液界面上形成的硬脂酸单分子膜为模板诱导沉积金属银膜.考察了镀液pH值、单分子膜表面压及沉积电位对银膜形貌及结构的影响.实验发现,酸性镀液的气/液界面上形成的单分子膜不能诱导沉积银,而在中性和碱性镀液的气/液界面上可以诱导银膜的生长.当单分子膜处于液态或固态时,气/液界面有银膜形成;液态单分子膜上的银膜生长速度较快,且银膜的结构一致.随着电极电位的升高,银膜沉积的速度加快,呈环状向外生长的圆形银膜逐渐变得不规则.将不同实验条件下的银膜转移出来,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对银膜的结构与形貌进行了表征.研究表明,银首先在单分子膜上异相成核,由八面体构型逐渐发展成星型,最终在气/液界面形成具有松枝状微观结构的光亮银膜.     

牛血清白蛋白在气-液界面上的吸附行为及其与含芘手性探针分子的相互作用研究

利用表面压力-时间曲线对牛血清白蛋白(BSA)在气液界面上的吸附行为和对手性探针分子D/L-[4-(1-芘基)]丁酰基-苯丙氨酸(PPs)的界面手性识别, 以及由此引起的气液界面上BSA的构象变化进行了研究. 结果表明, 界面上形成的稳定单层膜经历了漫长的构象调整过程; BSA的表面压力的变化说明其对亚相中的探针分子很强的浓度依赖性和对手性分子的区分能力. 在较高的PLP和PDP探针分子浓度下, BSA的成膜性均受到了很大抑制, 但较低的PLP和PDP探针分子浓度却转而对BSA成膜有利; 与PLP相比, PDP能更有效地与BSA在界面结合, 其复合膜的稳定性更好.     

杯芳烃-卟啉化合物及其金属配合物的Langmuir-Blodgett膜研究

通过对杯芳烃-卟啉化合物及其锌、钯配合物LB膜的表面压-表面积等温线、紫外可见光谱和傅里叶变换红外光谱的检测,研究了它们在气/液界面和Langmuir-Blodgett膜中的性质,并用量子力学方法优化了杯芳烃-卟啉化合物的构型.结果表明,成膜时3种化合物分子中卟啉环都倾斜地排列在亚相表面,且卟啉环间存在π-π相互作用.连接杯芳烃和卟啉之间的碳氢链在膜性质中起着重要的作用,杯芳烃-卟啉化合物分子中这种碳氢链的有序性小于其锌、钯配合物分子中的这种碳氢链有序性.     

髓鞘碱性蛋白对细胞膜脂质分子DPPC、DPPE单层膜影响机理研究

本文通过Langmuir单层膜的表面压力-平均分子面积(π-A)曲线的测定与分析,分别对髓鞘碱性蛋白(MBP)与细胞膜中不同头部基团脂质分子二棕榈酰基磷脂胆碱(DPPC)和二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺(DPPE)在空气/液体界面上的相互作用过程进行了系统研究.实验结果表明:(1)当界面上脂质含量一定时,亚相中随着MBP浓度的增大,DPPC、DPPE单层膜的等温线向平均分子面积较大的方向移动;(2)在单层膜表面压力为10 mN/m时,一个MBP分子分别结合140±3个DPPC分子和100±3个DPPE分子,随着表面压力增大,当MBP分子分别与两种磷脂分子相互作用时,MBP插入到磷脂单层界面的个数逐渐减少;(3)随着蛋白质浓度的增加,脂分子形成的单层膜变得较为疏松,且MBP分子易于插入到分子头部较小的DPPE单层膜中;(4)蛋白质的存在使DPPC单层膜的表面压力逐渐减小,且蛋白质浓度越大表面压力降低越多,DPPC被MBP带入到亚相中越多;(5)对于DPPE单层膜,蛋白质通过与DPPE相互作用插入到界面膜中,引起表面压力增大,且蛋白质浓度越高,压力变化量越大.     

双头基两亲分子在气液界面的Langmuir铺展膜结构

用表面压-面积等温线,原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）对两种具有不同取代位置的新型双头基两亲分子（bolaamphiphile）A和B在气液界面形成的Langmuir铺展膜的结构进行了研究,化合物1,20-二十碳二β-萘酯（B）在气液界面形成了拉伸型 Langmuir单分子膜,而化合物1,20-二十碳二α-萘酯（A）在气液界面则形成了具有三层分子厚度的二维结晶膜.     

单臂冠醚液晶LB膜的相变研究

研究了两种单臂冠醚液晶及配合物(1, 2及1.Eu^3^+)的LB膜的成膜特性,实验发出它们均可在气-液界面形成单分子膜, 但不易转移, 化合物1在压膜过程中出现一维相变。用CPK模型对成膜分子构型和面积进行估算, 其结果与实验相一致, 并讨论了冠醚液晶结构对LB膜相变的影响。     

酸性有机磷类萃取剂单分子膜的气-液界面行为:亚相pH和铺展溶剂的影响

液-液两相萃取过程中,有机磷类萃取剂分子的界面行为决定了其以何种形式参与到界面萃取反应中.为了阐明萃取剂分子界面行为的变化特点,采用Langmuir单分子膜技术研究了单分子膜中P507分子在气-液界面的吸附和聚集行为随亚相pH、有机溶剂极性的变化.通过测定表面压-分子面积等温线,并采用界面红外反射吸收光谱（IRRAS）分析表征气-液界面P507分子间相互作用,结果发现,以正己烷作铺展溶剂时,随亚相pH的降低,P507单分子膜质子化程度提高,P507分子极性端水化能力削弱,分子间相互作用增强,单分子膜中形成含有分子间氢键的聚集体.但采用极性有机溶剂（二氯甲烷和氯仿）铺展P507单分子膜,膜内P507分子界面聚集状态发生变化.铺展溶剂极性增强,单分子膜内会含有更多极性端水化能力强的P507分子单体,并且亚相pH降低,单分子膜不会出现类似正己烷条件下的π-A曲线收缩和P-O-H基团峰位红移现象.这证实了有机铺展溶剂极性可以改变P507单分子膜中分子界面存在形式和聚集状态.本工作为深入理解溶剂萃取过程中水油两相界面处酸性有机磷类萃取剂分子的聚集行为变化及其对界面反应活性的影响机制奠定了基础.     

含蒽醌基双分子膜的电子光谱

用荧光和紫外光谱研究了新合成的含蒽醌(2,6)生色基的单链双亲性分子(ANQU)在水溶液中形成的双分子膜聚集体结构。ANQU在稀水溶液中的吸收光谱比其在乙醇稀溶液中的谱峰有较大的红移；其凝胶态相对于液晶态的吸收谱亦有明显红移。结果表明,ANQU双分子膜中分子的堆积方式是J-聚集,蒽醌生色基以头对尾取向方式排列。变温荧光光谱观察双分子膜中蒽醌生色基的荧光光谱强度和峰位极敏感地受到双分子膜物理状态变化的影响。