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斯维特拉娜·m·Rogacheva安娜·b·Shipovskaya安娜诉Strashko,塔玛拉Gubina, Elena诉茱莉亚,安德烈·g·Melnikov, ”多糖纤维作为固体表面荧光矩阵”,国际高分子科学杂志》上, 卷。2014年, 文章的ID183413年, 9 页面, 2014年。 https://doi.org/10.1155/2014/183413
多糖纤维作为固体表面荧光矩阵
文摘
二醋酸纤维素纤维(CDA)和壳聚糖(CTS) polycationic和多元形式测试作为固体表面荧光(SSF)矩阵的几个荧光probes-eosin Y,吖啶黄,芘。这些矩阵的形态和表面电位检查。纤维的结构和能量特征的影响多糖材料在社保基金的调查显示。研究了荧光在曙红Y的水溶液和吖啶黄,芘water-ethanolic和water-micellar表面活性剂媒体,之前和之后的动态吸附染料在纤维和吸附状态。CDA纤维表面被证明能够吸附吖啶黄从水和芘water-micellar表面活性剂不同类型的媒体,因此它可以是一个有前途的矩阵的社保基金芘和吖啶黄及其化学类似物。库仑相互作用,提出了确定伊红Y和吖啶黄表面浓度CTS矩阵和这些探测器的社保基金。CTS纤维渗透疏水芘溶解在一个包裹中或可溶性离子表面活性剂的胶束。
1。介绍
分析方法通常包括样品分离和预浓缩,直接影响其精度,精度和检测极限。目前,相当注意固相萃取(SPE),其中包括分析物在固体吸附剂的吸附。SPE是广泛应用于各种化合物的分析从环境样本,体液,食物等等1- - - - - -5]。
SPE可以的第一阶段spectrofluorimetric测定分析物的固相。如今,固体表面(6)或固体胶(7发光是成功申请跟踪量化的有机和无机化合物在各种媒体。数据的固体表面荧光(SSF)分析多环芳烃(PAH)的水媒体(3,8),抗惊厥的卡马西平及其主要代谢物在人类血清9),视黄醇与低水胶束媒体数量的短链醇(10],咖啡因在尿液、血浆和血清[11),在水中强力霉素媒体(12),炸药在汽相(13),(III), (II), Ga (III)在水里14),等等。由于社保基金结合吸附预浓缩的直接测量分析物荧光,它可用于化学传感器15)甚至纳米传感器(16为细胞内分析)。
有许多属性,适合举办各种固体材料,社保基金的应用程序。其中包括硅胶(12,17],沸石[18),发泡聚氨酯(19),纤维素(14),等等。癸丙烯酸甲酯是用作荧光纳米传感器(一个矩阵16]。独特的电气、机械和化学性质的纳米材料引发了极大的兴趣在他们的使用对社保基金(11,20.,21]。
原材料的可用性和低成本这一个矩阵是由对它的选择很重要。因此,基于天然多糖及其衍生物材料的兴趣正在增长。纤维素矩阵,固体颗粒材料的超细纤维结构,是最受欢迎的作为社保基金的吸着剂14,22,23]。纤维素的缺点,然而,其通用性和相对较低的吸附效率由于亲水材料的性质。因此,寻找其他有前途的多糖材料设计矩阵分析物吸附是很重要的。
基于二醋酸纤维素(CDA)的高分子材料有许多有价值的属性。他们在各种行业被广泛用作吸附剂,为净化膜和预浓缩的蛋白质,酶和抗生素(24,25]。aminopolysaccharide壳聚糖(CTS)是有前途的。材料在其基础上具有高吸附能力[26,27)和提供有效的吸着剂的极性化合物(染料、表面活性剂),重金属离子,等等28,29日]。根据技术的形成,CDA和CTS材料可在各种形态形式,如电影或纤维(25,27]。这允许一个高分子吸附剂的表面特征不同。如此复杂的存在有用的属性决定了CDA的好前景和CTS为新材料的设计净化、浓度和分析的目的。
本研究的目的是评估多糖的能力矩阵基于CDA和CTS纤维与不同类型的物质在固体表面荧光分析中的应用。
2。实验方法
2.1。多糖矩阵
纤维材料制成的CDA和CTS被用于这项研究。聚合物特点如下:CDA viscosity-average分子量77 kDa的乙酰化程度的55%,和3%的水分,用于生产醋酸纤维的纺织(Technofilter有限公司,弗拉基米尔,俄罗斯);CTS与脱乙酰作用程度的82摩尔。%,和a 9% moisture (JSC “Bioprogress,” Shchelkovo, Russia). CDA and CTS fibers were prepared from polymer solutions in 70% acetic acid (reagent grade) by electrospinning at the Educational & Research Institute of Nanostructures and Biosystems (Chernyshevsky Saratov State University, Russia). CTS in these fibers existed in two chemical forms, namely, polycationic or polybasic. To convert CTS from polycationic to polybasic form, the samples were incubated in 1 N NaOH solution for an hour. Then they were washed with distilled water until pH 7 and dried at 20°C during one day.
2.2。材料
美国伊红Y,吖啶黄(σ),和芘(丙烯酰胺、德国)Purum品牌被用作荧光探针。所有探测器的主要成分含量为96%。2.96×10−6米伊红Y (pH = 5.3)的水溶液,1.21×10−6吖啶黄M水溶液(pH = 7.4),和water-ethanolic (pH = 6.9)和表面活性剂溶液water-micellar芘浓度为2.24×10−5M是用于我们的实验。
芘的原液制备乙醇溶解一个准确的重量。最终的解决方案是存储在一个黑暗的地方,以防止光化学破坏。Water-ethanolic芘解决方案测试准备立即用蒸馏水稀释股票的解决方案之前使用。
胶束水溶液芘是准备使用等表面活性剂十二烷基硫酸钠,SDS (LenReaktiv,圣彼得堡,俄罗斯),溴化cetyltrimethylammonium, CTAB(σ,阿尔法蛇丘制造商,英国),和聚氧乙烯(10)mono-4-isooctylphenyl醚、tx - 100(美国穿越有机物)。纯物质的内容是对所有表面活性剂98 - 99%。芘的重量在0.5表面活性剂溶液溶解,稀释与蒸馏水的最终表面活性剂浓度10−2M。胶束水溶液的芘的pH值为8.8,8.1,8.5,SDS, CTAB,分别和tx - 100。解决方案的pH值测量用酸度计- 673米(莫斯科“测量设备有限公司)。
2.3。测试方法为CDA和CTS纤维
表面形态进行了扫描电子缩微图形学在米拉(SEM)LMU电子扫描显微镜(捷克Tescan) 8千伏的电压和导电电流60 pA。喷金层5纳米厚度的样品与K450X碳涂布机设备(德国);喷涂的喷涂电流20 mA,持续时间1分钟。
表面潜力(mV)纤维矩阵与表面电位测量传感器(尼玛KSV、芬兰)。
2.4。固相吸附的情况调查
荧光探针的吸附是在动态模式下执行。为了这个目的,解决方案(= 10毫升)是通过纤维五次,使用一次性无菌注射器主单“PharmLine有限公司”(康沃尔建筑,伯明翰,英国)吸附剂持有人和接收水库。吸着剂的质量为0.05±0.01 g。纤维矩阵然后在室温下干燥至恒重。
2.5。荧光分析
在溶液中荧光探针的荧光光谱和在固体吸附状态矩阵记录从优秀的LS 55荧光光谱仪(美国优秀的生命和分析科学,Inc .)。在脉冲氙灯的操作模式以50赫兹的频率作为源的辐射。的Monk-Gillieson单色仪了。解决方案的荧光测量在标准石英试管= 1厘米,而持有人对固体样品用于固体矩阵。
吖啶黄的荧光,曙红Y,芘测量的光谱范围内475 - 575,520 - 580,和350 - 450 nm,分别;波长定位精度是1纳米。吖啶黄的激发辐射波长,曙红Y,和芘是460年,500年和320海里。扫描速度是200海里/分钟。
提取学位(,%)的探针被确定为23] 在哪里和是荧光强度的最大值()的物质来源的解决方案和在纤维上的吸附浓度。,的价值第五振动带的光谱,是用于芘。
相对荧光强度()芘的解决方案确定/ 1000,的最大价值第五届电子振动的乐队的光谱。
3所示。结果与讨论
3.1。材料表面形态和潜力
纤维材料的基础上蔬菜和动物来源的多糖被用于我们的研究。CDA是纤维素乙酰化作用的产物,与50 - 60%的羟基取代乙酸组。它不溶于水、疏水性和高度溶于过程溶剂(丙酮、二氯甲烷),它允许获得纤维,电影,和膜工业规模24,25]。
CTS的高分子杂链结构和构建(主要)和氨基葡萄糖单位乙酰-氨基葡萄糖单位联系在一起β1,4-glycoside债券。基本单位的氨基的存在导致了两种可能的化学形式的CTS纤维,即polycationic和多元的形式,这取决于所使用的制备技术(27]。Polycationic CTS是溶于水,而多元的形式是疏水的。纤维制成的这两种形式的CTS在其它物理化学特性也不同。
我们检查了几个纤维材料的形态和表面能量特征基于CDA和CTS;图1显示他们的扫描电镜图像。
(一)
(b)
(c)
材料制成的CDA是高度有序的堆放的纤维直径范围内的变化= 300 - 3000纳米(图1(一))。材料制成的polycationic CTS的特点是纤维的弱有序堆放= 150 - 400纳米(图1 (b))。材料制成的多元CTS细胞结构(图1 (c))。当化学形式的CTS从polycationic切换到多元形式,纤维弯曲,直径增加,孔隙大小的物质减少。
表面势我们的纤维材料与空气界面估计(表1)。束缚水的表层材料考虑在内。测量结果表明,polycationic和多元CTS纤维的表面有一个积极的和一个负电荷,分别。的绝对值纤维材料的化学形式的CTS略有不同。CDA纤维表面的特点是一个积极的价值潜力,其模量超过这个价值的2.2 - -3.6倍的CTS纤维。
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因此,纤维多糖材料有不同的结构和充满活力的特征,从而影响他们的交互与有机基质在社保基金的分析。
3.2。亲水的荧光染料在水中和固体阶段
两个不同家庭的亲水的荧光染料,即,吖啶黄(氯化吖啶黄)和伊红Y,被用于我们的实验30.]。
吖啶黄是一个吖啶染料,容易溶于水。吖啶黄的应用领域如下:置入防腐剂和染料DNA和蛋白质调查(31日]。基于探针的结构类似于methylacridinium-9-carboxamideN-methylacridinium-9-methyl羧酸盐、卤离子荧光分子传感器(除了F−基于碰撞猝灭的染料设计(30.]。
曙红Y是一个染料的氧杂蒽家庭,溶于水,pH值非常敏感,用作荧光探针pH值。它被称为荧光团发生光诱导的质子转移或光诱导电子转移。当pH值增加,酸性的吸收和发射乐队形式吸收和排放减少,相应增加乐队的基本形式30.]。
曙红Y荧光和吖啶黄荧光研究水溶液之前和之后的动态吸附在纤维和吸附状态。作为一个例子,是吖啶黄的荧光光谱(图2)和伊红Y(图3之前和之后)水溶液吸附CDA和CTS纤维,分别和吸附状态。我们注意到伊红Y不是这些CDA,虽然吖啶黄不佳,这些在CTS纤维。
吖啶黄和曙红Y的光谱荧光最大(在波长的505和537海里),分别在水相和吸附剂的阶段。CTS polycationic纤维是一个例外,这是发现曙红Y的转变来= 543海里。这允许一个评估在溶液中物质的含量和表面的吸着剂的荧光强度值最大的频谱和估计提取学位(,%)的物质。
比较信号强度的一种物质的吸着剂相提取学位,比率/%计算,是之前的物质在溶液中吸附和是物质的纤维上的吸附状态矩阵。这个比率代表信号强度的变化物质的吸附状态。
表2表明,提取吖啶黄度和曙红Y的CDA纤维3.3%和24.2,分别。因此,CDA纤维交互与吖啶黄比与曙红Y相反,曙红Y的CTS纤维显示更高的亲和力比吖啶黄:提取学位曙红Y的多元和polycationic CTS纤维95.5和31.8%,分别。
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吖啶黄集中在纤维表面上支持它的荧光信号矩阵的出现。社保基金强度超过的价值由于吸附有所下降。注意,CDA纤维表面疏水性和总正电荷+ 419.0±1.0 mV acriflavinium氯在中性介质(pH = 7.4)存在处于分离状态。纤维表面氯离子可能充电,吖啶黄阳离子部分保持表面的矩阵通过静电吸引。
在提取相似度吖啶黄的CTS纤维两种形式,它的信号强度在多元CTS纤维上的吸附状态3倍polycationic CTS纤维。CTS polycationic纤维亲水总表面电荷+ 116.5±1.5 mV。可能,因此吖啶黄渗透通过毛孔吸收剂和山梨丛中的大部分纤维矩阵,而不是表面。表面的疏水性多元CTS纤维总负电荷,所以吖啶黄阳离子集中在水层表面的矩阵,从而导致增加社保基金的信号。
类似的效果观察伊红Y polycationic CTS纤维吸附。当pH > 5,伊红Y是一个带负电荷的二阶阴离子,喜欢它的表面的浓度矩阵总正电荷。社保基金的信号放大。曙红Y的多元CTS纤维吸收95.5%,也就是说,三倍polycationic CTS纤维。但社保基金信号只是增加了1.5倍,而在我们看来,意味着分布探测内部大量的吸着剂,促进了这种材料的细胞结构。
壳聚糖纤维的多孔结构可以用于亲水荧光探针的设计矩阵的基础上使用化学传感器。与小分子fluorophoric金属多孔二氧化硅薄膜掺杂高灵敏度传感器炸药的例子(13]。
3.3。芘的荧光Water-Ethanolic和Water-Micellar解决方案和固体阶段
芘称为疏水性染料用于探索的极性介质(30.,32]。它通常被用作模型化合物在多环芳烃的研究23]。芘的荧光发射光谱是已知电子振动的结构有五个乐队在360 - 450纳米波长范围。芘的浓度和提取程度通常是由荧光强度()第五乐队(= 395海里)。强度比()的第一(= 375海里)、第三(= 385海里),称为极性指数,用于评估的微环境的极性探针(32]。
我们检查了疏水芘的荧光探针在water-ethanolic和胶束水溶液动态吸附前后的纤维和固相吸着剂的研究。
芘信号强度在water-ethanolic解决方案后吸附在CDA和CTS纤维略有减少。图4显示了芘的荧光光谱在吸附前后water-ethanolic解决方案CDA纤维,具有典型的电子振动的结构(23,32]。芘信号在CDA ethanolic解矩阵是弱,但远高于预期,鉴于是10%(图4)。芘信号两种类型的CTS纤维几乎为零。因此,芘的吸附纤维所得弱ethanolic解决方案。但在CDA纤维吸附后芘信号强度增加,也是观察与纤维素作为矩阵(23]。
改善的吸附特征矩阵,使用了表面活性剂的性质不同:阴离子SDS,阳离子CTAB和非离子tx - 100。类似的方法被描述在早期的论文(23,33]。实际的表面活性剂浓度(10−2米)是高于临界胶束浓度(CMC)。芘的荧光光谱水胶束吸附前媒体,吸附后,在纤维上的吸附状态测试数据所示5和6。
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
当光谱水胶束中芘的吸附之前被记录(数据5和6),我们可以得出这样的结论:观察到的最大荧光强度在CTAB的存在,而最低的是在同一浓度的SDS的芘的媒介。这给证据中的芘浓度最高的阳离子表面活性剂的胶束。
从吸附后的信号强度的变化和开采程度的芘的值在表3很明显,CDA纤维吸附能力大于CTS的。芘的吸附CDA纤维收益更好的水胶束媒体tx - 100(提取学位是82.9%)。CTS纤维时使用,芘的最大提取度(74.2%,72.1%)观察tx - 100的解决方案。
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此外,从数据很明显5和6,大大加强了芘信号在CDA吸附状态。远高于信号解决方案,这可能是由于分子芘的浓度在CDA纤维的表面胶束层(21,23]。解决方案与SDS例外。同时,芘的荧光强度值的CTS纤维,这些形式都是接近于零,尽管调查的开采程度高与tx - 100中,这可能是由于探测器渗透到毛孔的纤维材料和荧光猝灭。
3.4。表面活性剂性质对芘的社保基金
比较选择的表面活性剂对芘的荧光的影响在CDA阶段,我们计算芘荧光强度的值()相对而言()。图7观察表明,社保基金的最大信号后吸附水胶束溶液的tx - 100,最低信号从SDS胶束水溶液。有人指出使用阳离子CTAB导致芘社保基金的最大增强信号至少为CDA在这个实验中提取学位。
过渡的多环芳烃分子水胶束micropseudophase macrophase是已知发生在表面活性剂胶束媒体;例如,芘为SDS胶束的传输效率达到99%33]。胶束可以吸附在吸附剂表面上的矩阵和集中芘。因此,增加社保基金信号表明有效的互动与纤维表面的胶束。这些结果告诉我们,CTS-based纤维,由于其网状结构,可能是渗透到离子表面活性剂和芘。高度有序纤维CDA材料,相反,保留与可溶性芘在其表面胶束。
当然,表面活性剂的性质和CMC影响芘从水溶液的萃取程度。中央军委1/ CMC2表面活性剂在水中的25°C, 8.0/50毫米SDS (34),0.9/21毫米CTAB [35,36),0.2/1.4毫米tx - 100 (37];即使用的表面活性剂浓度(10毫米)几乎是等于CMC1SDS, 10 CMC11.5对CTAB和CMC2tx - 100。显然,这解释了芘荧光强度的差异在不同的水胶束媒体和我们的CDA纤维与各种表面活性剂改性。
表面活性剂的影响对芘社保基金CDA纤维是特殊的主题研究。我们已经建立了有效的芘的吸附water-micellar媒体对这个矩阵和强烈的荧光探针,这些状态,可用于化学传感器。
4所示。结论
实验结果表明,该材料制成的CDA高度有序堆积的纤维= 300 - 3000 nm和表面的潜力= + 419.0±1.0 mV。材料由polycationic CTS的特点是= + 116.5±1.5 mV和弱有序堆积的纤维= 150海里。polycationic-polybasic开关在CTS导致扭曲的纤维,其直径增加,减少孔隙尺寸的材料,和一个倒生的表面势的迹象:=−192.5±0.5 mV。
CDA纤维表面能够吸附吖啶黄;也就是说,它们可以作为一个矩阵对社保基金的染料和类似的(通过化学结构)调查。CDA纤维也很好的吸附water-micellar对芘的各种类型的表面活性剂媒体矩阵,并承诺为其社保基金。
CTS的纤维是社保基金的信号表明,曙红Y阴离子表面增加总正电荷(polycationic形式)和吖啶黄的阳离子与总表面负电荷(多元形式);即库仑相互作用确定浓度和荧光探针在CTS矩阵。多元CTS纤维吸附能力(最高= 95.5%)相对于带负电荷的曙红Y。
CTS纤维渗透在water-ethanolic疏水芘溶解介质或可溶性离子表面活性剂的胶束浓度低于CMC2。
这些结果可用于化学传感器的设计。
首字母缩略词
| CDA: | 二醋酸纤维素 |
| CMC: | 临界胶束浓度 |
| CTAB: | Cetyltrimethylammonium溴化 |
| CTS: | 壳聚糖 |
| 多环芳烃: | 多环芳烃 |
| 扫描电镜: | 扫描电子缩微图形学 |
| SDS: | 十二烷基硫酸钠 |
| SPE: | 固相萃取 |
| 社保基金: | 固体表面荧光 |
| tx - 100: | 聚氧乙烯(10)mono-4-isooctylphenyl醚。 |
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作获得的结果在国家框架的任务。4.1299.2014俄罗斯教育部和科学/ K,这项研究也支持RFBR格兰特MОЛ_a没有。12-02-31196。
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