单位点调控作为一种重要的材料修饰手段, 近年来在催化、 能源、 环境等领域中蓬勃发展。 调控单位点, 可以有效地调控表面电荷、 电子结构、 原子空间构型, 从而实现材料整体性能的提升。 在拉曼检测领域, 表面电荷等关键因素被广泛认可并是当下研究热点。 然而, 单位点对表面电荷调控, 乃至对拉曼灵敏度影响尚无系统研究。 该研究全新提出单位点(包括单分子、 单原子、 单原子中心的配体络合物等)的表面电荷调控作用并研究其对拉曼检测灵敏度的影响。 其中, 利用经典的特异性反应: 4-氨基-3-肼基-5-巯基-1,2,4-三唑(AHMT)与甲醛生成6-巯基-5-三唑啉［4,3-b］-s-四嗪(MTT), 使得经单位点AHMT调控的Ag材料具有极低的检测限10-12 mol·L-1, 低于不经单位点AHMT调控表面电荷的10-9 mol·L-1, 实现了对甲醛分子的超低浓度检测。 还研究了单钨原子氧化物调控, 对于非特异性反应中的标准分子、 农药残留分子检测能力的影响。 其中罗丹明6G的检测限可以从10-12 mol·L-1降低到10-14 mol·L-1, 农药福美双的检测限也可以从10-9 mol·L-1降低到10-11 mol·L-1, 据此提出了单位点调控表面电荷方法的普适性。 此外, 经过Zeta电位的测试, 发现经单位点调控的Ag表面电位都有较大变化, 符合库伦正负电荷吸附理论, 这更有利于对待检测分子的捕捉, 也是拉曼检测灵敏度提升的原因, 同时也在机理上解释了单位点调控的普适性。 对深层机理方面也做了许多猜测与研究: 一方面, 由于单位点与基底材料之间存在电荷转移, 因而存在化学增强(CM)过程。 同时, 在Ag表面有显著的电磁场增强(EM), 两种增强机制和单位点体系的协同, 需要进一步通过实验、 理论等, 研究不同单位点的新物理机制； 另一方面, 单位点可能作为一种新的振动模态, 与基底中存在的表面等离子体共振(SPR)、 待测分子的共振协同作用, 使得拉曼散射共振更强, 从而提升拉曼检测灵敏度。 该实验与结论都证实了单位点调控在拉曼检测中的可行性、 必要性, 使单位点在该领域的深入研究成为可能。

选取几种天然抗氧化剂杨梅素、 桑色素、 辣椒碱、 甜菜碱作为研究对象, 运用荧光光谱法、 同步荧光光谱法以及三维荧光光谱法研究了几种抗氧化剂以及DPPH自由基与人血清蛋白相互作用, 结果表明辣椒碱、 甜菜碱、 VC不与人血清蛋白发生猝灭反应, 杨梅素、 桑色素、 DPPH均能够与人血清蛋白发生猝灭反, 反应均为形成了稳定复合物而导致的静态猝灭, 通过疏水作用力与HSA结合, 结合位点数均为1, 主要结合位点在色氨酸基团附近, DPPH与人血清蛋白猝灭过程改变了人血清蛋白结构的疏水性, 引起蛋白质构象发生变化, 而杨梅素、 桑色素与人血清蛋白相互作用未造成其构象发生了变化。 运用荧光光谱法研究了几种抗氧化剂抑制DPPH直接损伤人血清蛋白的能力, 杨梅素、 桑色素、 辣椒碱、 甜菜碱、 VC对DPPH损伤HSA的抑制率分别为25%, 18.30%, 85.38%, 4.02%和84.58%。 根据分子结构分析辣椒碱主要通过清除DPPH自由基作用从而抑制其损伤人血清蛋白, 根据二元体系反应结果可知杨梅素与桑色素三元体系反应过程中两种抗氧化剂与DPPH竞争结合位点, 因此杨梅素、 桑色素主要通过占据结合位点的方式抑制DPPH损伤人血清蛋白, 而甜菜碱既不能占据结合位点也不能清除自由基, 因而抑制能力最弱。 分析表明几种天然抗氧化剂的抑制能力与其分子结构中主要官能团结构密切相关。

日落黄是一种具有潜在危害性的人工合成色素。 选用人血清蛋白为研究对象, 利用荧光光谱法分析了日落黄对人血清蛋白荧光的猝灭作用, 确定了荧光猝灭反应的猝灭常数Ksv, 结果表明日落黄对人血清蛋白的荧光猝灭作用类型为静态猝灭。 运用同步荧光光谱法分析日落黄与人血清蛋白结合表明: 日落黄与人血清蛋白的结合靠近色氨酸附近, 引发色氨酸残基趋向伸展状态, 人血清蛋白的结构发生改变。 此外, 在模拟人体生理条件下选用10种不同的金属离子加入到日落黄和人血清蛋白的反应体系中, 运用三维荧光法检测金属离子对体系的影响, 结果表明Cu2+, Pb2+, Ni2+和Mn2+对猝灭过程有着促进作用, 其中Ni2+的影响最大, 增幅达 22.6 %; 而Fe2+和Zn2+对猝灭过程有着抑制作用, 抑制率达14.12%和14.2%。 本研究的实验方法适用于研究食品添加剂的毒性, 有助于保护食品安全, 维护人体健康。

过氧亚硝酸根作为生物体内高活性自由基, 能损伤多种生物大分子进而引起一系列重大疾病, 对其含量测定和反应机制的研究具有重要意义。 过氧亚硝酸根性质活泼, 反应速率快, 捕捉其动态过程十分困难。 本文首次利用流动注射分析仪探究在不同模拟酶血红蛋白和氯化血红素的催化下, 过氧亚硝酸根氧化酪氨酸体系的动力学特征。 结果表明: 过氧亚硝酸根在两种酶催化下氧化酪氨酸的过程均遵循Michaelis-Menten的动力学规律； 根据米氏常数Km和最大初速率Vmax, 推断其反应机制, 经模拟酶催化的过氧亚硝酸根能直接氧化与模拟酶结合后的酪氨酸快速生成酪氨酸二聚体, 未生成·OH和O－2·。 此外, 我们还检测了不同温度、 pH下两种模拟酶催化的速率常数, 得到血红蛋白催化该体系的最适条件为25 ℃和pH 8.0, 速率常数kcat=1.035×106 mol·L-1·s-1, 氯化血红素适宜在37 ℃和pH 9.5的条件下催化该体系, 速率常数kcat=6.842×105 mol·L-1·s-1； 比较动力学参数KHbm(4.46 μmol·L-1)VHeminmax(0.026 ΔIF/s), 发现最适条件下血红蛋白的速率常数大于氯化血红素, 得到血红蛋白对于该体系的催化活性高于氯化血红素。 以上结果为探究酶催化法测定过氧亚硝酸根含量及其反应机理提供动力学参数, 对于防治生物体内自由基引起的相关疾病与诊断新技术的开发奠定理论基础。

叶酸属于B族维生素, 作为生物体内转移一碳单位酶系中的辅酶, 与其他维生素相互作用, 共同维持体内红细胞的稳定, 对氨基酸之间的转化、 细胞的分裂生长, 蛋白质合成的反应都有重要意义。 药物半衰期、 峰浓度和反应速度常数是研究药代动力学的重要参数, 实验运用荧光分光光度计和停流光谱分析仪研究了仿生环境下牛血清白蛋白和叶酸反应的动力学参数, 为叶酸相关的药物代谢参数提供参考。 结果表明: 利用Stern-Volmer方程处理荧光猝灭实验数据, 得到25, 30和37 ℃下叶酸对牛血清白蛋白内源荧光的静态猝灭常数分别为2.455×1010, 4.900×1010和6.427×1010 L·mol-1·s-1; 动力学反应速率常数的计算结果表明不同温度、 pH值和缓冲介质下BSA和叶酸反应的速率常数都大于100 mol·L-1·s-1, 阐明了BSA与叶酸之间的猝灭机理是通过形成复合物的静态猝灭过程; 生理温度下, 牛血清白蛋白浓度与其初始浓度满足二级反应公式, 相关系数为0.998 7, 药代半衰期t1/2为0.059 s; 反应的表观速率常数随着叶酸浓度的增加呈线性增加趋势, 且叶酸催化牛血清白蛋白荧光猝灭的速率常数kcat=3.174×105 mol·L-1·s-1。 此外还测定了不同缓冲介质下牛血清白蛋白与叶酸相互作用的表观速率常数和反应速率常数, 以此来探讨生理介质对于二者反应的影响, 为确定临床用药方案、 预测药物的疗效和毒性以及合理用药有着重要意义。