本文關(guān)鍵詞：液晶水界面上非共價(jià)鍵作用的可視化及應(yīng)用研究

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【摘要】：液晶是一種具有長(zhǎng)程有序性與光學(xué)各向異性的物質(zhì)。由于液晶分子具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì),使其不僅在電子產(chǎn)品的顯示器件中被廣泛應(yīng)用,而且被作為“敏感的光學(xué)元件”引入了傳感器的研究領(lǐng)域。液晶傳感器的檢測(cè)原理主要是基于液晶分子的表面在外部條件的刺激下取向排布發(fā)生變化,使得液晶分子對(duì)光線的折射能力發(fā)生了改變,進(jìn)而將所受刺激后產(chǎn)生的取向變化轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)的變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物的檢測(cè)與分析。該傳感器具有無(wú)需標(biāo)定、操作簡(jiǎn)單方便、靈敏度高、響應(yīng)快速及無(wú)需復(fù)雜儀器等特點(diǎn)。因此,本文基于液晶傳感器以上特點(diǎn),利用液晶傳感器對(duì)可視化液晶/水界面上非共價(jià)鍵的作用方面進(jìn)行了研究與探討,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)基于表面活性劑可與戊基聯(lián)苯氰(簡(jiǎn)稱:5CB)形成疏水締合作用。本章提出了利用液晶傳感器可視化了液晶5CB與表面活性劑(烷基糖苷,APG)之間的疏水締合作用。由于液晶5CB的烷基端可與表面活性劑的長(zhǎng)烷基鏈發(fā)生疏水締合作用,可使液晶/水界面上的液晶取向由平行排列轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪迸帕?引起液晶傳感器由亮到暗的光學(xué)轉(zhuǎn)變,進(jìn)而達(dá)到可視化的效果。此外,還研究了APG分別對(duì)牛血清蛋白(BSA)與明膠(Gelatin)在液晶/水界面上的疏水締合作用。當(dāng)向APG修飾的液晶傳感器中加入BSA與Gelatin,由于BSA(或Gelatin)與APG的疏水締合作用強(qiáng)于APG與液晶5CB間的疏水締合作用,因此光學(xué)信號(hào)由暗色轉(zhuǎn)回了原有的亮色;同時(shí)在BSA-APG體系中,光學(xué)圖像的亮斑呈晶核生長(zhǎng)方式出現(xiàn),而在Gelatin-APG體系中亮斑則呈大面積連續(xù)生長(zhǎng)方式出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本方法可實(shí)現(xiàn)APG分別對(duì)BSA與Gelatin作用的可視化;而光學(xué)圖像呈現(xiàn)亮斑生長(zhǎng)方式的不同是由于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不同而引起的。(2)基于環(huán)糊精的主客體識(shí)別作用。本章節(jié)提出了一種基于環(huán)糊精識(shí)別作用的新型液晶傳感器。向SDS修飾的傳感器體系中引入β-CD,發(fā)現(xiàn)SDS與液晶5CB在液晶/水界面上形成的疏水締合作用被破壞,光學(xué)取向再由暗色變回了亮色,這是由于β-CD與SDS形成了主客體包合物進(jìn)而破壞了SDS與液晶5CB在液晶/水界面上形成的疏水締合作用,實(shí)現(xiàn)了主客體包合過(guò)程的可視化。此外,當(dāng)亞甲基藍(lán)(MB)被引入由β-CD-SDS構(gòu)成液晶傳感器時(shí),亞甲基藍(lán)會(huì)與β-CD進(jìn)行主客體的包合作用將SDS從β-CD的空腔中擠出,而被擠出的SDS可與液晶5CB再次發(fā)生疏水締合作用,使液晶傳感器表現(xiàn)出由暗變亮的光學(xué)響應(yīng)。在整個(gè)過(guò)程中,液晶傳感器的光學(xué)信號(hào)由最初的亮色變?yōu)榘瞪?加入SDS)、再由暗色變?yōu)榱辽?向SDS中加入β-CD)、最后再由亮色變回暗色(向β-CD-SDS中加入MB),實(shí)現(xiàn)了利用液晶傳感器對(duì)SDS-CD-MB三者競(jìng)爭(zhēng)包合過(guò)程的可視化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,此方法是一種簡(jiǎn)單快速、無(wú)需外標(biāo)的基于環(huán)糊精識(shí)別系統(tǒng)的分析檢測(cè)技術(shù)。此外,基于具有不同尺寸空腔的環(huán)糊精對(duì)同一長(zhǎng)度疏水烷基鏈的包合作用有所差異。本章節(jié)還提出了利用液晶傳感器對(duì)α-和β-CD分別與十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)之間的包合能力進(jìn)行研究。CTAB能與液晶5CB發(fā)生疏水締合作用力而使得液晶傳感器產(chǎn)生由亮變暗的光學(xué)信號(hào),加之,由于環(huán)糊精可與CTAB疏水烷基鏈發(fā)生包合作用,且不同空腔大小的環(huán)糊精對(duì)CTAB的包合能力不同,故當(dāng)α-和β-CD分別加入含有CTAB的體系中時(shí),液晶傳感器的光學(xué)信號(hào)會(huì)由暗色變回了亮色,但由于不同環(huán)糊精與CTAB包合能力的不同造成了液晶光學(xué)轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間存在較大差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,α-CD與CTAB的包合能力大于β-CD與CTAB的包合能力,同時(shí),此液晶傳感器在環(huán)糊精的識(shí)別系統(tǒng)中也為客體分子選擇合適的空腔尺寸的環(huán)糊精提供了一種操作簡(jiǎn)便的方法。(3)基于液晶5CB分子中存在氰基基團(tuán)可與氫供體形成氫鍵作用。因此,本章節(jié)提出了液晶/水界面上的氫鍵作用可用于誘導(dǎo)液晶5CB發(fā)生取向的轉(zhuǎn)變。當(dāng)液晶傳感器接觸到酚類(如對(duì)硝基苯酚,PNP)水溶液時(shí),由于酚類物質(zhì)的酚羥基與液晶5CB分子中的氰基在液晶/水界面上形成了氫鍵,并在氫鍵的作用下使得液晶5CB由平行取向轉(zhuǎn)變成了垂直取向,導(dǎo)致光學(xué)信號(hào)表現(xiàn)為由亮色到暗色的轉(zhuǎn)變。利用這一液晶傳感器可區(qū)分部分酚類的同分異構(gòu)體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氫鍵作用強(qiáng)度越大,液晶取向的轉(zhuǎn)變?cè)娇?光學(xué)信號(hào)由亮色到暗色轉(zhuǎn)變所需時(shí)間就越短。本章的結(jié)論為研究液晶/水界面上的界面現(xiàn)象提供了新的思路,并且有望于開(kāi)發(fā)出基于氫鍵作用的液晶生物化學(xué)傳感技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】：液晶 非共價(jià)鍵作用 取向轉(zhuǎn)變 光學(xué)圖像
【學(xué)位授予單位】：西南民族大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O753.2
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-10
• 第一章 緒論10-27
• 1.1 液晶簡(jiǎn)介10-15
• 1.1.1 液晶的分類10-12
• 1.1.2 液晶的特性12-14
• 1.1.3 液晶的取向14-15
• 1.2 液晶生物化學(xué)傳感器15-24
• 1.2.1 液晶生物化學(xué)傳感的原理15-16
• 1.2.2 基于液晶/水界面液晶取向變化的液晶生物化學(xué)傳感器的應(yīng)用16-23
• 1.2.3 液晶生物化學(xué)傳感器的展望23-24
• 1.3 環(huán)糊精及其主客體包合作用24-25
• 1.4 本課題的提出與主要研究?jī)?nèi)容25-27
• 第二章 液晶/水界面疏水締合作用的研究27-40
• 2.1 前言27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分28-32
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料28
• 2.2.2 溶液的配制28-30
• 2.2.3 液晶傳感裝置的制作30-31
• 2.2.4 偏光測(cè)試及圖像的采集與光度計(jì)算31-32
• 2.3 結(jié)果與討論32-39
• 2.3.1 APG溶液分別對(duì)液晶 5CB取向的影響32-33
• 2.3.2 液晶傳感器可視化APG分別與BSA,Gelatin的疏水締合作用33-36
• 2.3.3 離子強(qiáng)度及pH值對(duì)液晶光斑形成的影響36-37
• 2.3.4 不同結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)對(duì)液晶光斑形成的影響37-39
• 2.4 小結(jié)39-40
• 第三章 液晶/水界面主客體包合作用的研究40-63
• 3.1 前言40-41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分41-45
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料41
• 3.2.2 溶液的制備41-43
• 3.2.3 液晶傳感裝置的制作43-44
• 3.2.4 偏光測(cè)試及圖像的采集與光度計(jì)算44
• 3.2.5 表面張力法及等溫滴定量熱法對(duì)包合液的測(cè)試44-45
• 3.3 結(jié)果與討論45-61
• 3.3.1 構(gòu)建基于環(huán)糊精主客體包合作用的液晶傳感器45-52
• 3.3.2 可視化不同空腔尺寸的環(huán)糊精對(duì)客體分子的包合能力52-61
• 3.4 小結(jié)61-63
• 第四章 液晶/水界面氫鍵作用的研究63-76
• 4.1 前言63-64
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分64-66
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料64
• 4.2.2 溶液的配制64-65
• 4.2.3 對(duì)硝基苯酚與液晶 5CB的混合物的制備65
• 4.2.4 液晶傳感裝置的制作65-66
• 4.2.5 偏光測(cè)試及圖像采集66
• 4.2.6 紫外可見(jiàn)光譜及紅外光譜表征66
• 4.3 結(jié)果與討論66-71
• 4.3.1 可視化液晶 5CB與對(duì)硝基苯酚之間的氫鍵作用66-67
• 4.3.2 液晶/水界面上 5CB與對(duì)硝基苯酚之間的氫鍵作用的表征67-73
• 4.3.3 液晶傳感器對(duì)其他酚類的光學(xué)響應(yīng)73-71
• 4.4 小結(jié)71-76
• 第五章 總結(jié)與展望76-78
• 5.1 結(jié)論76-77
• 5.2 展望77-78
• 參考文獻(xiàn)78-89
• 碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文89-90
• 致謝90-91

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