CN108017794B - 一种亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料制备技术领域，公开了一种亚甲基蓝‑牛血清白蛋白复合膜及其制备方法和应用。本发明方法是运用自铸膜法在导电玻璃片上制备MB‑BSA复合膜的方法，具体是用缓冲溶液分别配制亚甲基蓝溶液和牛血清白蛋白溶液；将亚甲基蓝溶液和牛血清白蛋白溶液混合，在室温下手动强烈振荡后，转移至底面为ITO导电玻璃的容器中，干燥除去溶剂，制得亚甲基蓝‑牛血清白蛋白复合膜，当亚甲基蓝溶液中的甲基蓝与牛血清白蛋白溶液中的牛血清白蛋白的摩尔比为1：0.625。该方法不仅具有操作简单、成本低廉、生物相容性好的特点，而且所制备的复合膜显示出优秀的可见光吸收性能，可以作为光阴极反应的媒介体以改善燃料电池的性能。

Description

一种亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜及其制备方法和应用。
背景技术
亚甲基蓝(MB)，具有一种共面、多环的刚性结构。MB作为一种阳离子有机染料，可以作为指示剂用于鉴别生命大分子，如DNA和牛血清白蛋白(BSA)。目前，很多研究者已经进行了大量关于溶液中MB与DNA、BSA间相互作用的研究，发现MB通过静电作用、嵌入作用或π-π堆积作用作用识别标记DNA或BSA，在生物光电分析领域有广泛的应用前景。然而，大多数MB在溶液中是以单体或者二聚体的形式存在的，因此可以呈现明显的荧光性能。当MB在高浓度时，其容易通过π-π共轭堆积作用形成多聚体，产生荧光自猝灭作用，导致MB多聚体的荧光强度很弱，同时MB多聚体具有较差的吸收性能。因此，为了让MB保持较好的荧光性能和吸收性能，需要把MB多聚体分散成二聚体或单体。
血清白蛋白作为血液中的重要组成成分，是血浆中的重要载体，在生物体的生命过程中血清白蛋白还起着维持渗透压作用、消除自由基作用和抗凝血作用等。BSA与人血清白蛋白(HSA)结构功能高度相似，故通常作为模型蛋白用于研究。BSA是主要由α-螺旋体反向平行形成的心型形状的大分子，内含回转、β-折叠以及无规则卷曲等二级结构。因为它可以结合许多运输内源性和外源性的物质，故还可以作为靶向给药载体，作为许多药物的载体进而影响药物在体内的传递及代谢，药物分子常作为探针，主要以静电作用力与蛋白质的氨基酸残基发生相互作用，或者也可能是以疏水作用力与蛋白质的疏水部位相结合。BSA具有氨基酸残基等基团，是一种两性表面活性剂，它可作为分散剂，将高浓度的MB多聚体分散成单体。因此，本发明提出了可运用自铸膜法在导电玻璃片上制备MB-BSA复合膜。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜的制备方法；该方法是运用自铸膜法在导电玻璃片上制备出MB-BSA复合膜，在复合膜中，BSA将MB多聚体分散成单体，从而增强其吸光性能。
本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜。
本发明的再一目的在于提供一种上述亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜的制备方法，包括以下步骤：用缓冲溶液分别配制亚甲基蓝溶液和牛血清白蛋白溶液；将亚甲基蓝溶液和牛血清白蛋白溶液混合，在室温下以每分钟160次的手动强烈振荡后，转移至底面为ITO导电玻璃的容器中，干燥除去溶剂，制得亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜(MB-BSA复合膜)，当亚甲基蓝溶液中的甲基蓝与牛血清白蛋白溶液中的牛血清白蛋白的摩尔比为1∶0.625。
所述缓冲溶液为含有5mmol/L Tris和50mmol/L NaCl的缓冲溶液，其pH为7.2。
所述干燥是在烘箱中以40℃温度条件下进行干燥。
一种由上述制备方法制备得到的亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜。
所述亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜具有强可见光吸收性能，随着复合膜中亚甲基蓝与牛血清白蛋白浓度比例的增大，复合膜的吸收强度先增加后减小，吸收峰变宽，在580-700nm范围内有较强吸收。
上述的亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜作为光阴极反应的媒介体在制备燃料电池中的应用，在可见光辐射下可以改善光电化学燃料电池的性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)该方法具有操作简单、成本低廉、生物相容性好的特点，
(2)运用该方法所制备的复合膜可以显示出优秀的可见光吸收性能，同时可以作为光阴极反应的媒介体以改善燃料电池的性能。
附图说明
图1为不同浓度比例的MB-BSA复合膜的吸收曲线；其中曲线1、2、3、4、5、6分别对应于复合膜中MB浓度为2.0mmol/L，BSA浓度分别为0、0.125、0.375、1.25、2.00、3.80mmol/L，曲线7对应1.25mmol/LBSA膜的测量结果。
图2为MB-BSA复合材料应用在燃料电池光阴极反应时的电流密度和功率密度随电压的变化曲线；其中曲线1、3分别对应于黑暗条件下燃料电池性能的测量结果，曲线2、4则对应于光照条件下燃料电池性能的测量结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。根据本发明设计目的，同类物质的简单替代以及尺寸形状的变化，例如改变电极外观(如改为正方形或其它形状)，简单改变MB-BSA复合材料的浓度比等均应属于本发明的范围；下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为本技术领域现有的常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜的制备
首先，用缓冲溶液配制浓度为40mmol/L的MB溶液以及浓度为4.0mmol/L的BSA溶液，然后用移液枪量取20μL MB溶液(40mmol/L)置于样品管中，往样品管中分别加入不同浓度的BSA溶液，在室温下手动强烈振荡混合，就可以得到400μL混合液，其中含有2.0mmol/LMB，而BSA的浓度分别为0、0.125、0.250、0.375、0.500、1.000、1.250、2.000、3.000和3.800mmol/L，然后将混合液恒量转移至事先裁切好的导电玻璃ITO表面上面积固定的容器中，置在烘箱中在40℃的温度下干燥以除去溶剂，即可制得MB-BSA复合膜。
在通过自铸膜法制备固相膜的过程中发现，纯MB溶液在干燥过程中溶剂被蒸发掉，溶质缩聚成球状，最后得到的固相膜表面是分散的蓝色颗粒，观察制备的MB-BSA复合膜，发现与单独的MB固相膜相比，随着BSA浓度的增大，固相膜表面分散的固体颗粒减少，膜表面逐渐变得光滑、均匀。在MB-BSA复合膜中，BSA起分散作用，将聚集的MB完全分散，形成一层均匀的膜。
实施例2MB-BSA复合膜的吸收性能
测量时使用石英比色皿，样品池盛装复合膜，用导电玻璃片ITO作空白对比，采用岛津UV-1700紫外-可见分光光度计在400-800nm波长范围内对制备的MB-BSA复合膜进行吸收光谱分析，结果如图1所示。
单纯的MB固相是一种聚集态，其吸收很弱，而加入表面活性剂BSA后，BSA作为分散剂，可以和MB作用制备具有强可见光吸收性能的新型MB-BSA复合材料。固定复合膜中MB浓度为2.00mmol/L，当BSA浓度从0增加到3.80mmol/L，发现随着BSA浓度的增大，复合膜的吸收强度先增加后减小，吸收峰变宽，在580-700nm范围内有较强吸收，当BSA浓度为1.25mmol/L时复合膜的吸收最强。BSA充当分散剂将MB聚集态分散成二聚体和单体，所以复合膜中在610、664nm处出现了MB二聚体和MB单体的特征吸收峰，随着BSA浓度的增大，分散作用越强，MB二聚体和单体越来越多地被分散出来，吸收强度增强；而当BSA浓度增大到一定程度后，BSA均匀的把MB聚集态和二聚体都被分散成了单体，复合膜趋向均匀，从而在580-700nm范围内出现了一个较强的吸收平峰，而随着BSA浓度的继续增大，高浓度BSA反而起稀释作用，从而使得复合膜的吸收几乎降至没有。
实施例3MB-BSA复合材料的应用
本实施例的光电化学燃料电池的构建，具体操作步骤如下：
(1)本实施例中的CdS/ITO电极，通过以下方法制备得到：
在自制的电解池里依次加入880μL已经滴加盐酸调节好的pH＝1.6的去离子水、20μL 0.50mol/L的CdCl2和100μL 1.0mol/L的Na2S2O3水溶液，摇匀后便可加电位进行电沉积。实验采用循环伏安法(CV)电沉积技术，设置沉积的电位范围为-0.3V～-0.9V，圈数为100圈，扫速为0.05V/s。工作电极为ITO导电玻璃，对电极为钛电极，参比电极为饱和甘汞电极，组成三电极体系。电沉积即可得到CdS/ITO电极，沉积完后用蒸馏水浸泡CdS/ITO电极2～3分钟，然后置于干燥箱中干燥备用(注意避光)。
(2)以制作的CdS/ITO电极作为阳极、导电玻璃基体作为阴极，分别与工作站的工作电极接线头和参比电极接线头连接。阳极池中加加入0.01mol/L的硫化钠和亚硫酸钠溶液(电解质溶液)，阴极池中加入MB-BSA(2.00-1.25mmol/L)混合溶液)充当阴极反应的媒介体，两池之间用饱和氯化钾盐桥连接，在可见灯照射下构建形成光催化燃料电池。
对实施例3(2)中构建的光催化燃料电池性能的测试，具体操作步骤如下：
分别测量黑暗与光照条件下的电流与功率图，用电化学工作站测量计算光催化燃料电池的电流密度和功率密度随电压的变化曲线，结果如图2所示。在黑暗条件下，实施例3(2)构建的光催化燃料电池的开路电压为0.34V，短路电流为6.05μA/cm2，并在0.24V处达到最大功率0.56μW/cm2；在可见光光照条件下，实施例3(2)构建的光催化燃料电池的开路电压为0.72V，短路电流为33.4μA/cm2，并在0.37V处达到最大功率10.62μW/cm2。可以发现，光照条件相比于黑暗条件，燃料电池的开路电压、短路电流、最大功率都增加了，相对于黑暗时开灯时短路电流增加27.35μA/cm2，最大功率增加10.06μW/cm2。由增加的功率占最大功率的94.7％可以得到可见光贡献的能量比例为94.7％，表明所构建的光催化燃料电池具有较好的电池性能，MB-BSA复合材料在可见光的照射下，能同时实现光能和化学能向电能的转化，说明可以提高此款光助燃料电池的性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种作为光阴极反应的媒介体的亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：用缓冲溶液分别配制亚甲基蓝溶液和牛血清白蛋白溶液；将亚甲基蓝溶液和牛血清白蛋白溶液混合，在室温下以每分钟160次的手动强烈振荡后，转移至底面为ITO导电玻璃的容器中，干燥除去溶剂，制得亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜，当亚甲基蓝溶液中的甲基蓝与牛血清白蛋白溶液中的牛血清白蛋白的摩尔比为1：0.625。
2.根据权利要求1所述的一种作为光阴极反应的媒介体的亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜的制备方法，其特征在于：所述缓冲溶液为含有5 mmol/L Tris和50 mmol/L NaCl的缓冲溶液，其pH为7.2。
3.根据权利要求1所述的一种作为光阴极反应的媒介体的亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜的制备方法，其特征在于：所述干燥是在烘箱中以40℃温度条件下进行干燥。
4.一种由权利要求1-3任一项所述制备方法制备得到的亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜。
5.根据权利要求4所述的亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜，其特征在于：所述亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜具有强可见光吸收性能，随着复合膜中亚甲基蓝与牛血清白蛋白浓度比例的增大，复合膜的吸收强度先增加后减小，吸收峰变宽，在580-700 nm范围内有较强吸收。
6.根据权利要求4所述的亚甲基蓝-牛血清白蛋白复合膜作为光阴极反应的媒介体在制备燃料电池中的应用。
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