溶胶或溶液中的 胶体 粒子或 有机高分子化合物 在一定条件下互相连接,形成空间网状结构,结构空隙中充满了作为分散介质的液体(在干凝胶中也可以是气体,干凝胶也称为气凝胶),这样一种特殊的分散体系称作凝胶。没有流动性。
内部常含有大量液体。例如血凝胶、琼脂的含水量都可达99%以上。可分为弹性凝胶和脆性凝胶。弹性凝胶失去分散介质后,体积显著缩小,而当重新吸收分散介质时,体积又重新膨胀,例如明胶等。脆性凝胶失去或重新吸收分散介质时,形状和体积都不改变,例如硅胶等。由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作用(gelation)。
凝胶简介
一定浓度的 有机高分子化合物 溶液或 溶胶 ,在适当条件下,粘度逐渐增大,最后失去流动性,整个体系变成一种外观均匀,并保持一定形态的弹性半固体,这种弹性半固体称为凝胶。
凝胶在有机体的组成中占重要地位,人体内的肌肉、皮肤、细胞膜、血管壁以及毛发、指甲、 软骨 等都可看作是凝胶。由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作用(gelation)。
“气溶胶”是指分散系为气态的,如:云,雾等,“固溶胶”有烟 水晶 等,“液凝胶”就是呈液态的胶体,如 氢氧化铁胶体 。
形成原因条件
原因
形成立体 网状结构 ,在网状结构中,介质被包围在网眼中间,不能自由流动,因而形成半固体。由于构成网架的高分子化合物或线性胶粒仍具有一定的柔顺性,所以整个凝胶也具有一定的弹性。
条件
首先决定于 有机高分子化合物 或胶粒必须具有线形结构,其次与浓度、温度、时间等有关。浓度越大,温度越低,放置时间的延长等都能促进凝胶的形成。
凝胶性质
(一)弹性
弹性凝胶:一类凝胶在 烘干 后体积缩小很多,但仍保持弹性。
脆性 凝胶:另一类凝胶烘干后体积缩小不多,但失去弹性而具有脆性。
弹性凝胶保持弹性。肌肉、皮肤、血管壁及组成植物 细胞壁 的 纤维素 等,脆性凝胶大多数是 无机凝胶 ,它的 网状结构 坚固,不易伸缩。 硅胶 、 氢氧化铝 等,广泛用作 吸附剂 。
(二)膨润(溶胀)
干燥的弹性凝胶放入适当的 溶剂 中,会自动吸收液体而膨胀,这个过程称为膨润或溶胀。脆性凝胶没有这种性质。在生理过程中,膨润起相当重要的作用。有机体越年轻,膨润能力越强,随着有机体的逐惭衰老,膨润能力也逐惭减退。
(三)离浆(脱液收缩)
新制备的凝胶放置一段时间后,一部分液体可以自动而缓慢地从凝胶中分离出来,凝胶本身体积缩小,成为两相,这种现象称为离浆或胶液收缩。例如血液放置分离出 血清 , 腺体 的分泌,淀粉糊放置后分离出液体,都是凝胶的 离浆现象 。
离浆的实质是胶凝过程的继续。凝胶制品在医药上有广泛的应用,如干 硅胶 是实验室中带用的 干燥剂 。在生产和科学研究上, 电泳 和色谱法常用凝胶作为支持介质。
(四)多相,高度分散和 不稳定性 是 溶胶 的基本特性。溶胶具有Tyndall效应可与溶液区分。
举例
食品级葡 甘露胶 (Gum Konjac-GM)
葡甘露胶(又称: 魔芋 胶)系一种新型多用途微粒状可食用胶。这里推出之葡甘露胶是以优质 魔芋 中提取的 葡萄 甘露聚糖 为原料保持或强化了葡萄甘露聚糖所具有的降糖、降脂、减肥等保健功能,大大拓宽了魔芋应用的范围;价格低廉、使用方便。
葡甘露胶能广泛用于食品、饮料、医药、日用化工、科研等领域,作为 琼脂 、 果胶 、海藻胶等的替代产品,价格低廉,且使用时无需改变原有的设备及工艺,能大幅度降低添加剂的使用成本,是一种理想的新型凝胶添加剂。为满足不同产品开发的需要:
一、凝胶( 果冻 )型:
能与各种天然 果汁 、物料及色素良好混合,作为广谱凝胶赋型剂,是制作果冻、 水晶 软糖 等的极佳原料,也可作为 培养基 支持体,且不需再添加其它任何胶类或碱性成份;凝胶成型条件随意、脱杯完整,凝胶强度高、韧性大。用量:0.7~0.9%。用法:在适量温水中溶胀3~5分钟,煮沸冷至70度左右时加入糖及各种配料,冷却至室温即成。
二、培养基型:
用作替代 琼脂 作为花卉及其它植物进行 组织培养 的支持体。组培苗根粗、苗壮,使用效果理想,成本大幅降低。用量:0.5~0.6%。用法:在温水中溶胀3~5分钟,煮沸后冷却即可。
三、果肉(茶)饮料型:
作为 稳定剂 与 悬浮剂 ,替代 琼脂 和 羧甲基 纤维素 等,广泛用于粒粒橙、 百香果蜂蜜茶 、 果汁 、 豆奶 、 银耳羹 、八宝粥等异相悬浮剂等(或混合)饮料中,防止沉淀或分层。用量:0.15~0.25%左右。用法:在适量温水中充分溶胀后加入物料中。
四、冷冻制品型:
用于 棒冰 、 冰淇淋 等各种冷冻制品,可增大膨胀,减少 冰晶 ,提高抗热融性,使产品更加爽口。用量:0.15到0.25%左右。用法:在适量温水中充分溶胀,然后加入物料中。
五、增稠型:
用于 果酱 、米、面制品中,可增大膨胀率,提高韧性,改善赋型和口感。是进口 刺槐 豆胶的理想替代物。用量:0.2~0.3%左右。用法:在适量温水中充分溶胀后加入物料中。
凝胶糖果
制作过程
首先,我们应该弄清相关的凝胶糖果制造的基本机理和凝胶剂之间的协同增效作用;其次是如何选择具有协同增效作用的凝胶剂进行合理的复配。否则,只将会事倍功半,甚至于会产生凝胶剂之间的拮抗作用,阻碍凝胶的形成,也就谈不上凝胶糖果的生产制造。
凝胶糖果可以看作是一种糖果溶液的凝胶体,而凝胶体的形成取决于凝胶剂的水合作用。因此,所有用于糖果的凝胶剂都必须是 亲水性 的 胶体 ,当胶体分子的亲 水基 ( -OH ,-COOH等),吸持一定量的水份而形成水合作用,水作为 溶剂 分子覆盖其上形成水化层,同时,胶体分子的非亲水基(-CH、-CH等)产生分子间的相互吸引力。有助于将单一胶粒形成线状分子并进而聚集成束状 胶团 。
如果在形成凝胶状态的时候,我们将熬煮浓缩成一定浓度的 糖浆 加入,则 糖类 物质——多种 糖类 的浓缩糖浆均匀地填满充实在凝胶错综复杂的网络空隙里,并使之固定化下来,从而形成一种非常稳定的含糖的凝胶。即使给予它较大的外来压力,也不会将其糖分子或水分子析出。
如果我们再将其放置在一定的温、湿度的环境中,让体系内水分子进一步扩散、逃逸、蒸发。我们将得到的是质构非常坚固与紧密的含糖的凝胶体——凝胶糖果。
制造差别
不同的凝胶糖果的制造,其影响因素,工艺条件很多,成因又非常的复杂,这主要是因为不同凝胶剂的类型, 分子结构 , 物理化学 的性质都有很大的差异,优选复配胶的最佳组合和它们最佳的组合比例。
现以 琼脂凝胶 糖果为例。在许多的凝胶剂中, 槐豆胶 、 角豆 胶、 黄原胶 和明胶均与 琼脂 之间存在着协同增效作用。只是它们的增效程度和最佳添加比例范围不同,而 瓜尔胶 和 果胶 都与琼脂之间会产生拮抗作用。这主要是由于它们的分子结构所决定的。
槐豆胶、 豇豆 胶都是半乳甘露聚糖构成,以 甘露糖 残基 为主链,平均每隔4个毗邻的甘露糖残基就连接一个半乳残基支链,但支链倾向于连接在一系列连续的甘露糖残基上形成“手发链段”和“光秃链段”,与琼脂双螺旋结合,交联,产生叠加增效效应。
在淀粉型糖果配料中,如果添加0.05%的 黄原胶 ,可以改进加工性能,即在熬煮好混合糖液后,便可以立即急剧冷却成凝胶,大大缩短了凝胶形成时间,为改变传统的 烘房 干燥工艺创造了良好的条件。
如果将明胶和魔芋甘露胶按3~4:1进行复配制造凝胶糖果,则可制得口感柔润、咀嚼性好,富有弹性,更光亮透明的明胶凝胶糖果。
芦荟 凝胶
从多年生 百合科 芦荟叶 的 肉汁 部分所得的液汁(经 提纯 加工),
成分
主要有芦荟 大黄素 ,芦荟 ,多种 糖类 、酶、氨基酸等组成。为淡黄绿色液体,相对密度为0.98~1.02,pH值4~6。
用途
主要用于化妆品(完美芦荟胶)中的皮肤、头发保护用品,具有保湿、防晒、防臭、防肥胖、软化皮肤,消炎止痒,防 痤疮 、 雀斑 等功效。也可用于医药和食品中。
气凝胶
气凝胶(aerogels) 没有明确而固定的定义,气凝胶通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构,并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。
美国 斯坦福大学 的S.S.Kistler首先用水玻璃通过 溶胶- 凝胶方法及超临界干燥技术制得SiO2气凝胶。
气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量,有时也被称为 “固态烟”或“冻住的烟”。 这种新材料看似脆弱不堪,其实非常坚固耐用,不同成份的气凝胶可以承受不同的温度,常见的氧化硅气凝胶可以在 绝对零度 到650℃的范围内使用,有些类型的气凝胶最高能承受1400℃的高温。气凝胶的这些特性在航天探测上有多种用途。 俄罗斯 “和平”号空间站和 美国 勇气号火星探测器 上,都用到了气凝胶材料。
一、制备方法
不同气凝胶的制备方法也不相同。但是其制备历程大同小异,一般是采用 溶胶- 凝胶法制备湿凝胶(wet gel),湿凝胶经 溶剂 置换和超临界工作得到相应的气凝胶。
二、气凝胶的特点
(1) 孔隙率 很高,可高达99.8%;科学家们表示,因为它有数百万小孔和皱摺,所以如果把1立方厘米的气凝胶拆开,它会填满一个有足球场那么大的地方。它的小孔不仅能像一块海绵一样 吸附 污染物,还能充当气穴。研究人员认为,一些形式的由 铂金 制成的气凝胶能用于加速 水解 及氢的产生。这样的话,气凝胶就能用来生产以氢为基础的燃料。
(2)纳米级别孔洞(~20nm)和三维纳米 骨架 颗粒(2~5nm)。
(3)高比表面积,可高达1000m /g。
(4)低密度,可低至0.003g/cm 。
(5)气凝胶独特的结构决定了其具有极低的热导率,常温下可以低至0.013W/(m·K),比空气的导热系数还低。
(6)强度低, 脆性 大,由于其 比表面积 和 孔隙率 很大,密度很低,导致其强度很低。如SiO气凝胶 杨氏模量 不到10MPa,抗拉强度只有16KPa,孔隙率很高,可高达99.8%。
三、气凝胶应用
1、超级绝热材料
材料的 热传导 由气态传导、固态传导和 热辐射 传导决定。由于气凝胶材料具有纳米多孔结构,因此常压下气态热导率λg很小,真空下热传导由固态传导和热辐射传导决定。同玻璃态材料相比,纳米多孔材料由于高孔隙限制了稀疏 骨架 中链的局部激发的传播,使得固态热导率λs仅为非多孔玻璃态材料热导率的1/500左右。Nilsson等检测室温下气凝胶热导率为0.013~0.016W/(m·K),静态空气的热导率为0.024W/(m·K),即使在800℃的高温下其导热系数才为0.043W/(m·K),是目前隔热性能最好的固态材料。
(1) 太阳能热水器
太阳能 热水器及其他集热装置的高效保温成了能否进一步提高太阳能装置的能源利用率和进一步提高其实用性的关键因素。将 纳米孔超级绝热材料 应用于热水器的储水箱、管道和 集热器 ,将比现有太阳能热水器的集 热效率 提高1倍以上,而热损失下降到现有水平的30%以下。
(2)在 热电池 上应用
可延长热电池的工作寿命,防止生成的热影响热电池周围的元器件。
(3)军事及航天领域
与传统绝热材料相比,纳米孔气凝胶超级绝热材料可以用更轻的质量、更小的体积达到等效的隔热效果。这一特点使其在航空、航天应用领域具有举足轻重的优势。如果用作航空 发动机 的 隔热材料 ,既起到了极好的隔热作用,又减轻了发动机的重量。作为 外层空间 探险工具和交通工具上的超级绝热材料也有很好的应用前景。
凝胶在航天中的应用远不止这些,美国国家宇航局的“星尘”号空间探测器已经带着它在太空中完成了一项十分重要的使命———收集 彗星 微粒。
2、气凝胶方阵
科学家认为,彗星微粒中包含着 太阳系 中最原始、最古老的物质,研究它可以帮助人类更清楚地了解太阳和 行星 的历史。2006年,“星尘”号飞船将带着人类获得的第一批彗星星尘样品返回 地球 。
但收集彗星星尘并不是件容易的事,它的速度相当于步枪子弹的6倍,尽管体积比沙粒还要小,可是当它以如此高速接触其它物质时,自身的物理和 化学 组成都有可能发生改变,甚至完全被蒸发。如今科学家有了气凝胶,这个问题就变得很简单了。它就像一个极其柔软的棒球手套,可以轻轻地消减 彗星 星尘的速度,使它在滑行一段相当于自身长度200倍的距离后慢慢停下来。在进入“气凝胶手套”后,星尘会留下一段 胡萝卜 状的轨迹,由于气凝胶几乎是透明的,科学家可以按照轨迹轻松地找到这些微粒。
(4)工业及建筑绝热领域
在工业及民用领域 纳米孔超级绝热材料 有着广泛和极具潜力的应用价值。首先,在电力、石化、化工、冶金、建材行业以及其他工业领域,热工设备普遍存在。工业节能中,纳米孔超级绝热材料也起着非常重要的作用,其中有些特殊的部位和环境,由于受重量、体积或空间的限制,急需高效的超级绝热材料。
3、 催化剂 应用
SiO2气凝胶具有极高的 比表面积 和 孔隙率 ,已经被广泛应用于Cerenkov 探测器 中,以探测高能 带电粒子 和在太空中捕集 石陨石 微粒的介质材料。SiO2气凝胶也曾一度被用于 等离子体 研究中作为 惯性 限制 熔融试验 体目标组分。因其具有低的表观密度和热导率,极好的耐高温性能,气凝胶作为高效隔热消音材料很有前途。
由轻原子量元素组成的低密度、微孔分布均匀的SiO2气凝胶对 具有良好的 吸附 性能,因而为惯性约束聚变实验研制高增益靶提供了一个新途径,这对于利用受控热 核聚变 反应来获得廉价、清洁的能源具有重要意义。
4、日常生活应用
气凝胶也正走进我们的日常生活。运动器材公司 邓禄普 ( Dunlop )已经研制出一系列用气凝胶加固的壁球和网球球拍,据说这种球拍能释放更大的力量。比如 英国 诺丁汉 66岁的鲍勃·斯托克尔拥有了一套用气凝胶隔热的房子,他也因此成为拥有这种房子的第一位英国人。他说:“保温效果大大改善了。我把自动调温器调低了5度。这真是一个不可思议的变化。”
登山者也开始从气凝胶中受益。比如位英国登山者安妮·帕曼特尔穿上带气凝胶鞋垫的靴子爬上 珠穆朗玛峰 ,就连睡袋也加有这种材料。她说:“我唯一的问题就是我的脚太热,这对一名登山者来说是一个大难题。”
不过,它还没能征服时尚界。Hugo Boss公司推出了一系列用这种材料制成的冬季夹克,但在消费者纷纷抱怨这种衣服太热之后不得不下架。
在环境保护及 化学工业 方面,纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤,与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀, 气孔 率高,是一种高效气体过滤材料。由于该材料特别大的比表而积.气凝胶在作为 新型催化剂 或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景。
5、 电化学 的应用
在储能器件方而,有机气凝胶经过 烧结 工艺处理后将得到碳气凝胶 这种导电的多孔材料是继纤维状活性碳以后发展起来的一种新型碳素材料,它具有很大的 比表面积 (600~1000 m /g)和高 电导率 (10~25 s/cm)。如在其微孔洞内充人适当的 电解液 ,可以制成新型可充电电池,它具有储电容量大、内阻小、重量轻、充放电能力强、可多次重复使用等优异特性,反复充放电性能良好。
6、储氢材料
氢能 具有很高的热值,燃烧释能后的产物是水,对环境无污染,此外,氢能为 可再生能源 ,不会枯竭,因而被誉为21世纪的绿色新能源。美国Lawrence Livermore国家实验室和 伊利诺伊州 大学研究表明:炭气凝胶具有高比表面积、低密度、连续的网络结构且孔洞尺寸很小又与外界相通,具有优良的吸、放氢性能。 美国能源部 于2005年专门设立了机构,研究掺杂金属的炭气凝胶贮氢,并给予财政资助。
7、用于 吸附
气凝胶还可以用作吸附材料,例如吸附CO气体,吸附一些 化学 有毒蒸汽,吸附炸药 废水 等。
电泳释义
非 变性 聚丙烯 胺 凝胶电泳
Native- PAGE原理
非 变性 聚丙烯酰胺 凝胶电泳 (Native-PAGE)是在不加入SDS 疏基 乙醇 等 变性剂 的条件下,对保持活性的 蛋白质 进行聚丙烯酰胺凝胶电泳,常用于 同工酶 的鉴定和 提纯 。未加SDS的天然聚丙烯酰胺凝胶电泳可以使 生物大分子 在电泳过程中保持其天然的形状和电,电泳后将凝胶切成两半,一半用于活性染色,对某个特定的生物大分子进行鉴定,另一半用于所有样品的染色,以分析样品中各种生物大分子的种类和含量。
实验方法
非 变性 聚丙烯酰胺 凝胶和变性sds-page 电泳 在操作上基本上是相同的,只是非变性聚丙烯酰胺凝胶的配制和电泳缓冲液中不能含有 变性剂 如SDS等。
一般蛋白进行非 变性 凝胶电泳 要先分清是碱性还是酸性蛋白。分离碱性蛋白时候,要利用低pH凝胶系统,分离酸性蛋白时候,要利用高pH凝胶系统。
酸性蛋白通常在非 变性凝胶电泳中采用的pH是8.8的缓冲系统,蛋白会带负电荷,蛋白会相 阳极 移动;而碱性蛋白通常电泳是在微酸性环境下进行,蛋白带正电荷,这时候需要将 阴极 和阳极倒置才可以电泳分离酸性蛋白。
PAGE的分类
非 变性 凝胶 电泳 ,也称为天然凝胶电泳,与非变性凝胶电泳最大的区别就在于蛋白在电泳过程中和电泳后都不会变性。最主要的有以下几点:
1. 凝胶的配置中非变性凝胶不能加入SDS,而变性凝胶的有SDS。
2. 电泳载样缓冲液中非 变性 凝胶的不仅没有SDS,也没有 巯基乙醇 。
3. 在非变性凝胶中 蛋白质 的分离取决于它所带的电荷以及分子大小,不像SDS-PAGE 电泳 中蛋白质分离只与其分子量有关。
4. 非变性 凝胶电泳 中,酸性蛋白和碱性蛋白的分离是完全不同的,不像SDS-PAGE中所有蛋白都朝正极泳动。非 变性 凝胶电泳中碱性蛋白通常是在微
酸性环境下进行,蛋白带正电荷,需要将 阴极 和 阳极 倒置才可以 电泳 。
5. 因为是非变性凝胶电泳,所有的电泳时候电流不能太大,以免电泳时产生的热量太多导致蛋白变性,而且步骤都要在0-4度的条件下进行,这样才可以保持 蛋白质 的活性,也可以降低 蛋白质 的 水解 作用。这点跟 变性 电泳 也不一样。
所以与SDS-PAGE电泳相比,非变性凝胶大大降低了蛋白质变性发生的机率。
常见问题
1. 非 变性 聚丙烯酰胺 凝胶电泳 时预电泳是怎么回事的?预电泳时要加6× 脱氧核糖核酸 上样缓冲液 吗?电泳1-2小时再加结合反应产物吗?
预 电泳 是除去凝胶中没有聚合的 单体 和双体和聚合 引发剂 ,提高 分辨率 ,不加任何物质,一般30-60分钟后加样电泳。
2. 银染的步骤是什么?银染的关键因素是什么?
步骤是:
(1)固定:10% 食用醋酸 min。
(2)清洗:双蒸水冲洗凝胶次,每次1min。
(3)染色:染色液(1g 硝酸银 ,.5mL37%甲醛,1L双蒸水。现配)染色30min。
(4)清洗:迅速洗凝胶次。
(5)显影:30g 碳酸钠 ,1.5mL37%甲醛,200uL 10mg/L 硫代硫酸钠 。显影至清晰带纹出现。
成功银染的关键因素包括:
(6)用超纯水(比如,NANOpure或Milli-Q纯化)或者是双蒸水作银染。
(7)用提供的碳酸钠或者ACS试剂级的碳酸钠。
(8)在染色后,水清洗所用时间的长短很重要,用不超过5-10s的时间清洗胶,然后放入显色溶液中,一般在水里浸一下就好。
(9)甲醛和硫代硫酸钠(ul/1ml)在使用前,及时加入到显色液中。
(10)在使用前及时配染色液。
3. 变性 PAGE的 上样缓冲液 配方?如何准备上样的蛋白?是将 细胞 用超声破碎,还是用细胞裂解液,大多 细胞 裂解液中均含有SDS,不知有没有用于非变性PAGE的裂解液。具有操作步骤是什么?
非变性的PAGE buffer 就是0.5xTBE,上样缓冲液可以用普通的loading buffer,含有 三羟甲基氨基甲烷 ,溴芬兰以及 丙三醇 即可,甘油是主要的沉淀作用成分。都可以自己配。细胞超声即可,超声后 离心 取上清。也有配NATIVE-PAGE gel所用buffer为1*TBE,用的running buffer也是1*TBE。还有一点就是要在配gel时考虑能使蛋白多聚体稳定的因素。
4. 做了naive---PAGE没有条带, 蛋白质 是纯品,分子量很大,怎么回事呢?
因为分子量很大,8%的胶浓度较合适。加样时加个marker,可以检测胶制备是否有问题。银染方法比较灵敏,如果蛋白是一种酶,且可使某种 底物 显色的话,可以用活性染色试试,更灵敏。
Native- PAGE注意事项
1. 非 变性 聚丙烯酰胺 凝胶 电泳 的过程中,蛋白质的迁移率不仅和蛋白质的 等电点 有关,还和蛋白质的分子量以及 分子形状 有关,其中蛋白质的等电点是最重要的 影响因子 ,要根据 蛋白质 的等电点来选择对应的电泳缓冲系统;
2. 非变性聚丙烯酰胺凝胶 电泳 的过程中,要注意电压过高引起发热而导致 蛋白质 变性,所以最好在电泳槽外面放置冰块以降低温度;
3. 蛋白质的分子量较大,则 电泳 时间可以适当延长,以使目的蛋白质有足够的迁移率和其它的蛋白质分开,反之亦然;
4. 变性 样品的 离子强度 不能太高。调整样品的PH在4.0左右,这对于能否做好非变性样品非常重要。上样 BUFFER 中没有SDS之外,加入样品后不能加热。
凝胶护肤品
天然凝胶是存在于植物凝胶(海和陆地的植物)、动物凝胶、高山凝胶(矿物)等大自然中,是自然界存在的粘质,但又具有它们各自的特性。从这些天然物质中提炼出来的全新凝胶成分,多种凝胶成分相互组合,让肌肤体验一种从未有过的感觉。
从 纤维素 、植物种子和矿物天然物质中提炼出来的全新凝胶成分,将其中的粘 质体 通过生化工程,合成肌肤中真正需要的 细胞 间脂质。
深海凝胶:含丰富的维他命,微量矿物元素,有效预防老化。
植物凝胶:促进皮肤的再生,具有消炎,镇静的功能。
高山凝胶:具有杀菌、防腐的功能和良好的 吸附 能力。
动物凝胶: 活化细胞 、增加肌肤的弹性及保湿能力。
针对皮肤干燥问题,以及挥之不去的肌肤烦恼,迄今为止的化妆品主要是补充水分和油分,并没有满足肌肤真正需要,人的皮肤细胞中与自然界凝胶有着同样的保湿功能,这就是凝胶重要的品质因素。天然凝胶具有良好的透气性来实现滋润与锁水,让肌肤保持持久的亲肤性。
凝胶护肤品以其天然、安全、无油、无添加而风靡 日本 美容界,如纯美尚秀的“细胞源”原装进口系列产品。在中国,凝胶护肤品处于刚刚起步阶段,比较知名的如 jeru 肌如凝胶护肤品。但可以预见,在不远的将来,凝胶护肤品将受到越来越多中国爱美人士的青睐。
凝胶危害
1、凝胶会降低硫化橡胶的强度;
2、会使配合剂分散不良;
3、会影响加工性能,会使胶料表面粗糙,边缘不规整,自粘性差。
防止凝胶共混时候要严格控制温度,调整配方,加入防老剂阻止凝胶生成,混炼后应充分冷却。
对于已经产生凝胶的胶料,可采用小辊距小容量在开炼机上精炼,并可分段进行,有利于消除凝胶。
生物应用
生物分子下游纯化的对象一般包括蛋白、酶、重组蛋白、单抗、抗体及抗原、肽类、病毒、 核酸 等。纯化前首先需要测定 生物分子 的各物理和 化学 特性,然后通过实验选择出最有效的纯化流程。
1.测定——分子量、PI
当目标蛋白的物理特性如分子量、PI等都不清楚时,可用PAGE 电泳 方法或层析方法加以测定。分离范围广阔的Superose HR预装柱很适合测定未知蛋白的分子量。用少量 离子交换 介质在多个含不同PH缓冲液的试管中,可简易地测出PI,并选择纯化用缓冲液的最佳PH。
2.选择——层析方法
若对目标蛋白的特性或样品成分不太了解,可尝试几种不同的纯化方法:
一 使用最通用的凝胶过滤方法,选择分离范围广阔的介质如Superose、Sephacryl HR依据分子量将样品分成不同组份。
二 用含专一 配体 或抗体的亲和层析介质结合目标蛋白。亦可用各种活化偶联介质偶联目标蛋白的 底物 、受体等自制亲和介质,再用以结合目标蛋白。一步即可得到高纯度样品。
三 体积大的样品,往往使用离子交换层析加以浓缩及粗纯化。高盐洗脱的样品,可再用 疏水层析 纯化。疏水层析利用高盐 吸附 、低盐洗脱的原理,洗脱样品又可直接上 离子交换 等 吸附 性层析。两种方法常被交替使用于纯化流程中。
3.纯化——大量粗品
处理大量 原液 时,为避免堵塞柱子,一般使用sepharose big beads、sepharoseXL、sepharose fast flow等大颗粒离子交换介质。扩张柱床吸附技术利用多种 STREAMLINE 介质,直接从含破碎 细胞 或组织 萃取 物的发酵液中俘获蛋白。将 离心 、 超滤 、初纯化结合为一。提高回收率,缩短纯化周期。
4.纯化—— 硫酸铵 样品
硫酸氨沉淀方法常被用来初步净化样品,经处理过的样本处于高盐状态下,很适合直接上 疏水层析 。若作 离子交换 ,需先用Sephadex G-25脱盐。疏水层析是较新技术,随着介质种类不断增多,渐被融入各生产工艺中。利用Hitrap HIC Test Kit 和 RESOURCE HIC Test Kit可在八种疏水介质中选择最适合介质及最佳的纯化条件。低盐洗脱的样品可稍加稀释或直接上其它吸附性层析。
5.纯化—— 糖类 分子
固化 外源凝订素如刀豆球蛋白、花生、 大麦 等 凝集素 ,可结合碳水化合物的糖类 残基 ,很适合用作分离糖化细胞膜组份、细胞、甚至亚 细胞 细胞器 ,纯化糖蛋白等。两种附上 外源凝集素 的Sepharose 6MB亲和层析介质,专为俘获整个 细胞 或大 配位化合物 ,如膜囊等。
6.纯化——膜蛋白
膜蛋白分离常使用去污剂以保持其活性。离子性去污剂应选用与目标蛋白相反电荷者,避免在作 离子交换 时和目标蛋白竞争交换介质,藉此除去去污剂。非离子性去污剂可以 疏水层析 除去。
7.纯化——单抗、抗原
单抗多为IgG.来源主要是腹水和融合瘤培养上清液。在培养前除去IgG.重组蛋白A介质Mabselect和rProtein A Sepharose FF对IgG有更高的载量和专一性, 基团 脱落更少。脱落的rProtein A用离子交换Q Sepharose HP或凝胶过滤Superdex 200,很容易去除。
疏水层析Phenyl Sepharose HP亦很适合纯化IgG。 宿主 抗体和污染IgG可用凝胶过滤Superdex 200在精细纯化中去除。
纯化IgG抗原最有效的方法是用活化偶联介质如CNBr、NHs activated Sepharose FF偶联IgG,再进一步获取IgG抗原。
HiTrap IgM是用来纯化融合瘤 细胞培养 的单抗IgM,结合量达5mg IgM.HiTrap IgY是专门用来纯化IgY,结合量达100mg纯IgY。
8.纯化——重组蛋白
重组蛋白在设计、构建时应已融入纯化构想。样品多夹杂了破碎 细胞 或溶解产物,扩张柱床 吸附 技术 STREAMLINE 便很适合做粗分离。Amersham biosciences提供三个快速表达、一步纯化的融合系统。
1、GST融合载体使要表达的蛋白和谷胱甘肽S转移酶一起表达,然后利用 Glutathione Sepharose 4B作亲和层析纯化,再利用凝血酶或因子Xa切开。
2、蛋白A融合载体使要表达的蛋白和蛋白A的IgG结合部位融合在一起表达,以IgG Sepharose 6 FF纯化。
3、含 组氨酸 标记(Histidine-tagged)的 融合蛋白 可用Chelating Sepharose FF 合金属,在一般或 变性 条件(8M 尿素 )下透过组氨酸螯合融合蛋白。HisTrap试剂盒提供整套His-Tag蛋白的纯化方法。
9.纯化——包涵体蛋白
包涵体 蛋白往往需溶于6M 盐酸胍 或8M尿素中。一般包涵体蛋白样品的纯度越高,复性效果越好。SOURCE 30 RPC反相层析介质很适合纯化复性前的粗品,并可以1M naOH 重生。此方法纯化后的包涵体蛋白,复性回收率明显提高。
10.包涵体蛋白固相 复性
许多文献报导将包涵体蛋白在变性条件下固定( 吸附 )在层析介质上,一般用各种Sepharose FF 离子交换 层析介质。而且无需大量稀释样品,并将复性和初纯化合二为一,大大节省时间及提高回收率。
固相复性方法也被用于以HiTrap Chelating金属螯合层析直接复性及纯化 包涵体 形式表达的组氨酸 融合蛋白 ;以HiTrap Heparin 肝素 亲和层析直接复性及纯化包涵体形式表达的含多个 赖氨酸 的融合蛋白。两种亲和层析预装柱均可反复多次重复使用,比一般试剂盒更方便、耐用。
11.纯化——中草药 有效成分
中药的化学成分极其复杂。例:如用 甲醇 分离 黄酮甙 , 三糖 先被洗下来, 二糖 甙其次,单糖甙随后,最后是甙元。Sephadex LH-20可使用水、醇、 丙酮 、 三氯甲烷 等各种试剂,广泛用于各种 天然产物 的分离,包括生物碱、甙、 黄酮 、 类、内脂、 类、 甾类激素 等。
生物碱在酸性缓冲液中带正电,成为盐,HiTrap SP 阳离子 交换层析柱可以分离许多结构非常近似的生物碱。相反,黄酮、 蒽醌 、 皂苷 、 有机酸 等可溶于偏碱的缓冲液中,在HiTrap Q 阴离子 交换柱上分离效果良好。
一般多糖纯化大多使用 分子筛 如Sephadex,Sephacryl.若分子量在600KD以下,并需更高 分辨率 ,可选择新一代的Superdex.一般植物可能含水溶性、酸溶性、碱溶性多种多糖。SOURCE5、15、30RPC反相层析也很适合各种中药 有效成分 的检测、分离和放大制备。由于中药的成分非常复杂,SOURCE反相层析可用范围为PH1-14 ,并可用1M 氢氧化钠 ,1M HCL清洗、再生。比传统 硅胶 反相层析更易于工艺优化及在位清洗,寿命也更长。
12.纯化——肽类
肽类的来源有天然 萃取 ,合成肽和重组肽三种。肽容易被酶降解,但可从有机 溶剂 或促溶剂中复性,所以多以高选择性的反相层析如SOURCE 30RPC、SOURCE 15RPC、SOURCE 5RPC或 离子交换 Minibeads、Monobeads作纯化。Superdex Peptide HR是专为肽分子纯化设计的凝胶过滤预装柱,能配合反相层析做出更精美的肽图。肽分子制备可用离子交换配合凝胶过滤Superdex 30 PG。医学都市多功能
13.纯化—— 核酸 、病毒
核酸的纯化用于去除影响测序或PCR污染物等研究。核酸可大致上分为 质粒 脱氧核糖核酸 、 噬菌体 DNA和PCR产物等。病毒也可视作核酸大分子,和质粒DNA一样,可用分离大分子的Sephacry S-1000 SF、Superose或Sepharoce 4FF凝胶过滤介质去除杂蛋白,再配合 离子交换 如Mono Q、 SOURCE Q分离核酸。
14.纯化——寡核 酸寡酸苷酸
多应用在反义(anti-sense)DNA、 核糖核酸 测序、PCR和cDNA合成等研究。合成后含 三苯甲基 的 寡聚核苷酸 以 阴离子 交换的Mono Q或快速低反压的SOURCE Q在PH12下可除副产物,并避免凝集和 保护基 的脱落。载量大大高过反相层析,可用做大量制备。不含三苯甲基的失败序列可用反相柱ProRPC去除。
15.脱盐、 小分子 去除
使用凝胶过滤介质Sephadex G10,G15,G25,G50等去除小分子,效率高,处理量可达床体积30%.只需在进样后收集首1/3-1/2柱体积的洗脱液,HiPrep Desalting(26ml)可在数分钟为多至10ml样品脱盐。
16.疫苗纯化
使用凝胶过滤介质Sepharose 4FF纯化 疫苗 ,去除 培养基 中的杂蛋白,处理量可大于床体积10%.柱高一般40-70cm,整个过程约半至一小时。使用此法生产的疫苗品种有乙肝、狂犬、出血热、流感、 肺结核 、小儿麻痹疫苗等。分子量较小的疫苗可使用Sephacryl S-500HR,如甲肝疫苗等。
17.抗生素聚合物分析
中国药典从2000年版起要求抗生素 头孢曲松钠 需要找出聚合物占产品的白分比,规定使用Sephadex G10凝胶过滤法测定。
18.纯化-基因治疗用 病毒载体
SORRCE 15Q
19.纯化-基因治疗用 质粒
Q Sepharose XL,SOURCE 15Q, STREAMLINE Q,Sephacryl S500,Plasmidselect 在下游纯化中,可应用不同层析技术在纯化 生物分子 的同时,去除各种污染物。
去除病毒
1.去除—— 内毒素
内毒素又称热原。含脂肪A、 糖类 和蛋白,是带负电的复合大分子。
内毒素的脂肪A部份有很强的 疏水性 。但在高盐下会凝集,无法上 疏水层析 。利用疏水层析试验盒(17-1349-01)可选择结合目标蛋白的介质而去除内毒素。
内毒素与 阴离子 交换介质Q或DEAE Sepharose Fast Flow有较强结合。可在洗脱目标蛋白后用高盐缓冲液或 氢氧化钠 去除。
利用CNBr或NHS Sepharose FF可偶联 内毒素 底物 如LAL,PMB,自动成亲合层析介质结合内毒素。内毒素经常是多聚体,凝胶过滤层析可有效地将之去除。
2.去除——蛋白中的 核酸
大量核酸增加样本黏度,令区带扩张,反压增加,降低 分辨率 和流速。药审和食检对核酸含量也有严格限制。
胞内表达蛋白的核酸问题尤其严重。核酸带阴电荷,在初步纯化时利用 阳离子 交换介质如STREAMLINESP,SP Sepharose Big Beads,SP或CM Sepharose FF,SP SepharoseXL结合目标蛋白,可除去大量核酸。
核酸在高盐下会和蛋白 解离 , 疏水层析 介质很适合用来结合目标蛋白,在纯化蛋白的同时去除核酸。
利用 核酸 酶将核酸切成小片断,用凝胶过滤做精细纯化时便很容易去除了。
3.去除——病毒和微生物
病毒和微生物可成为病原,应尽量减除。结合不同层析技术,使用注射用水,用 氢氧化钠 定期进行仪器和凝胶的在位消毒和在位清洗,皆可避免污染物增加。
病毒大都有脂外壳。可用与目标蛋白电荷相反的S/D(solvent/detergent)处理,使病毒失活,如Triton和Tween.再用适当的 离子交换 介质如CM Sepharose FF结合目标蛋白,去除S/D。
其它污染物可以改变pH和 离子强度 使其从目标分子中 解离 或失活,凝胶过滤介质Superdex及多种吸附性介质,SOURCE都是很好的精细纯化介质,可去除多种微量污染物。