所谓各向异性,指的是物质的全部或部分化学、物理等性质随着方向的改变而有所变化,在不同的方向上呈现出差异的性质。比如,棒状样品就具有各向异性。常规的动态光散射通常用于测定蛋白质和聚合物等大分子以及更大的胶体颗粒(通常高达数微米)的平移扩散系数,由于球形颗粒的水动力半径可以简单地由其扩散系数(和悬浮液的粘度)来确定,因此DLS已成为表征胶体颗粒的重要方法。DDLS类似于常规DLS,但可以获取粒子旋转扩散系数的信息,该信息取决于粒子的大小和形状,并且可以通过适当的数学技术从DDLS光强涨落中提取出来,用户可以利用DDLS技术来评估粒子球形度的偏差,也可以利用各向同性样品和各向异性样品在DDLS上的差异,利用DDLS剔除掉不关心的各向同性样品信号而提取所关注的各向异性样品信号。

 

DDLS还没有成为一种流行的测量方法,因为通常DDLS信号会很弱,因此常常被干扰信号(如杂散光、光学缺陷或其他系统噪声)所遮蔽。此外,去偏振时间相关函数的衰减速度往往比DLS快很多倍,特别是对于小粒子。频率的增加和信号强度的降低都给仪器的检测器和数字相关器带来挑战,针对弱信号进行优化的光电检测器,例如APD,如果不采用互相关技术,也会面临后脉冲效应和噪音问题,研究者在进行测量时都需要注意。

□  各向异性样品的去偏振动态光散射(Depolarized dynamic light scattering, DDLS):

蛋白质簇作为结晶和相分离的前体它的形成是至关重要的,通过溶液中的静态(SLS)和动态光散射(DLS)研究溶质的扩散和尺寸,可以对蛋白质簇的形成进行研究。

 

“光散射技术广泛应用于生物大分子的晶体生长研究中,它包括静态光散射和动态光散射两种。利用静态光散射可以测定蛋白质溶液渗透的第二维里系数(可通过该值与结晶传导的关系来判断晶体生长的可能性,一般而言,第二维列系数负值小,有利于形成晶体;负值大,易于形成无定形沉淀。),利用动态光散射可以测定蛋白质溶液的平动扩散系数,获得溶液中蛋白质粒子的流体力学半径及分布情况,分离蛋白质结晶的成核与生长过程,研究大分子的聚集行为和晶体生长的动力学。借助光散射技术可以实现蛋白质晶体生长过程的动态控制。(《化学通报》2005年第2期)”

□  蛋白质结晶(Protein crystallization):

激光光散射技术科用于相关样品流体动力学(Hydrodynamics)的研究,正如Jörg Stetefeld等人指出的那样,“自其诞生以来,DLS已被证明在测定蛋白质、核酸和病毒的流体动力学行为方面特别受欢迎,因为它能够提供(样品的)大小和聚集的信息。(Biophys Rev, 8, 409–427, 2016)”蛋白等样品的流体动力学行为包括聚集、水解等。

□  流体动力学(Hydrodynamics):

激光光散射技术科用于研究蛋白质(Protein)、核酸(Nucleic acids)、多肽(polypeptide)、蛋白质复合体(Protein complex)以及相关分子间的相互作用,Jörg Stetefeld等人研究就表明:“DLS在研究蛋白质、核酸和蛋白质-蛋白质或蛋白质-核酸制剂的复合体以及研究蛋白质-小分子相互作用方面具有很强的实用性,同时DLS可以作为分析超速离心研究的补充方法和使用确定的流体动力学半径验证溶液散射模型的筛选工具。”

□  相互作用(Interaction):

可以利用激光光散射技术可以获取样品的重均分子量、均方旋转半径、流体力学半径、第二维列系数等信息,也可以通过微流变技术获取粘度、粘弹模量等信息,对样品进行评价。

□  物理性质(Physical properties):

David Löf的等人指出:“几十年来,光散射技术已被证明是表征和探索生物微观领域和宏观领域的重要且非常强大的工具。特别是动态光散射已被证明是研究DNA溶液动力学的一种有效方法,其中研究了DNA短片段的平移和内部动力学(旋转运动和分子内弛豫)。高负电荷DNA(每0.17nm带一个电荷)是一种线性聚电解质,是遗传信息的载体。因此,研究利用不同的材料进行DNA缩合,以取代病毒载体作为体内基因转移的基因载体,引起了人们的极大兴趣。DLS还可用于各种物理化学研究,涉及DNA及其与改变DNA构象的其他物质的相互作用。例如,用来研究阳离子表面对鲑鱼精子DNA的压缩作用,既存在于本体溶液中,也存在于不同的聚苯乙烯颗粒表面。表面活性剂诱导的长链DNA的压缩研究也被用DLS进行了。DLS的优点是可以同时检测到不同大小的散射物体的扩散,这一事实在研究DNA和金纳米粒子之间的巯基特异性和非特异性相互作用中得到了应用……(PHYSICAL REVIEW E 76, 011914, 2007)”

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