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亚甲基蓝与天青A分子界面行为的二阶非线性光谱研究认领

作者：

张涛

学位授予单位：

安徽师范大学

摘要：

亚甲基蓝和天青A具有类似的结构,是具有重要用途的化学染料,它们在不同领域的发展历史和应用具有独特而引人注目的特点。在纺织业中,这两种染料因其稳定性和色彩鲜艳而备受青睐,被广泛用于织物的染色和印花。它们的应用历史可以追溯到19世纪,成为当时纺织业的重要组成部分,推动了纺织技术的发展和改进。随着时间的推移,亚甲基蓝和天青A在医药领域中的潜力逐渐被发掘,并逐渐应用于制药和光动力治疗等领域。在医药领域,它们被发现具有抗菌、抗寄生虫和抗肿瘤等作用,成为了药物研发的重要组成部分。特别是在光动力治疗中,它们可以通过与特定波长的光线相互作用,产生活性氧并诱导细胞死亡,从而被广泛用于治疗癌症和其他疾病。但不论是其作为药物还是作为光敏剂,这两种分子在生物体系的应用都需要穿透细胞膜进入细胞内部。目前关于它们在细胞膜这一特殊的界面环境上的行为、它们在穿膜过程中对膜结构的具体影响以及它们在生物屏障界面上的物理性质等方面的研究还不够充分,一些具体细节仍有待发现。基于以上背景,本文旨在利用和频振动光谱和宽带电子态二次谐波光谱这两种具有界面选择性的二阶非线性光谱技术,对亚甲基蓝与天青A分子的界面行为进行研究。首先,选择和频振动光谱技术作为研究工具,测量加入亚甲基蓝或天青A溶液前后磷脂单分子膜的和频振动信号,通过对比信号变化讨论它们在细胞膜上是如何影响膜结构的。之后,设计搭建了宽带电子态二次谐波光谱系统光路,用于探测气-液界面天青A分子的电子态结构。最后,通过二阶非线性光谱实验获取了亚甲基蓝与天青A在液体界面上的物理性质与其在对于细胞膜结构影响的微观行为机理。全文将通过以下四个章节具体阐述。第一章,简述了两种染料分子的相关背景以及细胞膜界面结构的现有研究进展。同时,对本文所主要采用的二阶非线性光谱这一研究手段的相关概念和发展历史作了简述,并重点介绍二阶非线性光谱技术在细胞膜模型体系方面的已有研究。由此帮助读者了解本文中的相关物理模型与基本概念。第二章,详细地阐述了关于和频振动光谱与二次谐波这两种二阶非线性光谱技术的原理,介绍了两种技术的理论起源以及对二阶非线性光谱数据进行定量分析所需的基本公式。第三章,以纯水表面的磷脂分子1,2-棕榈酰磷脂酰甘油(DPPG)与二棕榈酸磷脂酰胆碱(DPPC)单分子膜为细胞膜模型体系。利用和频振动光谱探究了不同膜压下这两种单分子膜的结构与取向,对比研究了纯水亚相中天青A与亚甲基蓝的存在对于这两种磷脂单分子膜结构的影响。在测得光谱之后,首先对其进行数据处理,再根据偏振选择定则与光谱指认,对各个信号峰进行归属。并且通过全局拟合方法,结合和频振动光谱的偏振依赖关系,计算得出了烃基链末端甲基平均取向角,以及烃链骨架的平均排列方向角与磷脂分子烃基链有序度。研究结果表明,两种染料分子吸附到单分子层后,会通过破坏磷脂分子中的烃基链的排布来降低磷脂单分子膜的有序度,最终对磷脂单分子膜的结构产生一定程度的破坏。这可能是两种染料分子具有细胞毒性的微观原因之一。并且,在高膜压情况下,染料分子对膜结构的破坏作用会更加明显。同时,相比于在溶液显电中性的DPPC分子,带负电荷的DPPG分子更易于吸附体相中带正电荷的天青A与亚甲基蓝,使得DPPG的和频振动信号在加入染料分子后,变化趋势比DPPC更大。这也意味着亚甲基蓝与天青A染料对DPPG磷脂单分子膜的细胞模型体系的危害更高。第四章,为针对性地研究天青A分子在气液面上的电子态结构,成功设计了一套宽带电子态二次谐波光谱系统,首次实现了对天青A分子在空气/水溶液界面上电子态结构的测量。这部分研究的主要创新之处为自行搭建了一套宽带光参量放大器,由此实现了近1000 nm范围的宽带飞秒短脉冲近红外光的输出,以此作为宽带电子态二次谐波光谱的基频光。这一新手段的建立极大地拓宽了二次谐波实验所能获得的信息量,未来还可用作宽带电子态和频光的测量。

摘要译文

关键词：

和频振动光谱; 二次谐波; 亚甲基蓝; 天青A; 磷脂单分子膜

学位年度：

2024

学位类型：

硕士

学科专业：

光学

导师：

陆洲

中图分类号：

TS193[染色];O439[应用光学]

学科分类号：

082104[纺织化学与染整工程];0822[轻工技术与工程];070207[光学];080301[光电信息工程];080302[光子学与光电子技术]

D O I：

10.26920/d.cnki.gansu.2024.000066