在這次訪談中，萊布尼茨聚合物研究所聚合物分離小組負責人Albena Lederer與新聞 - 醫(yī)學生命科學部門討論了用于理解和分析聚合物的技術(shù)和方法。

Albena涵蓋了構(gòu)象分析實驗方法的理論和實踐，它們在簡單大分子結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用以及對更復(fù)雜系統(tǒng)的構(gòu)象和定量分析的應(yīng)用。

為什么生物大分子結(jié)構(gòu)，特別是大分子的分離和表征如此重要?

大分子系統(tǒng)中的多分散性是在調(diào)整材料性質(zhì)時必須考慮的關(guān)鍵問題。就大分子量而言，多分散性意味著我們具有不同尺寸和長度的聚合物鏈。當我們談?wù)摼酆衔飼r，我們還必須考慮的另一個問題是拓撲：聚合物是支化的，它們表現(xiàn)出什么類型的支化，以及這種支化如何影響功能，官能團的數(shù)量和相互作用性質(zhì)?這些問題與這些聚合物的構(gòu)象直接相關(guān)，因此我們需要通過分子量，大小和構(gòu)象分離和分析分子來理解它們的技術(shù)和方法。

用于大分子構(gòu)象分析的最常用方法是什么?

構(gòu)象分析的主要方法是多角度靜態(tài)光散射(MALS)。MALS給出了與角度相關(guān)的瑞利比，可以對其進行分析以確定摩爾質(zhì)量和回轉(zhuǎn)半徑R g?，F(xiàn)在，通過該方法得到摩爾質(zhì)量和回轉(zhuǎn)半徑，我們可以將數(shù)據(jù)擬合到用于縮放流動的方程中，其中縮放參數(shù)直接耦合到粒子或大分子的構(gòu)象。我們從中計算的其他信息是表觀密度; 一個重要的參數(shù)，與大分子或顆粒的構(gòu)象和致密性有關(guān)。

我們可以將靜態(tài)光散射與動態(tài)光散射相結(jié)合，這直接為我們提供了所謂的'rho'參數(shù)，以了解我們的粒子和大分子的形狀。Rho是R g(由MALS確定)與流體動力學半徑R h(由動態(tài)光散射或DLS確定)的比率。

使用靜態(tài)光散射的另一種方式是與特性粘度相結(jié)合。特性粘度和摩爾質(zhì)量之間的聯(lián)系是所謂的Kuhn-Mark-Houwink方程。Kuhn-Mark-Houwink參數(shù)代表描述大分子或顆粒構(gòu)象的另一種方式。

使用這些方法獲得的參數(shù)是摩爾質(zhì)量依賴性的，這意味著我們必須表征包含一種聚合物樣品的一系列摩爾質(zhì)量。僅使用合成和技術(shù)條件的差異通常不容易實現(xiàn)。

我們?nèi)绾潍@得摩爾質(zhì)量系列?

通常我們進行分餾以分離一系列摩爾質(zhì)量。制備分餾是根據(jù)摩爾質(zhì)量獲得餾分的眾所周知的方法; 然而，這是一項很大的努力。

獲得不同摩爾質(zhì)量的更快和更高分辨率的方法是分析尺寸排阻色譜(SEC)。這是一種熵驅(qū)動的分離，通過將樣品的單次注入分成幾個部分，每個部分具有非常窄的摩爾質(zhì)量分布。SEC適用于從極低摩爾質(zhì)量到數(shù)百萬的所有大小的大分子。

另一種方法是場流分餾(FFF)。在該方法中，根據(jù)顆粒的擴散特性分離顆粒。這意味著與尺寸排阻色譜相比，我們可以分離更寬的摩爾質(zhì)量范圍，而沒有尺寸排阻色譜中存在的強剪切力。FFF在低于約5000道爾頓的摩爾質(zhì)量范圍內(nèi)不是有益的，其中大分子穿透通道的膜并且不向檢測器洗脫。然而，使用更大的復(fù)合物，尤其是可能大大超過SEC上限的大型生物大分子系統(tǒng)，F(xiàn)FF確實非常有用。

將這些分離技術(shù)中的任一種，SEC或FFF與MALS，特定粘度檢測和DLS偶聯(lián)，在大分子分離和表征-SEC-MALS-DLS-IV或FFF-MALS-DLS-IV方面提供了非常有趣和有價值的結(jié)果。

如何使用構(gòu)象分析來確定簡單的大分子結(jié)構(gòu)?

為了獲得關(guān)于這些聚合物的完整構(gòu)象信息，我們需要使用耦合到DLS檢測器。此外，我們還有一個濃度檢測器，它是完全分析靜態(tài)光散射數(shù)據(jù)所需要的，還有粘度檢測器。因此，我們從該系統(tǒng)中獲得了四種不同的色譜圖。使用所有這些信息，我們最終可以計算出三個不同的半徑：回轉(zhuǎn)半徑，流體動力學半徑和粘度半徑。