差示扫描量热仪测试蛋白质的应用案例

一、前言
 
 在研究角蛋白样品的微纤维-基质复合物的结构改变时，DSC可以用来分析热处理前后角蛋白的热稳定性变化、相变行为、以及可能发生的熔融或分解过程。例如通过DSC曲线可以观察到角蛋白在加热过程中可能出现的吸热或放热峰，这些峰对应于角蛋白分子链的运动、微纤维的熔融、或蛋白质的变性等现象。
 
 通过对比受延展和热处理前后的DSC曲线，研究人员可以了解这些处理对角蛋白复合物的热性质和结构稳定性的影响。例如，热处理可能会导致角蛋白分子间交联的增加，从而提高材料的热稳定性，而延展可能会改变角蛋白的结晶度，影响其热行为。
 
 二、实验步骤
 
 1、材料准备
 
 未受过任何处理的褐色头发，未处理头发和漂白过的黄色头发样本。
 
 2、样品制备
 
 将头发清洁后处理成多份小段，大概5-7mg。
 
 3、含水量
 
 头发样品被置于23摄氏度相对湿度50%的小室中平衡48小时，平衡后，漂白过的头发和未受过任何处理的褐色头发的含水量分别为11.48%和10.15%。
 
 4、测量仪器
 
 仪器名称：DZ-DSC300C差示扫描量热仪
 
 仪器品牌：南京大展仪器

 
 5、实验操作
 
 先将5-7mg头发样品置于氮气保护的铝坩埚里 (氮气的通率为50ml/min)样品被加热至70摄氏度并在该温度下保温30分钟用于去除水分，然后降温至25摄氏度再以10C/min的速率升温至270摄氏度记下吸收曲线每个头发样品进行三次平行实验，并计算其平均吸收峰峰值温度和平均吸收峰面积。
 
 三、结果和讨论
 
 1、数据分析
 

图1

 
 图1为一个未受任何处理的头发样品的典型的DSC曲线，峰值温度被定义为IFs中a-螺旋的变性温度(Td)变性包括相转变和蛋白的降解。峰的面积表示变性 △Hd，它是a 螺旋变性所需的能量并被表示为每克干发所吸收的热量 (J/g)△Hd 用于计算RHC，RHC=100x(△Hd/△Hd0) %，其中△Hd0为未受过任何处理头发的平均变性熔融。
 
 2、天气环境对头发的影响
 
 我们对一根18cm的未受过任何处理的褐色头发样品的不同部位进行了考察，研究了扫描曲线的螺旋吸收峰，结果见表一。
 

表一

 
 可以看出从发梢到发根 △Hd 是下降的而 Td 是不断上升的。发梢的 RHC 值是发根的85.6%.很明显天气环境对头发有很大的影响，因为越是接近发梢的部位与环境接触的时间越长。
 
 3、漂白作用和松弛处理对头发的影响
 
 

图2

 
 图2揭示出漂白时间对于未处理头发的Td和RHC的影响随着漂白时间的增加RHC值减小。未处理头发和漂白头发的 △Hd 分别是3.85 J/g和1.07 /g处理后，漂白头发的RHC要比未处理头发的RHC降低了 72.8%。这一结果显示漂白处理对头发的严重损害。通过扫描电镜(SEM)观察发现漂白过的头发表面有许多可见的小洞和毛表皮的破损。随着漂白时间的增加Td增大，这是由于Td的大小取决于基质的交联密度，交联密度越大，黏度就越高，IFs 中螺旋/盘绕转变的阻力也就越大我们知道磺基丙氨酸(胱氨酸在漂白过程中的氧化产物)的含量会随着漂白时间的延长而增加。于是Td的增大反应了磺基丙氨酸数量的增多和进一步增强的离子作用，我们也观察到对于美国黑人头发随着松弛处理的时间增加Td 增加、△Hd减少。
 
 4、螺旋峰的恢复一头发重建
 
 用不同蛋白衍生物对头发在漂白之前和之后处理，结果见表二。
 

表二

 
 头发样品用水解小麦蛋白胱氨酸聚硅氧烷、水解小麦蛋白和整丙基聚硅氧烷混合物处理后，其 RHC分别增加了: 77.5%，72.0% 和88.8%。用蛋白处理后Td 显著减少。过去有研究显示水解小麦蛋白和胱氨酸聚硅氧烷都能够由于与头发上的胱氨酸残基交换二硫键而进入头发。这种交换作用会使头发中螺旋的数量和结构发生改变，其表征为  △Hd 的增加和Td的减少。我们发现驻留产品比洗去型产品对吸收峰的恢复效果要好。一般而言，水解小麦蛋白和丙基聚硅氧烷混合物这样的高分子量蛋白衍生物因为尺寸较大而无法进入头发。如前所述，漂白过的头发样品受损严重且表面多孔，这种多孔性使聚合物可以进入头发和头发发生作用。也许正是这种渗透作用可以解释聚合物处理的漂过头发aHd的显著增加对松驰处理的头发使用蛋白衍生物后我们也发现 △Hd的增加和Td的降低。
 
 四、实验图谱
 
 

图三：是我司对于人体头发组织的测试结果以及分析的测试图谱

 
审核编辑 黄宇