胶体化学在生活中的应用精选(九篇)

第1篇：胶体化学在生活中的应用范文

小胶质细胞的来源

小胶质细胞在中枢神经系统中含量丰富，占神经胶质细胞的5％～20％。目前关于小胶质细胞的起源尚有争议。大多数学者认为，小胶质细胞来源于骨髓单核细胞，在出生后早期进入脑，再转化成小胶质细胞。小胶质细胞是一种特殊的巨噬细胞，因其与巨噬细胞在功能和形态学上存在许多相似之处。根据小胶质细胞的形态学特点，将其分为阿米巴样（amoeboid）小胶质细胞、分支状（ramified）小胶质细胞和反应性（reactive）小胶质细胞。这3种形态在一定条件下可相互转化，反应了小胶质细胞的功能状态。因此，这3种形态的细胞又分别被称为吞噬性、静息的以及激活的小胶质细胞［1］。

小胶质细胞的功能

小胶质细胞是中枢神经系统中单核吞噬细胞家族的成员之一，具有吞噬病原体、分泌细胞因子以及提呈抗原等典型的巨噬细胞功能［2］。小胶质细胞在脑发育过程中具有重要作用，发挥神经元调控和促进神经元亚群凋亡等重要的生理功能［3］。此外，小胶质细胞还能产生神经营养因子，调节突触传递以及重塑（促进）突触形成［4］。在感染、损伤或神经退行性疾病等中枢神经系统病理性反应中，小胶质细胞迅速被激活，细胞形态、免疫学表型和功能等会发生一系列的变化，由分支状转化成阿米巴样，后者能表达Toll－like受体，并通过产生的细胞因子、趋化因子以及一氧化氮（NO）等启动固有免疫［5］。活化的小胶质细胞能分泌单核细胞趋化蛋白－1（MCP－I）、巨噬细胞炎症蛋白－1（MIP－1）、调节活化正常T细胞表达与分泌的趋化因子（RANTES）等淋巴细胞募集的炎症趋化因子，还能分泌白细胞介素－1（IL－1）、IL－6和α肿瘤生长因子（TNF－α）等细胞因子［6］，这些免疫分子能使血脑屏障紧密连接减弱，有利于巨噬细胞、NK细胞以及T、B淋巴细胞等外周免疫细胞或可溶性因子进入脑内［7］。Schilling等［8］研究证实小胶质细胞的活化优先于外周细胞的浸润，故小胶质细胞成为中枢神经系统固有免疫反应中的第一道防线。此外，小胶质细胞还能诱发细胞毒性，释放超氧化物和NO进入微环境，引起中枢神经系统过度的病理反应。

小胶质细胞在中枢神经系统病毒感染中的作用及机制

早期中枢神经系统被称作“免疫豁免”区，是因为异体组织移植到中枢神经系统后产生的抗异体反应较弱。健康脑实质缺乏固有淋巴细胞，主要组织相容性抗原（MHC）分子的表达水平相对较弱，而血脑屏障又限制外周淋巴细胞和免疫分子的进入，此特性也支持大脑作为“免疫豁免”区的观点［9］。脑实质中含有大量的小胶质细胞，不断地进行免疫防御和免疫稳态，发挥免疫效应细胞的功能，使中枢神经系统更适合作为特殊的免疫器官。一些病毒能专门感染神经系统，这些病毒被称为“嗜神经病毒”［10］。当这些病毒入侵机体后，可逃避宿主免疫系统，从而进入中枢神经系统。由于中枢神经系统的“免疫豁免”以及神经元本身的有丝分裂状态，都为病毒的潜伏感染提供了理想的环境。当脑中检测到大量嗜神经病毒时，脑组织就变成了“非免疫豁免”区。中枢神经系统感染嗜神经病毒可启动固有免疫应答和适应性免疫应答。小胶质细胞活化能分泌大量的炎症细胞因子和趋化因子，增强吞噬作用以及提高活性氧（ROS）的产量。但是，过度的细胞活化又可诱发中枢神经系统病理性损伤和神经退行性病变［11］。以下是几种病毒感染中枢神经系统后小胶质细胞发挥的作用及机制。

1人类免疫缺陷病毒感染

人类免疫缺陷病毒（HIV）是一种逆转录病毒。研究表明，HIV能呈游离形式或借助感染的免疫细胞，跨过血－脑屏障或血－脑脊液屏障进入中枢神经系统，引起HIV－痴呆（HAD）等HIV相关性神经识别紊乱性疾病（HAND）。已经证实小胶质细胞是HIV感染中枢神经系统的主要靶细胞，这也是HAND致病的主要因素［12］。HIV通过CD4、CCR3、CCR5和CCR4分子（受体）进入小胶质细胞，其中CCR5是HIV感染小胶质细胞的主要受体，双重CCR5等位基因缺失的人对HIV具有免疫力［13］。当机体CD4和CCR5受体的表达量升高时，IL－4和IL－10能促进HIV－1进入小胶质细胞并复制。但是，趋化因子类CCL5／RAN－TES、CCL3／MIP－1α、CCL4／MIP－1β可结合CCR受体，从而抑制HIV－1在小胶质细胞中的复制，阻止病毒入侵。小胶质细胞与HIV病毒粒子、HIV产物或感染产生的炎症介质相互作用，在中枢神经系统中发生级联反应，最终致使神经元损伤［14］。小胶质细胞因其高度活化后可表达多种表面分子（受体），产生多种固有免疫和适应性免疫的效应分子，故可在HAND的神经变性过程中发挥重要作用［15］。小胶质细胞也能产生生长因子（脑神经营养因子或胰岛素样生长因子）和具有神经保护作用的抗炎因子，在神经性疾病中发挥积极作用［16］。此外，炎症因子和LPS促进小胶质细胞参与抗病毒反应。有研究表明小胶质细胞表达的TLR受体与HIV感染有关。同时，Ancuta等［17］认为获得性免疫缺陷综合征（AIDS）患者血浆中的LPS含量、单核细胞活化程度以及相关临床表现与HAD症状有关。已经发现LPS可活化小胶质细胞，并促进转基因鼠HIV的表达［18］。Suh等［19］发现小胶质细胞表达的TLR3和TLR4是抗HIV模式识别受体，通过下游分子IRF3能调节中枢神经系统的抗病毒作用和炎症反应，在HIV疾病早期阶段具有神经保护功能。HIV导致的中枢神经系统损伤是一个复杂的病理过程，包含多种病理机制和神经毒性因素，但总体来说小胶质细胞在HIV神经致病机制过程中具有重要作用［20］。

2DNA病毒感染

本文就单纯疱疹病毒（HSV）阐述小胶质细胞在DNA病毒感染中的作用。HSV是一种嗜神经性的双链DNA包膜病毒。目前公认HSV是病毒性脑炎最常见致病原，约占全部脑炎的10％～20％［21］。HSV引发严重的神经炎症和急性坏死性脑炎。单纯疱疹病毒性脑炎后遗症主要由病毒直接介导或免疫间接介导所致。在人和实验动物的疱疹脑炎中，病毒分布于脑脊液和脑组织中，脑内持续存在神经免疫活跃状态，并长期分泌细胞因子。Manques等［22］利用荧光素转基因鼠和活体成像技术动态检测小鼠感染HSV的整个过程，发现小胶质细胞在HSV感染的脑组织中长期活化，即使病毒被清除后，仍保持很高的活化水平。早期HSV脑内感染可出现强烈的炎症反应，主要是活化的小胶质细胞分泌趋化因子和细胞因子的结果［23］。同时，活化的小胶质细胞也可通过这些因子发挥抵抗病原体入侵的功能。此外，小胶质细胞能促进外周粒细胞、T淋巴细胞和单核巨噬细胞等细胞的浸润。另一关键作用是小胶质细胞能产生ROS，破坏病原体的呼吸作用，从而达到损伤和破坏病原体的目的。但是，如果长期过量地产生ROS或过度的炎症反应会对宿主细胞造成损害，使宿主细胞对病原体更加敏感［24］。体外实验表明，HSV可感染纯化的星形胶质细胞、神经元和小胶质细胞，并能引起这些细胞的病变，但小胶质细胞也能限制病毒的复制。Aravalli等［25］研究表明TLR2受体能介导HSV感染的小胶质细胞凋亡。此外，小胶质细胞感染HSV－1后还能激活MAPK信号转导途径，诱导ROS产生，这有利于清除病原微生物，但同时可间接引起宿主细胞的损伤［24］。用HSV－1感染纯化的小胶质细胞，发现小胶质细胞能产生大量的TNF－α、IL－1β、CXCL10／IP－10和CCL5／RANTES，以及少量的IL－6、CXCL8／IL－8和CCL3／MIP－1α等因子［23］。其中TNF－α能抑制HSV在星形胶质细胞中复制，CXCL10／IP－10能抑制HSV病毒在体内和神经元中的复制［26］。小胶质细胞能分泌细胞因子和诱导神经毒性物质，这可能是HSV引起CNS损伤的潜在因素［27］。至今，小胶质细胞在HSV感染的中枢神经系统中的作用机制仍有待进一步阐明。

3RNA病毒感染

（1）狂犬病病毒

狂犬病毒（RABV）是单股负链RNA病毒，其具有严格的嗜神经性，病毒粒子从入侵部位进入周围的神经组织内，沿着神经向心性传递至中枢神经系统，并在中枢神经系统中大量增殖，从而引起神经细胞功能紊乱和退行性病变。神经元是狂犬病病毒复制的主要场所，在体外试验中，某些RV毒株可感染小胶质细胞和星形胶质细胞等非神经元细胞，例如ERA株能在小胶质细胞中生长良好，并能有效复制，来源于蝙蝠的街毒株在这些细胞中的生长则会受到抑制［28］。在RV感染过程中，小胶质细胞中可检测到RV病毒粒子和病毒抗原。Nakamichi等［29］发现RV感染小胶质细胞后，激活p38、ERK1／2和NF－κB信号转导通路，上调CXCL10和CCL5的表达。然而，RV感染小胶质细胞后所引发的抗病毒和免疫分子机制尚有待阐明。

（2）西尼罗河病毒

西尼罗河病毒（WNV）为黄病毒科单链RNA病毒。WNV能直接感染神经元，引起人和其他哺乳动物脑炎、瘫痪和脑脊髓炎等严重的神经症状［30］。WNV能感染神经元和星形胶质细胞，但在小胶质细胞中存在生长缺陷。研究发现，在感染WNV小鼠的脑内，促炎症趋化因子（受体）与其相应的配体是主要的免疫调控因子，这些因子主要由小胶质细胞和星形胶质细胞产生［31］。WNV病毒感染后，星形胶质细胞能分泌趋化因子CXCL10和CCL5，在细胞中检测不到TNF－α、IL－1、IL－6和IFN－α／γ等细胞因子。但小胶质细胞能分泌IL－6和TNF－α等促炎趋化因子。小胶质细胞感染WNV后能分泌相对较多的CXCL10、CCL2和少量的CCL5，同时活化MAPK胞内信号通路［32］。此外，Getts等［33］发现依赖CCL2的炎性单核细胞迁移能提高WNV感染过程中小胶质细胞的数量，从而造成谷氨酸中毒性损伤，这可能是西尼罗河病毒性脑炎致病性的关键因素。目前，小胶质细胞如何介导西尼罗河病毒性脑炎的免疫致病性仍需进一步探索［34］。

第2篇：胶体化学在生活中的应用范文

[关键词] 溴化丁基橡胶 硫化与交联 产品应用

溴化丁基橡胶（BIIR）的研究开发始于20世纪50年代，目的是提高丁基橡胶（IIR）硫化性能并改善它与其他橡胶并用的相容性。由于其硫化速度快、硫化效率高、硫化程度高、硫化剂用量少、可实现无硫无锌硫化，从而赋予了BIIR具有良好的物理性能和化学性能，是制造无内胎轮胎和医药用制品不可替代的原材料。

1. BIIR硫化特性

溴化丁基橡胶（brominated isobutylene isoprene rubber, 简称BIIR）是IIR与溴元素在一定温度范围内进行反应制得的，其基本化学结构为[1]：

图1 BIIR的化学结构示意图

BIIR除保持了普通IIR的气密性、高减震性、耐老化性、耐候性、耐臭氧性及耐化学药品性等，还增加了普通IIR所不具备的以下特性[2]：

(1)反应活性高，硫化速度快。

BIIR不仅含有C=C双键，而且含有活泼的卤素原子，双键和卤素原子都有利于进行交联反应。因此，BIIR除了可通过硫黄硫化外，在卤素原子的作用下，还可用氧化锌、酚类和胺类等进行硫化。BIIR硫化速度快，硫化平坦性好，适合于厚制品的硫化。

(2)耐热性好，可单独用氧化锌硫化。

BIIR是唯一可单独用氧化锌硫化的橡胶，用氧化锌硫化的BIIR硫化胶中的交联键是碳-碳键，不是强度较小的硫-硫键，所以BIIR耐热性好，在贮存和加工过程中不变色。另外，碳-碳键的交联生成的硫化体系对橡胶制品的压缩永久变形性有很大的优化作用，特别是密封制品，BIIR的压缩永久变形比较低。

(3)具有共硫化性，容易与其它橡胶共混。

IIR的缺点之一是难以和其它橡胶并用，而BIIR则通过烯丙基上引入卤素原子而具有极性基团后，极大的改善了IIR与其它橡胶的共混性和共硫化性，能与乙丙橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶等不饱和橡胶以任意比例混合并用。

2.BIIR硫化与交联

BIIR存在双键，可利用双键通过硫黄、硫给予体、醌进行硫化，也可利用卤素通过氧化锌、秋兰姆、树脂、硫脲特别是过氧化物等进行硫化。本文重点介绍硫黄、氧化锌及过氧化物硫化BIIR的交联过程。

2.1 硫黄硫化体系

在适当的温度、特别是当达到促进剂的活性温度时，由于活性剂的活化以及促进剂分解成游离基，促使硫黄成为活性硫，同时生胶二烯主链上的双键打开，形成橡胶大分子自由基，活性硫原子作为交联键桥使橡胶大分子间交联起来而成为立体网状结构。双键处的交联程度与交联剂硫磺的用量有关。硫化胶作为立体网状结构并非橡胶大分子所有的双键处都发生了交联，交联度与硫黄用量基本上是成正比关系的。

图2为在噻唑类MBTS促进剂作用下的硫黄体系的交联过程[3]。

图2 MBTS促进的交联

2.2 金属氧化物硫化体系[4]

与IIR不同，BIIR可单独采用氧化锌硫化，其过程和机理为：BIIR添加氧化锌后脱溴，氧化锌与所产生的少量溴化氢反应生成溴化锌，溴化锌可以引发BIIR分子链中的不饱和双键进行阳离子聚合反应，在BIIR分子链间形成稳定的碳-碳交联键。溴化锌同时也具有催化BIIR脱溴化氢的作用，BIIR脱溴化氢后形成共轭二烯烃结构，使发生聚合反应的几率增大。溴化锌和共轭二烯烃结构是交联结构产生的前提。卤化锌通过夺取BIIR分子链上的溴原子引发交联反应，但只有在BIIR脱溴后生成的异戊二烯单元碳阳离子与相邻分子链上的共轭二烯结构相遇时才能发生交联，否则只能使BIIR脱溴化氢形成共轭二烯烃结构。图3代表了氧化锌在交联键中的3种可能的结构。

图3 BIIR硫化中的氧化锌

2.3 有机过氧化物硫化[5]

用过氧化物硫化IIR时，聚合物主链发生断裂，无交联形成。但用DCP(过氧化二异丙苯)对氯化丁基橡胶和BIIR进行，发现氯化丁基橡胶未发生硫化，而BIIR可以进行硫化。BIIR的过氧化物硫化机理如图4所示:

图4 BIIR的过氧化物硫化机理

3.用途及需求

BIIR气透性极低，用其作气密层轮胎的气压和内压参数大大优于通用橡胶气密层轮胎，因此BIIR的主要应用领域是轮胎的气密层。此外BIIR耐热、耐疲劳性，适于制造汽车内胎和用于胎面改性。随着汽车轮胎技术不断发展更新，BIIR市场需求在逐渐增加。在全钢子午胎上，100%使用BIIR；在半钢子午胎上，以使用BIIR为主；国内载重子午胎BIIR使用量占卤化丁基橡胶的75%。

医用胶塞丁基化是国内BIIR的第二大需求市场，目前欧美国家的丁基胶塞厂家多数采用BIIR，我国也有一些公司全部使用BIIR生产胶塞。对于低分子量的凝血酶抑制溶液，用BIIR胶塞其稳定性显著提高，同时其化学指标可控制在一个较好的范围内，进而有力保证了与氨基酸、血液制品等大输液产品的相容性。

其他方面如胶带、胶管、粘合剂和防水卷材等对卤化丁基橡胶的需求也在逐渐增加。2008年，国内丁基类橡胶总需求量为225 kt，其中卤化丁基橡胶需求量为160 kt，占总需求量的71%。2010年卤化丁基橡胶需求量达到210 kt，其中BIIR的比例占65%，并在轿车子午胎中逐步取代CIIR[6]。

4.结束语

BIIR保持了IIR的气密性、高减震性、耐老化性、耐候性、耐臭氧性及耐化学药品性等特点，还具有反应活性高、硫化速度快、耐热性好、可单独用氧化锌硫化、交联效率高、制品的压缩永久变形小、具有共硫化性、容易与其它橡胶共混等特性。因此，在子午线轮胎、无内胎轮胎、医疗密封器材、化工设备衬里等多种领域正在逐步替代IIR。可以判断，BIIR是未来橡胶行业的重要发展趋势之一，前景十分看好。

参考文献:

[1] Darren James Thom．The Cure Chemistry of Brominated Butyl Rubber： A Model Compound Approach[D]．Kingston：Queen’s University，1999.

[2] 单保涛．溴化丁基橡胶的合成与结构性能表征[D]．北京：北京化工大学，2010.

[3] 王备战．异丁烯基弹性体的硫化（二）[J]．世界橡胶工业，2009，36（12）：26-33.

[4] 赵小平，史铁钧，王申生.丁基橡胶与卤化丁基橡胶的结构、性能及发展状况[J].安徽化工，2008，34（4）：8-13.

[5] 吴冬生．改性酚醛树脂对溴化丁基橡胶硫化性能影响的研究[D]．广州：华南理工大学，2004.

[6] 李玉山．溴化丁基橡胶工艺的应用与前景[J]．石油化工设计，2010,27（3）：29-30.

第3篇：胶体化学在生活中的应用范文

关键词：表面活性剂 界面吸附 团聚

中图分类号：O647 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0118-02

表面活性剂是在低浓度条件下使体系的存在状态和界面性质发生显著变化的一类物质[1]。表面活性剂同时具有亲水和亲油的特性，其分子中包含极性基（亲水疏油）和非极性基（疏水亲油），分别分布于表面活性剂分子的两端，从而构成不对称结构。因此，表面活性剂能在各种不同的界面上发生吸附作用，而使界面的存在状态发生变化。

1 表面活性剂分子结构和分类

表面活性剂分子结构各不相同，品种众多。总体来看，表面活性剂是在烃化合物分子基础上加上极性取代基而形成的。

按其能否解离以及解离后所带电荷类型的不同，可将表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性表面活性剂[2]。

2 表面活性剂在界面的吸附

表面活性剂能在不同类型界面上产生吸附作用，而使原来的界面状态发生变化。此外，当表面活性剂在溶液中的浓度大于某一特定值时，表面活性剂可通过疏水作用（非极性基团）而缔合成胶束。

2.1 吸附方式

受其化学结构形式、溶剂特性和吸附剂的表面性质的影响，表面活性剂在固液界面上的吸附方式一般包括以下几种：（1）离子交换吸附：电离形成的表面活性离子取代吸附反离子而产生的吸附作用；（2）氢键吸附：表面活性剂离子或分子与极性基团所形成氢键而在固体表面上吸附；（3）离子对吸附：离子吸附于未被反离子“占有”的反电荷固体表面上；（4）π电子吸附：表面活性剂表面的强电性位置与具有π电子键的分子产生的吸附；（5）憎水作用吸附：吸附于固体表面的表面活性剂以团聚的状态存在；（6）化学作用吸附：固体表面与表面活性剂的活性基团通过化学键而形成的吸附；（7）色散力吸附：其存在于所有的吸附中，且随分子的增大而增大。

2.2 表面活性剂吸附的影响因素

在固体表面上表面活性剂吸附的影响因素主要包括以下几种：（1）温度：离子型和非离子型表面活性剂的吸附受温度的影响不同。随着温度的增加，离子型表面活性剂的吸附量降低，而非离子型表面活性剂的吸附量增加；（2）表面活性剂的结构和类型：表面活性剂的结构和类型不同，其在固体表面上的吸附不相同；（3）pH值：pH值不同，离子型表面活性剂的吸附不同，非离子型表面活性剂受其影响较小；（4）固体表面性质：对于不同类型的表面活性剂而言，固体表面的性质不同，其具有不同的吸附作用；（5）电解质：溶液中加入的电解质，可提高离子型表面活性剂的吸附量，降低离子型表面活性剂之间存在的斥力，同时压缩固体双电层。

2.3 表面活性剂吸附对固体表面的影响

吸附于固体表面的表面活性剂若进行定向排列，可导致表面性质发生相应变化，改变在溶液中固体状态和性质。

（1）稳定性和分散性：当表面活性剂所带电荷与固体表面电荷相同时，若极性固体与表面活性剂的范德华力可以克服所产生的静电斥力时，表面Zeta电位提高，其稳定性相应增大。若固体表面所带电荷与表面活性剂电荷相反时，当溶液中表面活性剂的浓度较小时，表面的电荷中和而消除静电斥力，固体颗粒可能产生絮凝作用；而当溶液中的表面活性剂浓度提高时，表面活性离子的电荷与固体表面的电荷同号，则活性离子极性向着水溶液中，固体表面接触角将减小，亲水性提高，水中的固体质点的趋势变大，相对应其稳定性也将变大。此外，表面活性剂的吸附以亲油基而紧邻非极性固体的表面时，其极性基向着水中，原先的非极性表面会随吸附的进行而变成极性表面，使得其分散性提高。

（2）润湿性：对于极性固体而言，以离子对或离子交换形式吸附于固体表面的表面活性剂，固体表面憎水性增强，其亲油基向着水中，此时水在表面上不能再展开，固体表面润湿性降低，形成具有接触角的水滴。而对于非极性的吸附剂而言，其吸附向着水溶液以亲水基的形式存在，提高了表面的电荷和亲水性，其更容易被水相湿润。

3 表面活性剂的团聚

当浓度较小时，表面活性剂不发生团聚，溶液和固体表面的表面活性剂以单一的离子或分子形式存在。增大表面活性剂浓度，其在水中逐渐团聚在一起，水表面张力迅速降低，在固体表面活性区域的表面活性剂聚集。一部分形成了单分子层，为半胶束，其吸附于固体表面并以极性基存在，而非极性基则伸入溶液中；另一部分形成了双分子层，为准胶束，其上层的表面活性剂极性基与溶液相接触，下层的表面活性剂极性基吸附于表面。当再增加表面活性剂浓度时，表面活性剂则形成胶团，溶液表面张力减小至最低值，表面活性剂的吸附量基本不随其浓度的增大而发生相应变化。此时，溶液中表面活性剂形成胶束时的最小浓度称为临界胶束浓度（CMC），而在不同情况下表面活性剂所构成的缔合结构称为吸附胶束。吸附胶束的形成是表面活性剂在水中的重要特征，其具有催化促进和增溶等作用。

3.1 催化促进作用

在水溶液中表面活性剂构成胶束内核的非极性条件，其不同于原来溶剂的极性条件，因而构成的胶束会影响原来所产生的化学反应。溶液中表面活性剂的浓度小于临界胶束浓度时，界面上形成了吸附胶团，体相中则不能形成胶团。吸附胶团大大增加其反应的速率，可以结合有些反应离子和底物，在比表面积较大的固体上增加反应产率，形成吸附胶团，其远高于水溶液中胶团相体积。当溶液中表面活性剂的浓度高于临界胶束浓度时，表面活性剂在胶束内浓度高于溶剂中浓度，非极性的溶质分子则进入胶束中。此时，在非极性的溶剂条件下，胶束核内可导致产生反应途径相应变化，该局部的高浓度大大增加了其反应的速率。

3.2 增溶作用

表面活性剂在溶液中使得微溶或者不溶于水的有机物溶解度明显增加的现象称为表面活性剂的增溶作用。当水中表面活性剂的浓度小于其临界胶束浓度时，增溶作用较小，不能形成胶束；当水中表面活性剂的浓度大于或等于其临界胶束浓度时，由于胶束内核具有的非极性的溶剂条件为微溶或不溶于水的溶质分子提供了相应的空间，使得其溶解度增加，胶束形成。因此，表面活性剂增溶作用与其胶束的数量成正比关系。在增溶作用的过程中，溶剂性质则无显著的变化，表面活性剂用量非常少，形成的体系为均相体系，同时溶液依数性的变化较小。

参考文献

第4篇：胶体化学在生活中的应用范文

关键词：胶体知识；生活；应用

化学知识和现象在生活中无处不在。生活中很多现象和应用，都与胶体知识有关，了解这些，能增长知识，发现生活的美好与乐趣。

1.奇妙的丁达尔效应

在酷热的夏季，起床后，到茂密树林中去散散步，呼吸新鲜的空气。太阳慢慢爬了上来，当阳光从树叶间透过，树林间将出现一道道光柱从树叶间直射下来。我们可能要问：树林间的光柱是怎样形成的呢？到了晚上，四周一片漆黑，现实生活中，最常用的是手电筒，当手电筒的灯光射向地面时，会看到一道光柱。于是，我们可能又要问：为什么会形成光柱呢？

胶体的性质可以用来解释这种自然现象：当固体颗粒的大小在1～100纳米之间，细小的固体颗粒分散在空气中就会形成胶体。光经过胶体时，由于胶体粒子的大小，胶体颗粒便会对光产生散射作用，散射的光进入我们的眼睛，我们从侧面便看到一道道光柱。在化学中，当光通过胶体时，会出现光亮的通路的现象叫做丁达尔效应。胶体的丁达尔效应可以解释很多的自然现象，例如，在天空中，当一团云层遮住了太阳，我们即使看不到太阳，但太阳光会透过云层间的空隙，射下一道道光柱，此时，空气形成了胶体，所以看到了丁达尔效应。

2.神奇的明矾净水

胶体的知识除了能解释自然界的丁达尔效应，还能解释生活中的一些其他现象。一到夏季，下雨变得频繁。而每场大雨过后，我们身边的河流、池塘都装满了浑浊的泥水，而对于农村的人们来说，河水、池塘水便是他们的主要饮用水。浑浊的河水、池塘水根本无法供人、畜饮用，又没有自来水，有没有办法让浑浊的泥水尽快地沉降而变澄清呢？

办法早就有了，人们通常到药店买一定量的明矾（化学式为KAl（SO4）2·12H2O的化学物质）储存在家里，一但出现饮用水变浑浊，人们便将少量的明矾溶于盛有泥水的桶中，一经搅拌，水中的泥沙很快便沉降下来，泥水迅速就变澄清。其实，明矾净水也利用了胶体的性质。明矾溶于水时，其中的铝离子会发生水解作用，从而生成氢氧化铝的胶体，胶体的粒子较小，因而会有较大的表面积，表面积较大，从而就有很好的吸附性，能吸附水中的泥沙以及其他的杂质，从而很快达到净水的目的。利用胶体表面积大，吸附性强，工业上还利用胶体来吸附色素，从而使物质褪色。

3.先进的血液透析

我们的血液具有运输有毒物质的能力，通过血液的流动，人体内的部分有毒物质排出体外。有毒物质是怎样排出体外的呢？

原来我们的血管就是一种特殊的膜，这种膜上有许多孔，这些孔能允许小分子物质通过，从而使血管内的物质可以通过小孔与血管外进行交流。血管就像半透膜，它只允许其粒子半径比小孔小的物质通过，因而有毒物质等小分子可以通过小孔而排出；而血液是一种胶体，其粒子比血管壁的孔要大，所以血液只能在管内流动。

随着年龄的增长，身体素质下降，身体某些器官的功能减弱（例如我们的肾），排毒的能力也会减弱，因此，有毒的物质不能及时排出体外，日积月累，就会对我们的身体造成伤害，于是就出现了血液中毒的症状。那么，有没有办法帮助血液中的有毒物质排出呢？

于是，胶体的知识又派上用场。利用特定的仪器，可以将人体内的血液导出，让血液通过体外仪器的特殊半透膜，从而使血液中的有毒物质从特殊半透膜中排出，从而达到血液净化的目的，这就是现在较为先进的血液透析法。

4.墨水混用，堵塞钢笔

钢笔是我们常用的一种写字工具，提到钢笔，自然要提到墨水了。当我们打开每一瓶墨水的外包装时，会看到这样的提示语：“不要与其他品牌的墨水混合使用；第一次使用此墨水请用50℃～60℃热水将笔洗净，并将笔内清水甩干再灌注墨水即可。”为什么不能直接用钢笔去汲取另一瓶墨水呢？

其实，墨水的使用也可以利用胶体的知识解释。墨水其实就是有色物质的溶液，而有色物质的粒子大小在1～100纳米之间，所以，墨水就是一种胶体。然而不同胶体的粒子带电情况不同，不同胶体相遇时，胶体就可能会发生相互凝聚的作用。因而两种不同的墨水混用，就会出现墨水凝聚，从而导致堵塞钢笔。

5.豆腐的制作形成

豆腐是我们日常生活中再熟悉不过的菜。它的制备过程是：首先将豆类利用石磨或者机械将其磨成浆；再将磨好的浆加热至沸腾，并加入苦卤（主要成分为二氯化镁），直到出现大量的絮状沉淀；最后用白布等将絮状沉淀裹好，再挤压出其中的水分即成豆腐。其过程中，为什么往豆浆中加入苦卤就会出现沉淀呢？

原来，将豆类磨成浆时，豆类中的蛋白质即形成溶液，而蛋白质的粒子大小在1～100纳米之间，因此，豆浆也是一种胶体。往胶体中加入氯化镁等电解质，从而中和胶体粒子所带电荷，让胶体的粒子相互聚集从而形成沉淀。豆类中的蛋白质相互聚集而长大形成沉淀，豆腐便形成。

此外，地理上讲的在河流与大海的交接处往往形成平原，这也可以利用胶体的知识解释，河流中含有大量的泥沙，而泥沙的粒子通常带有负电荷，当河水流入大海时，海水中的大量氯化钠使泥沙粒子聚沉，从而在入海口出形成平原。

参考文献：

[1]人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学化学第三册（必修加选

修）［M］.重庆：人民教育出版社，2007：18-20.

第5篇：胶体化学在生活中的应用范文

关键词：生物酶；过硫酸铵；羟丙基；瓜胶压裂液；破胶

中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0026-02

1 压裂液技术综述

采用压裂技术是提高低渗油气井产量的关键技术，因此，压裂水平的高低与油田开发的效率、质量和效益息息相关。当前，我国的大部分油田都是通过将植物胶作为稠化剂来实现开采的，由于应用的是水基压裂液体系，这就会引发一定程度的聚合物伤害，所以还需要应用破胶剂来对聚合物进行破解。如果不能有效实现对聚合物的破解就会大大减小油气井的产量。

另外，对于那些低渗油气井，往往由于埋藏深度较小而决定了其周围温度相对较低，再加上油层的物理性能十分低，这就更加需要应用压裂技术来实现油气的有效开采。压裂液破胶性能的高低直接关系着油气井的增产、对底层的损害大小等。本文通过对生物酶破胶性能与过硫酸铵破胶性能进行对比研究，希望能够寻找到一个成本更低、效益更高、对底层伤害更小的开采手段，进一步促进我国油气开采水平的提高。

2 过硫酸铵与生物酶破胶技术原理及特点

2.1 生物酶的破胶原理及特点

压裂液中所应用到的生物酶我们称之为半乳甘露聚糖，这种生物酶中含有具备水解酶性质的β-1，4-糖苷键以及α-1，6-糖苷键，这些糖苷键能够起到催化β-1，4-糖苷键以及α-1，6-糖苷键断裂的作用，而瓜胶正是由β-1，4-糖苷键以及α-1，6-糖苷键链接成的，因此能够对其起到良好的催化作用，使其分解成为无法还原的单糖或者二糖。有效提高了瓜胶的降解程度，使其能够最大限度地从地层内排出。

另外，虽然该生物酶参与了化学反应，但是其自身的结构却在反应前后维持不变，这大大提高了生物酶催化瓜胶降解的速率。通常情况下，该生物酶在pH值介于6～10之间，在20℃～100℃之间存在活性，在40℃～70℃之间具有良好的活性。

2.2 过硫酸铵的破胶原理及特点

过硫酸铵实现破胶作用的原理：通过分解得到的带有硫酸根的自由基与瓜胶中的缩醛键发生化学反应来实现破胶，由于该化学反应为链式，所以同样可以达到良好的破胶速率。另外，过硫酸铵相对生物酶而言更容易获得，所以其应用十分普遍，成本也比较低。其不足之处在于，过硫酸铵对温度条件的要求比较高，当温度低于52℃时，往往需要借助一些激活剂才能发挥破胶的性能，并且往往速率较慢，效果也不理想，这时候会出现较大程度的植物胶残留。而当温度相对较高的时候，虽然能够达到很高的破胶速率，但是破胶速率却无法得到有效控制，另外能够持续反应的时间也十分短暂。

通过以上分析可以看出过硫酸铵是借助氧化反应来发挥破胶作用的，对于温度条件的要求比较严苛，难以实现持续破胶并且存在大量的残留。而生物酶是通过催化降解来发挥破胶功能的，生物酶的活性较强，几乎不会受到温度的影响，反应速率较快，对瓜胶的降解也比较彻底，可以达到理想的破胶效果。

3 过硫酸铵、生物酶同油层水的配伍性研究

3.1 生物酶同油层水配伍的特点

压裂液配制中应用到的半乳甘露聚糖酶，是一种易溶并且具备较高的润湿效果的生物酶，能够理想地均匀溶解于基液之中，因此能够对瓜胶实现均匀而彻底的降解。并且这种生物酶在pH值介于6～10之间时具备较好的活性，压裂液中的钙离子、镁离子、钠离子以及氯离子、碘等的存在依然不会使酶的活性消失，所以依然可以进行有效的降解。

3.2 过硫酸铵同油层水配伍的特点

在对压裂液进行配制的过程中，对于过硫酸铵投入量的控制难度较大。因为投入量过少会大大降低瓜胶分解的程度，使压裂液中存在大量的残留，进而会使支撑剂的导流受到干扰，油层的物理性能被严重破坏，而过硫酸铵投入量较大，就会直接增加溶液中的过硫酸根含量，油层水进行压裂后会含有大量的钙离子、镁离子，它们与过硫酸根结合会形成难溶于水的硫酸钙、硫酸镁等沉淀，可能会导致油层的孔隙拥堵，严重破坏油层的物理性能。因此，这也成为采用过硫酸铵进行压裂液的配制难题。

3.3 生物酶与压裂液配伍的特点

具体实验数据如表1所示。

通过表1数据可以看出，杀菌剂会对半乳甘露聚糖酶的破胶产生一定的抑制干扰，但一段时间后会达到有效破胶，稳定剂、助排剂等都能够实现同半乳甘露聚糖酶的良好配伍，帮助破胶的高效、顺利进行。

4 生物酶与过硫酸铵在破胶性方面的对比

将生物酶与过硫酸铵分别加入到等量的破胶剂两个小时后可以看出，二者均发挥了破胶性能，其中，生物酶的破胶体系粘度为4.51MPa・s，而过硫酸铵则为12.03MPa・s。具体的破胶性能对比数据如表2和表3所示。

表3 二者的残液含量对比

名称 不存在破胶剂 过硫酸铵 生物酶

残液含量（mg/L） 235 187 76

破胶结束后，通过对不存在破胶剂、添加了过硫酸铵破胶剂、添加了生物酶破胶剂的溶液进行离心称量可以看出，利用生物酶破胶更为彻底和迅速，尤其是在实验进行到60min时，生物酶的破胶程度显著高于过硫酸铵的破胶程度，通过残液含量数据可以看出，生物酶几乎降解了全部的瓜胶，而过硫酸铵虽然起到了一定的破胶作用，但是效果不甚理想。

5 结语

总而言之，采用生物酶进行破胶更为彻底、速率更快、残渣更少，而添加过硫酸铵达到的破胶效果介于不添加破胶剂和添加了生物酶破胶剂之间，但是通过具体的数值可以看出生物酶的破胶效果远远优于过硫酸铵。另外，还可以得出结论：采用生物酶进行破胶更能起到保护地层的结构，因此非常适用于低渗油气开采情况，值得推广和应用。

参考文献

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[3]梁利，刘萍，等.煤层气储层改造中生物酶破胶技术的

第6篇：胶体化学在生活中的应用范文

关键词：性能；钢渣矿渣；胶凝材料；碱激发；水化产物

中图分类号：TQ172.78 文献标识码：A

Abstract：The effect of retarders， the dosage of steel slag on the properties of alkaliactivated steel slagslag based cementitious materials and the hydration characteristics of complex binding material were studied by the determination of strength and hydration heat evolution as well as type of hydration products and micromorphology of hardened paste. The results show that the properties of the setting time and the strength of binding material， with a composition of steel slag of 40%， blast furnace slag of 60 %， alkali activator of 6% and retarder K of 1%， can match the standard of grade 42.5R ordinary Portland cement. The hydration heat release characteristics of alkaliactivated steel slagslag based cementitious materials are similar to alkaliactivated slag cement， and the accumulative heat is limited. Steel slag and slag have a positive interaction， and the combination is beneficial to the development of the hydration process of the system.

Key words：properties； steel slagslag； cementitious materials； alkali activated； hydration products

钢渣是炼钢时所产生的废渣，其产量约占粗钢产量的12%～15%.近年来，随着钢铁工业的发展，钢渣产量迅猛增长，2012年我国钢渣产量约为1亿t，但综合利用率只有10%左右[1]，且多为低附加值的应用，如填埋、作路基等，大量钢渣被闲置堆积起来，对环境造成影响.

我国排放的钢渣大多为转炉钢渣，其化学和矿物组成都与水泥熟料相近，含有较多的C2S（硅酸二钙）和C3S（硅酸三钙）.但钢渣的形成温度（1 650 ℃）较高，且多为自然冷却，常温活性很低，因此，被称为“过烧的水泥熟料”，具有潜在的胶凝活性[2].目前，多采用物理激发，化学激发等方法来激发钢渣活性，但是钢渣的化学成分波动较大，水化活性低，还可能产生安定性不良等问题[3-4]，这些都限制了钢渣的实际应用.

研究发现钢渣与矿渣组合后，用水玻璃做激发剂能得到性能较好的胶凝材料[5].本文通过对碱激发钢渣矿渣胶凝材料（以下简称钢渣矿渣胶凝材料）强度的测试、反应过程水化热的测定、反应产物的XRD和SEM分析，研究了钢渣矿渣胶凝材料的凝结硬化性能及其水化反应的机理.探讨了钢渣作为胶凝材料使用的可行性和应用前景.

1原材料及实验方法

1.1原材料及配合比

实验用钢渣为莱芜钢厂的转炉钢渣，勃氏法测定比表面积476 m2/kg.矿渣为重庆钢铁厂的水淬高炉矿渣，勃氏法测定比表面积517 m2/kg.钢渣与矿渣的化学成份见表1.激发剂为重庆井口化工厂生产的水玻璃，模数为2.64，用NaOH调整模数至1.3.

1.2实验方法

胶凝材料的凝结时间测定参照GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》从中水泥凝结时间测定方法，将水胶比固定为0.4.胶砂强度测试参照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，水化热测定参照GB/T 12959-2008《水泥水化热测定方法》.

微观测试采用净浆试件，水胶比为0.4，标准养护至龄期后采用无水乙醇终止水化，并于60 ℃烘干.RigakuD/max1200 X射线衍射仪（Cu靶）分析胶凝材料水化产物的矿物组成，TESCAN VEGA Ⅲ 扫描电子显微镜高真空条件下观察胶凝材料水化产物的表观形貌.

2结果及分析

2.1缓凝剂对胶凝材料凝结时间及强度的影响

钢渣矿渣胶凝材料组成中钢渣和矿渣的质量分数分别为40%和60%.不同缓凝剂对胶凝材料凝结时间及强度的影响见表3和图2.

由表3可以看出，不掺缓凝剂的S0组凝结过快，因此，必须掺加缓凝剂调整凝结时间.5种缓凝剂中K和N的缓凝效果较好.当K掺量为1%或N掺量为4%时，胶凝材料的凝结时间能够满足通用水泥初凝时间不早于45 min的要求.

由图2可以看出，3种缓凝剂的掺量较低时，其对胶凝材料的抗压强度的影响不大，随着缓凝剂掺量的增大，胶凝材料的28 d抗压强度均呈现不同程度的下降，说明缓凝剂对胶凝材料的28 d抗压强度有一定的负面影响.掺K缓凝剂的A2组28 d抗压强度达到S0组的94.3%，掺N缓凝剂的B3组28 d抗压强度达到S0组的86.9%.综合考虑凝结时间和强度，1%K缓凝剂的缓凝效果最优.以下研究均采用1%的K做缓凝剂.

K缓凝剂具有良好的缓凝效果是由于其所含的阳离子能够与水玻璃发生反应，迅速形成一种在碱性环境中相对稳定的水化产物膜，该膜能包覆在矿渣颗粒表面，从而削弱碱组分中OH-对矿渣强烈的结构解体作用[7]，也能包覆在钢渣颗粒表面，减少钢渣中Ca2+的溶出.随着水化反应的进行，水化产物包覆膜逐渐被破坏，钢渣和矿渣的水化反应得以继续进行.

2.2钢渣掺量对胶凝材料强度的影响

随着钢渣掺量的增加，胶砂抗压强度和抗折强度有不同程度的降低.根据相关文献，钢渣的水化反应与矿渣的水化反应能够相互促进[5].由图3（a）可以看出，当钢渣掺量低于30%时，抗压强度下降较为缓慢，这是由于随着钢渣的增多，其不断增强的水化作用在一定程度上补偿了因矿渣减少对抗压强度的负面影响.当钢渣掺量增加到40%时，这种补偿作用达到最大，各龄期抗压强度下降更为缓慢.当钢渣掺量超过40%时，除3 d强度之外，各龄期抗压强度均大幅下降.这是由于钢渣掺量较大时，其水化释放的大量Ca2+难以被相对较少的矿渣吸收，矿渣和钢渣的进一步水化均受到抑制，体系中胶凝性水化产物的生成量减少，硬化浆体的孔隙率增高，导致其强度降低较多.由图3（b）可看出，随着钢渣掺量的增加，抗折强度逐渐降低的趋势与抗压强度大致相同.

掺40%钢渣的胶凝材料的3 d，28 d抗压强度分别为25 MPa，51.4 MPa；3 d，28 d抗折强度分别为4.03 MPa，8.32 MPa，均能达到42.5R普通硅酸盐水泥的强度技术指标.在以后的研究中均采用钢渣和矿渣的质量分数分别为40%和60%.

2.3钢渣矿渣胶凝材料的水化放热特性

分别对4组胶凝材料的水化热进行测定，测定结果如图4所示.图中NS表示激发剂掺量.

由图4可以看出，对照组普通硅酸盐水泥的水化放热曲线W4以下面积要明显大于曲线W1，W2和W3，其放热量为237.48 J/g，所以碱矿渣胶凝材料和钢渣矿渣胶凝材料的放热量要低于普通硅酸盐水泥.表明碱矿渣胶凝材料和钢渣矿渣胶凝材料具有水化放热量低的优点.对W1和W3两种胶凝材料单位质量的放热量进行测定，发现水化反应120 h后，在钢渣掺量达到40%的情况下，W1的放热量为127.08 J/g仅略低于W3的144.99 J/g，表

明钢渣发生了水化反应，对放热有贡献.两者的放热历程基本相同，均在水化初期出现第一个放热峰，10 h左右出现放热低谷，在20 h左右出现第二个放热峰.这可能是因为早期形成的各种水化产物包裹在未反应的矿渣和钢渣颗粒表面，随着水化反应的进行包裹层变厚，延缓了碱组分与钢渣和矿渣的反应，在图4中表现为放热速率降低[8].随着反应的持续进行，膜的渗透压力变大，水化产物膜逐渐被破坏，钢渣和矿渣的反应速率增大，出现水化放热峰.由图4还可以看出，W2放热峰要比W1后移，且峰值稍低，说明缓凝剂起到了延迟水化进程的作用.

2.4碱激发纯钢渣的水化产物分析

为进一步研究钢渣的水化过程，首先对碱激发纯钢渣的水化产物进行了微观分析.图5为碱激发钢渣水化3 d，28 d时水化产物的XRD图谱.图6为碱激发钢渣水化3 d，28 d时水化产物的SEM照片.由图5可以看出3 d时，钢渣已经发生水化反应，生成了CSH，CSAH和托勃莫来石等水化产物.由图6（a）可以看出，3 d时，钢渣水化生成了少量六方板状的Ca（OH）2晶体，但在相应的XRD图中Ca（OH）2的衍射峰强度很低，没有标出，表明钢渣水化初期释放了Ca2+，但释放量较少.

由图5中28 d的XRD曲线还可以看出，钢渣水化产物中CSH凝胶的衍射峰增多，有强度很高的Ca（OH）2衍射峰，还有CaAl12O19等复杂的水化产物，表明钢渣的水化在持续进行.对应图6（b）可看到，钢渣水化28 d后，生成了大量片状的Ca（OH）2晶体和絮凝状的CSH凝胶.钢渣28d的水化产物XRD图中仍有C2S和C3S衍射峰的存在，这表明碱激发纯钢渣不能完全激发其活性，需要考虑与其他材料组合.

2.5碱激发钢渣矿渣胶凝材料的水化产物分析

图7为碱激发钢渣矿渣胶凝材料水化3 d，28 d时水化产物的XRD图谱.图8为碱激发钢渣矿渣胶凝材料水化3 d，28 d时水化产物的SEM照片.由图7可以看出，钢渣矿渣胶凝材料水化3 d后，生成了CSH凝胶和CSAH（铝硅酸钙）等水化产物，但钢渣水化不完全，仍然有较多的C2S、C3S存在.由图8（a）可以看出，胶凝材料水化产生了大量的絮凝状CSH凝胶，结构较为松散.钢渣发生了水化反应，但水化进程较慢，部分钢渣颗粒外层生成了少量的水化产物附着在颗粒表面（如8（a）点h），这与XRD的分析结果相吻合.由图7还能看出，28 d水化产物的XRD图中新出现了沸石类矿物，且C3S的衍射峰消失，这表明随着时间的延长，胶凝材料的水化产物增多，钢渣的主要活性成分逐渐发生水化反应，活性矿物减少.由图8（b）可以看出，28 d时絮凝状物质消失，形成一个非常密实的板状结构.

图7和图8中均未发现有Ca（OH）2晶体存在，这可能是因为钢渣水化产生的Ca（OH）2提供了Ca2+和OH-.OH-能够提高液相的碱度，加速了矿渣结构的解体.矿渣中钙的含量较低，解体后的矿渣吸收了钢渣水化产生的Ca2+，生成了大量的水化产物.矿渣吸收了溶液中的Ca2+后，使得Ca2+的浓度降低，这又促进了钢渣的进一步水化反应[5]，因此可以认为碱激发钢渣和矿渣对水化反应起到了较好的相互促进的作用，有利于胶凝体系水化进程的发展.

3结论

1）在6%水玻璃激发下，当钢渣掺量为40%、矿渣掺量为60%时，以1%K做缓凝剂，钢渣矿渣胶凝材料28 d抗压强度达到51.4 MPa，其凝结时间和力学性能可以满足42.5R普通硅酸盐水泥的技术指标.

2）碱钢渣矿渣胶凝材料的水化放热特性与碱矿渣胶凝材料类似，放热量远小于普通硅酸盐水泥，加缓凝剂能够有效延迟放热峰并减小放热量.

3）碱激发纯钢渣不能完全激发钢渣活性，钢渣水化后生成了大量片状的Ca（OH）2晶体和絮凝状的CSH凝胶，钢渣矿渣胶凝材料的水化产物中未发现有Ca（OH）2存在.钢渣与矿渣组合有利于胶凝体系水化进程的发展，两者具有相互促进的作用.

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第7篇：胶体化学在生活中的应用范文

作者简介：黄娟（1981-），女，湖南益阳人，武汉科技大学中南分校生命科学学院教师。

（武汉科技大学中南分校 生命科学院，湖北 武汉 430223）

摘要：果胶酶作为植物病原真菌的重要致病因素之一，近年来研究进展较为迅速。本文阐述了果胶酶的分类、结构、功能、表达、以及基因调控，同时对果胶酶在植物病程中的作用也进行了介绍。

关键词：果胶酶；表达；基因调控

中图分类号：Q55 文献标识码：A

自1966年Bateman和Millar研究了果胶酶在植物细胞壁降解中的作用[3，4]，迄今对果胶酶在各方面的研究进展十分迅速[4]。许多学者利用层析，电泳，放射免疫化学等现代科技手段对果胶酶的生物化学进行了广泛的研究，明确了一些病原菌果胶酶的氨基酸组成，分子量，同工酶数量及酶动力学[1，2，3，5]，在遗传学方面，某些果胶酶的编码基因已得到克隆，通过质粒建立了相应的克隆基因库，研究了某些果胶酶编码基因的同源性[4]。在植物病理学方面，为了探索果胶酶在植物病程中的作用，从生理及超微结构上研究了罹病组织内果胶酶的活性；许多学者探讨了在寄主和寄生物自然变异条件下罹病组织内病菌致病性和果胶酶活性之间的相互关系，利用果胶酶进行了病害症状复制，并对果胶酶缺陷型突变株致病性表现型进行了系统的观察、分析，初步证实了高度纯化的果胶酶可以浸解植物细胞壁，病原菌果胶酶的产生及调控与植物发病并非是简单的相互关系。

一、果胶酶的分类及酶的动力学研究

（一）果胶酶的种类

根据酶所催化的反应类型，果胶酶分为水解酶和转消裂解酶两大类。果胶水解酶类已知有6种，如内聚半乳糖醛酸酶（endo-PG），果胶甲酯酶（PME或PE）；转消裂解酶类已知有4种，如内果胶甲基转消酶（endoPMTE）或果胶裂解酶（PNL）、内聚半乳糖醛酸转消酶（endoPGTE）或果胶酸裂解酶（PL）。果胶酶一般都有两种形式endo-和exo-，endo-的形式比exo-的形式更有效，因为endo-形式的酶可以以随机方式作用于底物的a-1，4糖苷键的任何部位，生成各种寡聚体的混合物，而exo-形式的酶仅作用于非还原性末端糖苷键，生成定量的二聚体，所以在罹病植物中endo-形式的果胶酶多于exo-形式。

1.多聚半乳糖醛酸酶（PG）

曲霉菌PG最初（1990）从商品的黑曲霉（A.niger）果胶酶分离到5种endoPG 1种exoPG。主要的endoPG为endoPGⅠ和endoPGⅡ，分子量分别为55kDa和38kDa，两者的等电点、比活、对寡聚底物的作用方式及氨基酸组成全然不同。另外3种endoPG即endoPGⅢA，endoPGⅢB和endoPGⅢC的生理活性与endoPGⅠ极相似。其后从黑曲霉基因组文库分离出几个基因，编码的endoPGE分子量35.6kDa，pI=3.6，最适pH=3.8。endoPGE与endoPGC的AA序列同源性最高，有77.6%相同，与endoPGⅠ和endoPGⅡ的同源性较差，分别为57.6%和54.3%相同[6]。米曲霉（A.oryzae）有2种PG，分子量分别为41kDa和39kDa，最适pH为5.0，最适温度分别为45℃和55℃[7]。黄曲霉（A.flavus）两个PG基因即pecA和pecB，前体蛋白预期分子量分别为37.6kDa和38kDa[8]。其它曲霉菌，如 A.ustus的endoPG分子量为36kDa，pI=8.3。A.parasiticus的endoPG基因pecA用黑曲霉pgaⅡ做探针分离到，与其它真菌的PG基因极相似。A.tubigensis的endoPG基因pgaⅡ与 A.niger的pgaⅡ基因的核苷酸序列有83%相同，前体蛋白AA序列94%相同。

灰霉菌（Botrytiscinerea）PG最初从在苹果果胶上培养的灰霉菌分离得到5种PG同工酶（Ⅰ―Ⅴ），4个酸性，1个碱性，pI分别为9.3、4.9、4.6、3.7、2.7，其中以PGⅢ比活最高，PGⅠ为内切酶，另4种为外切酶。后来从灰霉菌引起的苹果腐败组织中分离到1种exoPG，表观分子量为45kDa，pI=4.6，与此菌在液培时产生的同工酶的pI、最适pH和作用方式相似。另用A.niger的pgaⅡ基因做探针从灰霉菌分离到6个endoPG的编码基因，这6个基因编码的endoPG前体的氨基酸序列有34―73%相同，可分到3个单源（monophyletic）组中[9]。

镰孢菌（Fusariumspp.）的PG番茄尖镰孢（Fusariumoxysporumf.sp.lycopersici）一种主要胞外endoPG前体蛋白分子量41.1kDa，成熟蛋白推算分子量为35.5kDa，pI=6.2，与F.moniliforme的PG，C.carbonum的PGN1，A.niger的PG，A.oryzae的PG，和S.sclerotiorum的PG1分别有82.9%、29%、27.6%、14.2%和26.9%同源性[10]。

番茄根腐尖镰孢（F.oxysporumf.sp.radicis.lyc-opersici）在降解果胶时先产生endoPG，以后以exoPG为主。exoPG与其它真菌的endoPG相似程度高[11]。串珠镰孢（F.moniliforme）也有一种endoPG。

其它真菌的PG菜豆炭疽病菌（Clletotrichumlindermuthianum）已有2个endoPG基因被克隆，其中pg1编码主要的endoPG，这个基因在病菌腐生时和在侵染植物时都表达。在菜豆坏死组织中检测到，与细胞壁大量降解有关，RT-PCR表明在侵染的死体营养阶段开始时pg1表达。pg2与pg1AA序列有61%相同，与其它真菌的endoPG有37%-59%相同[12]。

核盘菌（Sclerotinia sclertiorum）的endoPG有多种等电点不同的同工酶，其中pg1是一种中性蛋白，endoPG2和endoPG3的等电点分别为4.8和4.9，分子量相似，氨基酸组成上仅在天冬氨酸，天冬酰胺组成上不同，与PG1氨基酸序列分别有90%和89%相同。用PG3制备的抗体与PG2有交互反应，但不与黑曲霉PG反应。endoPG由多基因家族编码，7个基因构成这个家族的2个亚家族。比较这个基因家族的3个成员的编码区的核苷酸序列，发现差异很小[13]。北方核盘菌（S.borealis）有1种特殊的喜冷endoPG，分子量为40kDa，等电点为7.5，最适pH为4.5，适温为40―50℃，在5℃仍有30%的活性，60℃时活性弱[14]。

玉米圆斑病菌（Coboluscarbonum）的1个endoPG基因pgn1和1个exoPG基因pgx1已分离到，pgx1产物PGX1前体推算分子量为48kDa，与A.tubingensis的exoPG有61%氨基酸相同。Pgx1突变菌系在果胶上生长慢，对玉米仍致病，pgn1/pgx1双突变菌系尽管PG活性只及野生型1%，但仍对玉米致病[15]。青霉菌P.oxalicum有2种PG，PGⅠ不太稳定，为外切酶，PGⅡ为内切酶，活性强，4小时内可浸解和杀死木薯组织，在病程中似起主要作用。P.janthnillum和P.griseoroseum各有1种PG[16]。啤酒酵母（Scchato mycescerevisiae）CECT1389菌系一种endoPG表观分子量39kDa，最适pH为5.5，最适温度为45℃。啤酒酵母PG与其它真菌的PG有54%同源。与植物和细菌的PG只有24%同源。每个单倍体只有1个单基因拷贝[17]。

脉孢菌（Neurosporacrassa）的endoPG洗脱成单一活性峰，提纯的PG为单体糖蛋白（38%CH2O），表观分子量36.6～37.0kDa，最适pH6.0，最适温度45℃[18]。栗疫菌（Cryphonectri aparasitica）的成熟蛋白ENPG-1推定分子量为34.5kDa，pI=7.2，与玉米圆斑病菌的endoPG有66%相同[19]。榆枯萎病菌（Ophiostromanovoulmi）也有一种PG。

2.果胶裂解酶（PL）

果胶裂解酶（PL）主要是曲霉菌和镰孢菌产生PL，此外还有P.oxalicum和啤酒酵母和灰霉菌。从黑曲霉已克隆到6个PL编码基因，即pelA、pelB、pelC、pelD、pelE和pelF，其中pelA和pelD分别编码商品果胶酶Ultram的两种主要PL即PLⅠ和PLⅡ。从茄镰孢豌豆专化型（F.solanif.sp.pisi）分离到4个endoPL基因，即pelA、pelB、pelC、pelD[20]。pelA编码的endoPLA前体蛋白29kDa，成熟蛋白26kDa，pI=8.3，最适pH=9.4。pelB编码的PLB分子量为25.6kDa，最适pH值10.0。与PLA的AA序列有65%相同，PLA和PLB与其它果胶酶无明显的同源性。PecC编码的PLC分子量23.3kDa，与PLA有血清关系，AA序列与有51%相同，最适pH9.5，活温55℃。pelD编码的PLD分子量24.5kDa，成熟蛋白分子量22.7kDa，AA序列与PLA、PLB、PLC分别有49%、44%、65%相同。

番茄尖镰孢编码PL1的基因与茄镰孢豌豆专化型（F.solanif.sp.pisi）的pelA、pelB、pelC、pelD基因分别有89%、67%、55%和56%同[21]。

3.果胶酯酶（PE）

黑曲霉、啤酒酵母和玉米圆斑病菌等菌具有PE，PE去酯化是随机的。

（二）果胶酶动力学的研究

酶动力学的研究目前集中于endoPG，PME（PE）及其同工酶方面，不同种病菌分离自同一种果胶酶在分子量，最适pH值，pI，氨基酸组成，Km等方面均有所差异，即使从同一种病菌分离的同一种果胶酶，也因实验条件的不同而不完全一致。一般而言，除PME外，其它果胶水解酶的最适pH值均在4.0―5.0之间，pI偏低，在6.0―8.0之间，而转消裂解酶最适pH值在9.0―9.5之间，pI在8.0―9.0之间，并且容易被二价阳离子激活[5，22]。果胶酶的最适pH值比较稳定，这是分离提纯两大类果胶酶的依据之一。一般果胶酶的最适温度均在40―53℃。细菌果胶酶复合体中，PL有各种同工酶，pI分别为碱性，酸性，中性[23]；真菌果胶酶复合体中，水解酶有同工酶，如从Botrytis cinerea等真菌分离到的endoPGI，Ⅱ[5、22]。PLb和PLc，PEI和PEⅡ和酶学特性相似，可能是由重复基因编码所致。Botrytiscinerea的PG和PE符合米氏方程，谷氨酸为PG的竞争性抑制因子。Km和Vmax受盐浓度影响。

二、真菌果胶酶的结构与功能

真菌果胶酶基因的开放读码框（ORF）绝大多数被内含子分隔。内含子最多的达7个，两种已克隆的PE基因都有6个内含子。

果胶酶的前体蛋白N信号肽一般为16～27AA，个别如曲霉菌的PGC有一个较长的N信号肽（40AA），有的PL无N信号肽。

许多果胶酶都有糖基化位点，如串珠镰孢endoPG前体有4个糖基化位点。关于酶的活性中心，对24种曲霉PG的分析表明，一个外露的Tyr残基在pH9.3～9.5时离子化，可能与催化有关，内藏的Tyr残基与催化关系密切，在pH10.5时离子化[24]。串珠镰孢endoPG的His234对酶活性和浸解活性起关键作用，与结合PG1P无关，当His234Lys时无酶活，Ser237和Ser240Gly时，酶活性分别降低48%和6%。

三、表达与调控

如前所述，多种真菌的果胶酶已在酵母菌中正确表达。如茄镰孢豌豆专化型pelB、pelC、和pelD的cDNA转入一种毕氏酵母（Pichiapastoris）可表达。果胶酶一般受果胶、植物维管组织、低浓度的（0.1%）D半乳糖醛酸、半乳糖诱导，受葡萄糖、较高浓度（1%）的半乳糖醛酸、抗体、某些抗菌素（如阿莫西林）、植物的PG抑制蛋白（PGIP）抑制。Ca2+抑制一些PG，而一些PL的活性需Ca2+参与个别果胶酶基因组成型表达。

四、真菌果胶分解酶的加工和输出

真菌果胶酶一般有糖基化位点，功能酶以糖蛋白形式存在。如玉米圆斑病菌pgx1N端有12AA的糖基化位点，糖蛋白分子量60kDa，去糖基后表观分子量45kDa[15]。核盘菌在多聚半乳糖醛酸的培养基上培养的早期分泌的2种endoPG都是糖蛋白。番茄根腐尖镰孢exoPG的糖基化程度高，糖蛋白形式存在时分子量为66kDa，去糖后50kDa[11]。不过以黑曲霉的endoPC糖基化程度最高。

果胶酶一般输出到胞外，如啤酒酵母的endoPG。

五、果胶酶在植物病程中的作用

果胶酶在植物中的作用是复杂的，它虽然可以由许多微生物产生。然而，一些微生物即使能在离体条件下产生，但在自然条件下的植物体内却不一定产生。因此能产生果胶酶的微生物不一定就是病原物。要确定在自然生态条件下果胶酶的作用，必须了解果胶酶产生系统内的选择压力，而实现这一目标的重要手段就是在其它的寄主和环境下，探索产生果胶酶的突变株的各种表现型。

在有些病害中，果胶酶的活性与致病性呈正相关，但也有不少事实证明果胶酶的活性与致病性无关，所以有人提出果胶酶可能是在病程中，病害复合体的诸因素之一，也就是说病菌的致病性可能还有其它必要的基因控制，也有人认为果胶代谢在植物病程中不是必须的，果胶酶的诱导产生只是对植物内部效应因子的反应。总之，对于果胶代谢在植物病程中的作用有待进一步探索。有些病菌（尤其是真菌）尽管在不同的植物细胞壁上生长速度不同，但这种生长速度的差异与果胶酶的产生或寄主一寄生物相互亲合性无关。因而每种病菌与寄主的关系不能简单化和通用化。

六、结 语

真菌果胶酶的多样性使我们在利用果胶酶时有了更大的选择余地。对于一些产果胶酶也产致癌毒素如黄曲霉素的真菌，可将其果胶酶基因转入不产毒素的真菌如酵母菌和米曲霉中。为得到单一的果胶酶，可将其基因克隆到不产果胶酶的相近真菌中。用强启动子如TEF1α启动子取代果胶酶基因原有的启动子或在果胶酶的发酵生产中加入果胶酶诱导物可用以提高产量，而在果实贮藏期间可用果胶酶抑制物处理或转PGIP基因入植物可防软化。富含果胶的物质如苹果渣既是果胶酶诱导物和底物，也是果胶酶的良好载体。北方核盘菌喜冷endoPG的发现为果胶物质的低温降解提供了可能。在许多重要植物病害中，果胶酶是重要的致病因素之一。真菌果胶酶的进一步研究将有助于更合理地利用果胶酶。

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第8篇：胶体化学在生活中的应用范文

1．琼胶降解菌的筛选

1．1样品采集琼胶降解菌在自然界中分布广泛，除了海洋环境以外，土壤、河底沉积物［5］以及河水等环境中均可筛选得到琼胶降解菌。因此，结合校园环境特点和就近原则，可选择采集校园内或周边环境中的土壤、湖底/河底沉积物以及河水和湖水等样品用作琼胶降解菌的筛选。临近海洋的校园，也可选择采集海洋中的海藻、海水和海底沉积物等样品。可采样样品的多样性使得可以实行分组采样，不同组采集不同的样品。采样前向学生强调对采样相关容器和工具的灭菌处理，以确保菌株来源的准确性。

1．2菌株筛选琼胶降解菌的培养基会随着样品不同而不同。对于陆地环境样品，一般采用普通营养肉汤培养基或者LB培养基，对于海洋环境样品，一般采用2216E培养基。这一点内容向学生灌输了菌株筛选应根据样品而选择相应的培养基的思想。一般采取稀释平板涂布法进行琼胶降解菌的菌株筛选，因此需要采用相应的琼胶固体培养基，这里的琼胶不仅是因为用于制作固体培养基，同时也成为琼胶降解菌的底物。琼胶降解菌因可以产生琼胶酶去降解琼胶，会在琼胶固体培养基上菌落周围形成透明降解圈，降解圈大小代表着降解琼胶的能力，肉眼可见，容易观察，如果往琼胶培养基中倾倒卢戈氏碘液，透明降解圈会更加明显易见。容易观察的琼胶降解圈因此非常适合于实验教学。

1．3菌株的纯化挑选产生透明琼胶圈的菌落进行纯化，加强学生在固体平板划线分离纯化菌株的技能训练，作出较美观的划线。

2．琼胶降解菌的鉴定

2．1菌株形态和细菌染色首先观察菌落形态和颜色，再用光学显微镜观察菌体形态，最后进行革兰氏染色试验，加强学生的显微观察技能的训练。

2．2生理生化鉴定选取常见的生理生化指标进行初步的鉴定，比如氧化酶、过氧化氢酶、糖类分解试验、溶血性检查、凝固酶试验和抗生素抗性。条件允许情况下，可让学生使用药敏试验的自动鉴定系统。

2．3分子生物学鉴定总DNA提取:让学生尝试两种总DNA提取方法，一种是传统的有机溶剂DNA提取法，一种是DNA提取试剂盒法。让学生了解DNA提取试剂盒法的原理，比较两种提取方法的优缺点。用琼脂糖凝胶电泳检测提取的DNA的质量。16SrRNA基因的PCR扩增:虽然实验使用的16SrRNA基因的引物是直接购买回来的通用引物(27F和1492R)，但仍然有必要向学生讲解引物设计的原理和16SrRNA基因通用引物的设计根据。这部分内容使学生掌握PCR扩增技术、PCR产物的检测分析以及回收纯化技术。PCR产物测序及分析:将扩增得到的PCR产物与T载体连接，转化大肠杆菌，最终进行DNA测序。将测得的16SrRNA基因序列提交EzTaxon数据库与现有细菌的标准菌株的相关序列进行比对，或者在Genbank数据库进行比对。根据比对结果以及菌株形态和生理生化鉴定结果确定菌株的分类归属。如果所获得基因序列与数据库序列存在差异，即可让学生将所测基因序列提交至Genbank，将会大大提高学生的学习兴趣。

3．菌株的产酶检测

第9篇：胶体化学在生活中的应用范文

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关键词：丁达尔效应；家庭实验；气溶胶；液溶胶；固溶胶

文章编号：1005?6629（2014）4?0043?02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

丁达尔效应常用于快速鉴别溶液和胶体分散系。在苏教版高中《化学1》教材中，胶体的丁达尔实验又是高中生接触到的第一个高中阶段的教材探究实验。根据分散剂状态不同，胶体一般可细分为气溶胶、液溶胶和固溶胶，而教材设置的实验方案只涉及液溶胶，实际教学时师生常会有意犹未尽之感。为弥补缺憾，我们积极倡导学生进行家庭实验并交流各自成果，不但丰富了学生课余化学生活，在多年教学探索与实践积累中也收集并创新了很多相关的学生家庭实验素材。现选取其中几组操作简捷、现象明显并富有创意的方案与大家探讨。

1 气溶胶的丁达尔实验

方案1 水雾-空气胶体

将一无色透明的矿泉水瓶截去瓶底、取下瓶盖。打开装满开水的保温瓶的瓶塞，将处理好的矿泉水瓶竖直放置罩住保温瓶口，使挥发出来的水蒸气充满矿泉水瓶。由于以水分子团簇（H2O）n形式存在的水蒸气粒径较大，当用激光笔在一侧平射时，从垂直照射方向观察即可见瓶内有一束红色光柱（见图1）。

方案2 蚊烟-空气胶体

先预处理好无色透明的矿泉水瓶（方法同方案1）。点燃一圈蚊香（也可用其他熏香代替），将矿泉水瓶竖直罩在上方，使生成的蚊烟进入瓶内。然后用激光笔在一侧平射，从垂直激光照射方向观察能看到一束清晰的红色光柱（见图2）。一般有烟蚊香燃烧所产生的烟气气溶胶粒子的粒径都比较小，粒径集中分布在小粒径的纳米区间段[1]。

2 液溶胶的丁达尔实验

方案3 水果汁-水胶体

将新鲜水果（如西瓜、橙子等）榨汁，用纱布滤去未打碎的大颗粒固体后备用（也可直接购买商店在售的水果饮品，如统一鲜橙多、美汁源果汁饮料、营养快线等）。取洁净的、无色透明玻璃杯，加入约100mL自来水，用激光笔照射杯中水，从与光线垂直的方向观察，没有明显现象。向玻璃杯中逐滴加入约1～2mL水果汁，并充分搅拌，再用激光笔照射烧杯中的混合物，在与照射垂直的方向进行观察，混合物中有一条光亮的“通路”，即丁达尔效应，实验现象很明显。

此外，我们也可以用牛奶、豆浆、肥皂水、洗洁精、洗衣粉水等也能替代水果汁进行实验，但需注意的是，因试剂种类与浓度的差异，要达到预期效果，在用量上会略有不同。

方案4 食盐-酒精胶体

用洁净的、无色玻璃杯取100mL饱和食盐水（也可用纯碱、小苏打等生活中常见盐的饱和溶液），用激光笔从一侧照射，在照射方向垂直的角度观察并没有明显现象，然后向饱和食盐水中缓慢、逐滴滴加医用酒精或高度白酒（42°以上），充分搅拌并用激光笔照射。随着乙醇的滴入，在与激光垂直的方向观察时，混合物中的“光路”也会从无到有并逐渐变得清晰、明亮。这是由于氯化钠在酒精中的溶解度较水中小得多，在滴加白酒过程中饱和食盐水中形成大量细小的食盐胶粒。需要注意的是，酒精加入量要把握好，加入量过多会产生白色的氯化钠沉淀！

3 固溶胶的丁达尔实验

方案5 葡萄糖固溶胶

取一不锈钢小奶锅，加入100g葡萄糖固体小颗粒，在煤气灶上小火缓缓加热并用筷子充分搅拌，使之慢慢熔化形成无色液体。继续加热至奶锅中液体呈现棕黄色（颜色不可太深，也不宜太浅）后停止加热，然后将该液体倒满10 mL无色透明的玻璃小酒盅，静置让其自然冷却。固化后即得晶莹透亮的棕红色葡萄糖固溶胶。用激光笔照射，在与光束垂直的方向上即可观察到明亮光柱。

由于葡萄糖熔点较低（其中葡萄糖一水合物为83℃，无水葡萄糖晶体为146℃[2]），加热时在较低温度即会熔化，持续加热时部分还会分解成一定量、一定大小的碳胶粒分散于液体中，冷却凝固后即为固溶胶。

方案6 蔗糖固溶胶

因蔗糖的熔点相对较高（约185℃），若仍按葡萄糖固溶胶的制法直接加热固体蔗糖，极易因温度过高而分解过快，致使蔗糖大量炭化而得不到棕黄色透亮的固溶胶。联想到日常餐饮烹饪中的拔丝操作，我们采用水煮糖的做法并获得成功。

将锅洗净，然后小火加热，至锅大约六到七成热时加入约100g白糖（或冰糖），不停翻炒到糖变成棕黄色时再加入约80mL水溶解。继续小火加热，一直炒到糖和水溶合成粘稠状时停止。将制得的混合液倒满10mL无色透明的玻璃小酒盅，自然冷却至室温，凝固后即得棕红色的晶莹透亮的蔗糖固溶胶（含部分蔗糖炭化生成的碳胶粒）。若用激光笔照射时，从照射垂直方向上观察可看到一根清晰、明亮的光柱。

参考文献：