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动态分子间相互作用控制天然有机物与蛋白质混合物在二氧化钛纳米颗粒上的吸附

DOI：10.1021/acs.est.8b04014 期刊：Environmental Science & Technology 出版年份：2018 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 工程化纳米颗粒（NPs）在环境体系中会获得大分子涂层，从而改变其后续相互作用。天然水和废水中固有的基质复杂性极大增加了预测冠层形成的难度。本研究通过探究二氧化钛（TiO2）NPs在天然有机质（NOM）与蛋白质（牛血清白蛋白BSA）混合物中的冠层形成过程，深入解析混合组分相互作用对吸附行为的影响。在不同NP暴露条件和时间尺度下观察到本质迥异的冠层结构：当NOM与蛋白质共存时，冠层组成由动力学控制，各组分虽初始共吸附但最终仅形成单分子层；相反，当NPs依次暴露于纯NOM和纯蛋白质溶液时，则会产生广泛的多层吸附。尺寸排阻色谱（SEC）和原位衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）分析表明，NOM与BSA在溶液及NP表面形成的分子间复合物是调控这些独特吸附行为的关键机制。本研究表明，要准确预测复杂环境介质中NPs的冠层形成，必须同时考虑动态分子间相互作用与NP表面的历史状态。
作者： Sheyda Shakiba，Alireza Hakimian，Luis R. Barco，Stacey M. Louie
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了从机理上理解控制天然有机物（NOM）与牛血清白蛋白（BSA）混合物在二氧化钛（TiO2）纳米颗粒上吸附的基本过程，通过研究溶液与表面相互作用以及这些相互作用的动力学和历史过程。

研究成果

研究表明，动态分子间相互作用以及纳米颗粒接触大分子的历史过程对决定冠层形成至关重要。天然有机质与牛血清白蛋白在溶液中的复合会显著影响吸附行为，导致混合物暴露与顺序暴露条件下形成不同的冠层结构。

研究不足

该研究使用了高吸附质和纳米颗粒浓度，可能无法反映典型环境条件。钙离子（Ca2+）的存在可能增强吸附作用，从而影响不含Ca2+介质中的实验结果。该研究仅关注单一溶液化学条件，限制了结果的普适性。

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