磷脂跨膜交换机制的研究

膜间磷脂交换是一项重要的生理活动, 其对药物运输及膜功能研究有重要意义. 本文用石英晶体微天平及耗散系数测试仪研究囊泡与囊泡、囊泡与支撑膜间磷脂交换行为, 荧光光谱仪用来测量膜表面电性与膜组分对磷脂交换的影响. 实验结果表明: 磷脂跨膜交换速率与交换时间成反比, 膜表面异电性磷脂的增加会加速膜内相互作用和磷脂跨膜交换速率, 以及改变膜表面组分会对囊泡与支撑膜间的磷脂交换产生影响. 本文研究有助于加深理解磷脂跨膜交换机制, 并对药学研究提供参考.     

磷脂在膜结构间的交换:温度和离子强度的影响

磷脂跨膜交换对生物膜功能与药学研究有重要意义.石英电子微天平及耗散系数测量仪被用于研究囊泡与支撑膜间磷脂的交换行为.研究表明:首先,在磷脂跨膜输运过程中,热力学环境和离子强度对支撑膜表面吸附囊泡的形变程度影响较小,囊泡与支撑膜的总接触面积直接取决于囊泡的吸附数量;其次,交换过程中膜结构间最大总接触面积随着温度的升高和离子强度的降低而增大,温度和离子引起的囊泡吸附速率和跨膜交换速率的变化在其中发挥着关键调节作用.本研究有助于加深对磷脂在生理条件下跨膜输运过程的理解,并为基于脂质体的药物载运体系研究提供参考.     

蜂毒肽与多组分生物膜作用：电性与相态的影响

蜂毒肽非特异性地靶向杀伤细菌具有重要的生物医学应用前景. 利用荧光光谱与荧光显微考察了蜂毒肽与单组分、多组分磷脂膜的作用机制. 发现对于不同电性与相态的磷脂膜, 肽-膜作用呈现为稳定桶板型孔、非稳U型孔及变薄裂解等多种机制, 具有显著不同的内含物泄露效率. 多组分磷脂囊泡的泄露实验表明, 泄露由肽亲和性较强的磷脂组分决定. 相较于凝胶相磷脂, 蜂毒肽与液相磷脂的亲和性强, 凝胶-液相混合囊泡与纯液相磷脂囊泡的泄露性质相近; 相较于双电性磷脂, 蜂毒肽与负电性磷脂的亲和性强, 双电-负电混合囊泡与纯负电磷脂囊泡的泄露性质相近. 研究深化了多肽与多组分生物膜作用机制的理解.     

蜂毒肽浓度和磷脂组分对巨囊泡泄露的影响

蜂毒肽作为一种广谱抗菌肽已经得到广泛认知,用蜂毒肽构建载药体系攻击癌细胞研究正在兴起.基于仿生物膜模型探索其破坏机理,可以避免潜在活性细胞过程的影响.在此,我们选用细胞尺寸的单层巨囊泡膜模型,可在光学显微镜下直接观察和操作,获得仿正常细胞膜和仿癌细胞膜在不同蜂毒肽浓度刺激下的响应.研究得出,低浓度蜂毒肽诱导囊泡泄露实验表明中性磷脂囊泡以孔模式为主泄露,负电性磷脂囊泡以爆裂模式为主泄露;高浓度蜂毒肽诱导囊泡泄露实验表明负电性磷脂相较于中性磷脂可延迟蜂毒肽作用效果;蜂毒肽色氨酸残基荧光光谱表明囊泡膜表面蜂毒肽吸附量以及泄露模式依赖于磷脂组分.此外,推断了蜂毒肽对不同组分磷脂膜的破坏作用模型.研究为蜂毒肽在肿瘤细胞的作用机制及其衍生物的优化设计提供参考.     

蜂毒肽浓度和磷脂组分对巨囊泡泄露的影响

蜂毒肽作为一种广谱抗菌肽已经得到广泛认知,用蜂毒肽构建载药体系攻击癌细胞研究正在兴起.基于仿生物膜模型探索其破坏机理,可以避免潜在活性细胞过程的影响.在此,我们选用细胞尺寸的单层巨囊泡膜模型,可在光学显微镜下直接观察和操作,获得仿正常细胞膜和仿癌细胞膜在不同蜂毒肽浓度刺激下的响应.研究得出,低浓度蜂毒肽诱导囊泡泄露实验表明中性磷脂囊泡以孔模式为主泄露,负电性磷脂囊泡以爆裂模式为主泄露;高浓度蜂毒肽诱导囊泡泄露实验表明负电性磷脂相较于中性磷脂可延迟蜂毒肽作用效果;蜂毒肽色氨酸残基荧光光谱表明囊泡膜表面蜂毒肽吸附量以及泄露模式依赖于磷脂组分.此外,推断了蜂毒肽对不同组分磷脂膜的破坏作用模型.研究为蜂毒肽在肿瘤细胞的作用机制及其衍生物的优化设计提供参考.     

多聚赖氨酸诱导的负电性磷脂巨囊泡形变

利用荧光显微技术表征了多聚赖氨酸诱导的负电性磷脂巨囊泡的动力学响应行为.研究发现,多聚赖氨酸可吸附至二油酰磷脂酰胆碱和二油酰磷脂酸混合磷脂巨囊泡的表面,诱导其发生粘连、出"绳"及破裂现象.分析认为,在低盐环境中,膜形变由多聚赖氨酸吸附于二油酰磷脂酸富集区引起的膜两叶应力不对称,以及静电相互作用等因素产生.研究结果对基于聚合物-巨囊泡体系的药物输运控释、细胞形变、微控反应和基因治疗等方面的研究提供有价值的支持.     

磷脂囊泡在胺端基和羧端基修饰金表面的沉积

磷脂囊泡与阴, 阳离子性表面作用的深入理解对磷脂的生物纳米科技应用具有重要意义. 通过石英电子微天平及耗散系数测量仪, 研究了不同离子性磷脂囊泡在胺端基和羧端基修饰Au衬底的沉积行为. 实验观察到四条囊泡沉积路径: (ⅰ)吸附至临界值后破裂成膜; (ⅱ)吸附即破裂成膜; (ⅲ)吸附不破裂; (ⅳ)不吸附. 沉积路径由囊泡与衬底的双电层相互作用决定, 离子可发挥调节作用.     

磷脂囊泡在胺端基和羧端基修饰金表面的沉积

磷脂囊泡与阴,阳离子性表面作用的深入理解对磷脂的生物纳米科技应用具有重要意义.通过石英电子微天平及耗散系数测量仪,研究了不同离子性磷脂囊泡在胺端基和羧端基修饰Au衬底的沉积行为.实验观察到四条囊泡沉积路径:(ⅰ)吸附至临界值后破裂成膜;(ⅱ)吸附即破裂成膜;(ⅲ)吸附不破裂;(ⅳ)不吸附.沉积路径由囊泡与衬底的双电层相互作用决定,离子可发挥调节作用.     

多组分磷脂巨囊泡的相结构和胆固醇对微畴成长的影响

巨囊泡作为细胞的简化模型,其相分离与出芽动力学规律已引起许多领域科学家的关注.本实验采用DPPC/DOPC/Chol的三组分形成的巨囊泡作为模型,借助荧光显微镜观察该三组分体系侧向分离的相结构图,并对微畴的成长过程作了系统的观察研究和理论分析.实验发现:从高温的均相区域淬灭到低温的分相区域,膜表面发生侧向分离形成微畴.体系内胆固醇的掺入量的多少会影响磷脂膜的相结构和膜内微畴的成长,固定DOPC/DPPC为1:1的前提下,微畴尺寸随着胆固醇掺入量的增加而变大.     

跨膜浓度梯度对渗透压囊泡循环活性的调控

本文通过分析囊泡在膨胀状态与孔隙状态的动力学行为,揭示调控膨胀拉伸能与孔隙势能的内在物理参量.建立递推微分方程的分析模型,该模型提供了膨胀-破裂循环特征量膨胀系数在各个循环中初始跨膜浓度梯度依赖性的定量信息.研究得出,通过增加初始跨膜浓度梯度,可加快膨胀系数增长速率(循环数为1时,初始跨膜浓度梯度增加3倍,膨胀系数增长速率增加2.65倍);随着循环数的增多,膨胀系数的增长由线性转变为非线性.此外,初始跨膜浓度梯度与循环次数密切相关,我们的模型计算预测增加初始跨膜浓度梯度可实现循环次数的增多.研究结果为靶组织以可编程方式释放活性生物治疗剂的发展提供了具有实际意义的理论依据.     

多组分磷脂巨囊泡的相结构和胆固醇对微畴成长的影响

摘要：巨囊泡作为细胞的简化模型,其分相与出芽机理及动力学规律已引起许多领域科学家的关注。在富含胆固醇的典型生物膜体系如二棕榈酰磷脂酰胆碱DPPC(2-dihexadecanoyl-rac-glycero-3phosphocholine)/二油酰磷脂酰胆碱DOPC(dioleoyl-phosphatidylcholine)/胆固醇(Chol)的三组分形成的巨囊泡作为模型,从高温退火至低温会发生相分离,形成微畴。实验中借助荧光显微镜观察生物膜体系侧向分离的相结构图。实验发现,体系各组分的不同会影响磷脂膜的相结构和膜内微畴的成长,固定 DOPC/DPPC为1:1的前提下,微畴尺寸随着胆固醇参入量的增加而变大。最后运用理论进一步分析了微畴的成长机理。     

二维情况下两组分带电囊泡形变耦合相分离的理论模拟研究

结合离散空间变分方法和耗散动力学研究了二维两组分带电囊泡的形变耦合相分离,系统地考察了囊泡带电量组分含量、带电组分的电荷密度、两组分间的相容性和温度等因素对形变耦合相分离动力学的影响.模拟结果表明电荷引入可增加不同组分间的表观相溶性.当温度较高时,静电相互作用可直接抑制囊泡相分离,避免了同种组分的团聚;当温度较低时,静电相互作用则可明显增加分相相区数目,使其呈微观相分离,从而避免了同种组分大范围的团聚.     

表面活性剂单体引起的细胞膜失稳

表面活性剂常用于细胞裂解、脂质体外排与膜组分搜集等.但在临界成胶束浓度以下,它如何以单体状态与生物膜作用的机制与调控仍存在很多疑问.本文研究了表面活性剂带电性对膜失稳的影响.石英电子微天平检测发现非离子型Triton X-100产生了最显著的磷脂膜结构三维再组装.荧光显微观测表明膜表面生成了非稳的出芽微泡,在机械扰动下可发生解离.该表面活性剂溶液环境中的体外细胞也出现了活力丧失.但是,离子型CTAB与SDS却无法触发相似的膜失稳与细胞失活效应.分析认为,由于不存在后两者体系中的单体间静电排斥, Triton X-100更易高效地插入生物膜,从而诱导膜结构再组装.研究深化了表面活性剂与生物膜作用机制的理解,对表面活性剂在生物医药、膜组分萃取等领域的深化应用提供了指导与帮助.     

组分混合磷脂球胶束化动力学

两亲性磷脂分子能够形成各种不同形态的胶束,其结构形成不仅依赖于磷脂分子结构和组成,还依赖于两亲性分子的自组装路径. 本工作采用粗粒化分子动力学方法模拟研究了二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)与十六烷基磷酸胆碱(HPC)混合磷脂球胶束化行为. 通过调节DPPC/HPC的组分比例和磷脂球尺寸,观察到多种不同胶束结构形成,例如：球形和非球形(扁平或长椭球)囊泡、盘形胶束、单环或双环胶束和蠕虫状胶束. 研究发现,由于原位胶束化作用,采用磷脂球作为初始态有利于形成囊泡和环形拓扑结构胶束. 模拟结果表明,结合初始态结构设定同时调节磷脂分子组成是一种有效调控磷脂胶束结构的方法.     

磷脂微滴囊泡化的介观模拟

发展了一种非显示溶剂的粗粒化三粒子磷脂模型,该模型明确反映磷脂分子的双尾结构．模型分别采用变形的MIE作用势和Harmonic作用势描述分子间非成键和分子内成键相互作用,粗粒化力场参数通过拟合DPPC双分子层的结构和力学性质获得．该粗粒化模型成功重现了磷脂分子从随机初始态到双分子层和从盘状结构到囊泡的形成过程．应用该模型系统研究了球形和柱形磷脂微滴囊泡化的过程,结果表明此模型能有效地模拟介观尺度下复杂磷脂囊泡的形成及演化．     

重力对金纳米颗粒在生物膜表面吸附影响的荧光研究

纳米颗粒在生物膜表面的吸附行为是纳米生物技术领域的重要问题. 采用正、倒置实验, 通过荧光显微镜定量研究了重力对金纳米颗粒在支撑磷脂膜表面吸附的影响. 研究发现, 颗粒尺寸决定其在顶或底层支撑膜表面吸附的差异性. 吸附量的差异与颗粒的沉淀速率和扩散速率之比的对数呈线性关系. 粒径小于14 nm时, 不考虑重力在吸附时的影响; 粒径大于176 nm时, 重力在吸附中占主导地位. 为药物载体研究和理解颗粒－生物膜相互作用提供参考.     

重力对金纳米颗粒在生物膜表面吸附影响的荧光研究

纳米颗粒在生物膜表面的吸附行为是纳米生物技术领域的重要问题.采用正、倒置实验,通过荧光显微镜定量研究了重力对金纳米颗粒在支撑磷脂膜表面吸附的影响.研究发现,颗粒尺寸决定其在顶或底层支撑膜表面吸附的差异性.吸附量的差异与颗粒的沉淀速率和扩散速率之比的对数呈线性关系.粒径小于14 nm时,不考虑重力在吸附时的影响;粒径大于176 nm时,重力在吸附中占主导地位.为药物载体研究和理解颗粒-生物膜相互作用提供参考.     

多层膜结构载磁微泡声散射特性

搭载有磁性纳米颗粒的包膜微泡,作为一种新型试剂在多模造影、溶栓治疗及靶向药物输运等多领域得以应用及研究.常通过原位测量技术进行微泡研究,而散射解析模型是声反演技术的基础.由空气内核、均匀悬浮磁纳米颗粒的磁流体层及磷脂外层组成多膜层结构载磁微泡,考虑磁流体密度变化及磷脂层黏弹性,通过简正级数法求解多层结构微泡各区域的散射声场.将载磁微泡散射模型与其他气泡进行对比,并数值分析载磁微泡共振散射特性,包括初始半径、磁纳米颗粒体积分数、磁流体层厚度及磷脂层特性参数等对微泡散射影响.结果表明:当膜层中磁纳米颗粒的体积分数α不超过0.1时,颗粒对微泡共振散射的影响具有两面性,既可增强也可减弱散射,主要取决于微泡半径;存在一个临界微泡半径值,微泡半径超过此临界则颗粒将增强微泡散射,反之减弱;微泡半径一定, α不超过0.1时, α取值越高微泡散射越强;膜层材料的拉梅常数和厚度越小的同尺度微泡散射更强.该研究对载磁微泡结构优化设计、原位监测及诊疗应用有理论意义.     

SERS光谱表征类生物膜

跨膜蛋白与配体间的相互作用研究对于探索细胞内信号转导的分子机制具有重要意义。拉曼光谱能够提供精细的蛋白质和脂类的结构信息,贵金属表面增强拉曼散射(SERS)基底上组装磷脂构建类生物膜可为表征脂类和跨膜蛋白的结构提供便利。研究制备了金纳米粒子-类生物膜结构,并获得了磷脂的SERS光谱,为研究跨膜蛋白-配体间相互作用提供了界面支持。     

电制备巨囊泡的方法和机理探索

利用倒置显微镜研究电制备巨囊泡,并分析其形成和成长的动力学机理.由于磷脂头部的电特性,电场对水化的磷脂双层的静电力促使磷脂膜内双层之间分离.在动力学的作用下,双层两叶的不对称受力引发其弯曲、出芽、膨胀、封闭以及相互融合.结果表明,电场参数、干磷脂膜的均匀性、缓冲液以及温度等因素影响巨囊泡的粒径、形状和稳定性.