自組裝BLMs及其在生物傳感器領(lǐng)域應(yīng)用的研究.pdf

1、自組裝生物膜作為一種具有良好的生物相容性和反應(yīng)惰性的材料，已經(jīng)越來(lái)越引起生物和化學(xué)研究工作者的重視。利用磷脂分子特有的分子結(jié)構(gòu)，即有一個(gè)親水的頭和疏水的尾，人為地創(chuàng)造適宜的條件，大量的磷脂分子就可以在分子間力作用驅(qū)使下，自組裝成脂雙層膜層結(jié)構(gòu)。本文就是以這種自組裝生物膜為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)性能的分析，希望建立起基于這樣的膜層的生物傳感器裝置。本文的主要研究工作和結(jié)論如下： (1)利用三電極電化學(xué)分析儀研究膜層的電化學(xué)特性：用

2、循環(huán)伏安法對(duì)膜層進(jìn)行連續(xù)的掃描，得到該系統(tǒng)的循環(huán)伏安圖。可以看到膜層的電阻是相當(dāng)高的，同時(shí)自組裝生物膜還表現(xiàn)出平板電容器的電化學(xué)特征。分析認(rèn)為：如果電子交換速率足夠快，那么控制整個(gè)反應(yīng)的限速環(huán)節(jié)就是擴(kuò)散速度。大部分單層、雙層和多層(包括s-BLMs)系統(tǒng)看來(lái)是屬于這樣的一類，即其中電子轉(zhuǎn)移受動(dòng)力學(xué)限制，這意味著氧化還原物往電極(BLMs)表面的擴(kuò)散速度不是限速環(huán)節(jié)。特別的，如果這種系統(tǒng)被認(rèn)為能夠進(jìn)行電子過(guò)程(一般地說(shuō)是電導(dǎo)，包括離子)，

3、可以用傳統(tǒng)的電化學(xué)方程來(lái)描述其反應(yīng)過(guò)程。 通過(guò)電化學(xué)方程的分析，得出系統(tǒng)的電流—電壓是指數(shù)關(guān)系的結(jié)論。從實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)看，是支持該結(jié)論的。因?yàn)檫@兩種途徑都可以預(yù)示電流—電壓的曲線呈指數(shù)關(guān)系，所以選擇一種合適的機(jī)制來(lái)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是必要的。過(guò)電位值越大，其機(jī)制越可能是隧道效應(yīng)。大多數(shù)高度完整、無(wú)缺陷的未修飾單層、雙層和多層膜系統(tǒng)都?xì)w于隧道效應(yīng)這種電子轉(zhuǎn)移機(jī)制。 (2)利用橢偏光學(xué)成像系統(tǒng)研究自組裝生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：橢偏光學(xué)成

4、像在膜層的研究中有廣泛的應(yīng)用，由于它的測(cè)量可以精確到幾個(gè)納米的數(shù)量級(jí)上，因此對(duì)于研究自組裝生物膜的膜層結(jié)構(gòu)是非常有幫助的。脂質(zhì)體在親水硅片上自發(fā)的吸附融合進(jìn)而得到平板膜層?？梢钥吹剑谧铋_(kāi)始階段，在硅片表面吸附了大量的脂質(zhì)體，在磷脂分子之間及磷脂分子與表面基團(tuán)之間分子力的相互作用下，隨著時(shí)間的推移，脂質(zhì)體彼此融合后破裂，破裂后的平面膜層隨即吸附到基底表面形成穩(wěn)定的雙層膜結(jié)構(gòu)。待形成后，從厚度信息推知系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡中，膜層不再有明顯的變

5、化發(fā)生。整個(gè)過(guò)程是在大約20分鐘之內(nèi)發(fā)生的。 得到的膜層結(jié)構(gòu)上是非均勻的，尤其是其邊緣存在明顯的分子堆積現(xiàn)象，分析認(rèn)為：雙分子層結(jié)構(gòu)一旦在一個(gè)很小的區(qū)域出現(xiàn)，就要產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)，即將多余的脂分子向周圍擠壓，使得大部分區(qū)域形成雙分子層并趨于穩(wěn)定。由于使用了膽固醇，限制了磷脂分子的側(cè)向活動(dòng)能力，因此在膜層邊緣出現(xiàn)了明顯的由多余脂分子形成的邊界。非常奇妙的是這種運(yùn)動(dòng)雖然使膜層結(jié)構(gòu)不均勻，但是卻降低了整個(gè)系統(tǒng)的熵，使膜層更加穩(wěn)定。

6、 為了驗(yàn)證膜層是穩(wěn)定的，將多個(gè)膜層同時(shí)構(gòu)建在同一個(gè)樣品上，膜層間距很小，彼此邊緣分子存在著吸附相互作用。結(jié)果顯示膜層穩(wěn)定存在，并沒(méi)有發(fā)生融合現(xiàn)象。這就為自組裝生物膜在生物傳感器裝置中的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 (3)構(gòu)建基于自組裝生物膜層的細(xì)胞力學(xué)傳感器裝置模型。 細(xì)胞在外界條件變化時(shí)，膜層上會(huì)發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)。細(xì)胞的生理反應(yīng)往往是群體反應(yīng)的結(jié)果，因此把細(xì)胞整體作為一個(gè)研究對(duì)象是必要的，同時(shí)可以獲得更加清晰的反應(yīng)信號(hào)