自組裝BLMs及其在生物傳感器領域應用的研究.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惰性的材料，已經越來越引起生物和化學研究工作者的重視。利用磷脂分子特有的分子結構，即有一個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使下，自組裝成脂雙層膜層結構。本文就是以這種自組裝生物膜為研究對象，通過對其結構性能的分析，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論如下： (1)利用三電極電化學分析儀研究膜層的電化學特性：用

2、循環(huán)伏安法對膜層進行連續(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高的，同時自組裝生物膜還表現(xiàn)出平板電容器的電化學特征。分析認為：如果電子交換速率足夠快，那么控制整個反應的限速環(huán)節(jié)就是擴散速度。大部分單層、雙層和多層(包括s-BLMs)系統(tǒng)看來是屬于這樣的一類，即其中電子轉移受動力學限制，這意味著氧化還原物往電極(BLMs)表面的擴散速度不是限速環(huán)節(jié)。特別的，如果這種系統(tǒng)被認為能夠進行電子過程(一般地說是電導，包括離子)，

3、可以用傳統(tǒng)的電化學方程來描述其反應過程。 通過電化學方程的分析，得出系統(tǒng)的電流—電壓是指數(shù)關系的結論。從實驗得到的數(shù)據(jù)看，是支持該結論的。因為這兩種途徑都可以預示電流—電壓的曲線呈指數(shù)關系，所以選擇一種合適的機制來評價實驗結果是必要的。過電位值越大，其機制越可能是隧道效應。大多數(shù)高度完整、無缺陷的未修飾單層、雙層和多層膜系統(tǒng)都歸于隧道效應這種電子轉移機制。 (2)利用橢偏光學成像系統(tǒng)研究自組裝生物膜的結構特點：橢偏光學成

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

5、化發(fā)生。整個過程是在大約20分鐘之內發(fā)生的。 得到的膜層結構上是非均勻的，尤其是其邊緣存在明顯的分子堆積現(xiàn)象，分析認為：雙分子層結構一旦在一個很小的區(qū)域出現(xiàn)，就要產生一系列的連鎖反應，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向活動能力，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動雖然使膜層結構不均勻，但是卻降低了整個系統(tǒng)的熵，使膜層更加穩(wěn)定。

6、 為了驗證膜層是穩(wěn)定的，將多個膜層同時構建在同一個樣品上，膜層間距很小，彼此邊緣分子存在著吸附相互作用。結果顯示膜層穩(wěn)定存在，并沒有發(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一步應用奠定了基礎。 (3)構建基于自組裝生物膜層的細胞力學傳感器裝置模型。 細胞在外界條件變化時，膜層上會發(fā)生相應的反應。細胞的生理反應往往是群體反應的結果，因此把細胞整體作為一個研究對象是必要的，同時可以獲得更加清晰的反應信號