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生物膜在生命过程中起着十分重要的作用,它与众多的生命现象密切相关。但是,由于生物膜的组成、结构、功能的复杂性,在原位进行现场的观测和研究十分困难,因此,生物膜的模拟及其应用对于了解生物膜的特性显得非常重要。本论文在自制的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)分析仪基础上,搭建SPR-电化学联用系统,进行了固体支撑双层膜的制备及其应用的研究,具体开展了以下工作:
1、固体支撑双层膜的制备研究通过脂质体吸附法,制备了两种无溶剂、稳定的固体支撑双层膜,并利用SPR-电化学联用技术,分别对磷脂分子在亲水性表面和疏水性表面铺展形成磷脂膜进行了表征。结果发现:磷脂分子在亲水性表面组装所引起的共振波长移动基本是疏水性表面的两倍,这是与磷脂分子在两种表面铺展形成的磷脂膜层数相关;磷脂分子在疏水性表面铺展成膜之后,使电容电流值明显降低,表明磷脂层对离子的渗透起了阻碍作用,而在亲水性表面铺展成膜之后未见电容电流值变化,这可能是因为在亲水性表面铺展成的磷脂膜存在较多针孔缺陷所致。固体支撑双层膜的制备,为有关生物膜的研究提供了基础和前提。
2、表面活性剂和有机小分子对固体支撑双层膜的影响在第一部分研究工作的基础上,利用SPR和交流阻抗技术,研究了表面活性剂和有机小分子对固体支撑双层膜的影响。结果表明:有机小分子只有在高浓度才引起磷脂膜的破坏;而表面活性剂在很低浓度就破坏了磷脂膜的完整性,使磷脂层存在着孔洞缺陷。这是由于它们破坏磷脂膜的机理不一样:高浓度乙醇或二甲亚砜的水溶液增大了磷脂在溶液中的溶解度,使磷脂分子从固体表面解吸:而表面活性剂是插入到磷脂膜中,与磷脂分子形成胶束,从固体表面解吸进入溶液中。同时还比较了Au/烷基硫醇/磷脂膜和Au/羟基硫醇/磷脂膜抗化学破坏的能力,发现它们有细微的差别,主要是由于支撑磷脂膜的基底不同所引起的。研究化学物质对磷脂膜的影响,不仅对基于模拟膜传感器的构建具有指导作用,对环境科学和生物毒理学的研究也有重要意义。
3、制菌霉素与固体支撑双层膜相互作用的研究利用SPR来研究药物与模拟生物膜的相互作用,不仅可以对其机理进行验证,还可以快速、简单、准确地进行药物筛选和鉴定,具有许多常规技术难以比拟的优越性。关于多烯类抗生素的作用机理一直处于争论之中:固醇是否对多烯类抗生素与生物膜的相互作用起决定性意义。针对这一问题,利用SPR和交流阻抗技术,研究了制菌霉素与两种固体支撑双层膜的相互作用。结果证实:当制菌霉素在溶液中以单体的形式存在时,不能与纯磷脂膜相互作用;当制菌霉素在溶液中以聚集体的形式存在时,能与纯磷脂膜相互作用,形成离子通道。由此可知:制菌霉素在溶液中的状态,对其与纯磷脂膜相互作用非常重要。