1、第四節(jié) BLM、脂質(zhì)體與囊泡,一、人工雙層脂質(zhì)膜 二、脂質(zhì)體與囊泡 三、雙層脂質(zhì)膜與生物膜模擬 主講：阮根蘭,一、人工雙層脂質(zhì)膜 1963年Mueller、田心棣等首次在水相中制備出人工雙分子脂質(zhì)膜（artificial bilayer lipid membrane, BLM）。 1、 BLM的制備 能形成穩(wěn)定雙層脂膜的關(guān)鍵成膜溶液的配方。 成膜物有：合成及天然類脂（如膽固醇、卵磷脂、十二烷酸磷酸酯、單油酸甘油酯等）、表面活性劑、類胡蘿卜素、染料以及多種生物抽提物。 溶劑有：液態(tài)烷烴、氯仿、低碳醇等。 最早應(yīng)用的制備平面BLM的主要裝置如圖6.30所示。,2、 BLM的一些性質(zhì) （1）膜的厚度

2、 應(yīng)用光學(xué)衍射、電學(xué)、電鏡等方法可以測(cè)得。 BLM的厚度理論上應(yīng)是兩個(gè)類脂分子的長(zhǎng)度及液態(tài)碳?xì)浠衔锏膴A心層厚度之和，見(jiàn)書(shū)上表6.4。 膜的顏色與膜的厚度有關(guān)，可以根據(jù)膜的厚度估膜的顏色。 （2） BLM的界面張力 類脂分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩親性，形成BLM時(shí)暴露于水相的是類脂的親水基，而兩層類脂分子的疏水基依靠van der Waals力相對(duì)聚集。因而在水相中，BLM有兩個(gè)相界面（雙界面），這種表面張力可用最大氣泡壓力法測(cè)定（實(shí)驗(yàn)最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力）。 （3）BLM的電性質(zhì) 電性質(zhì)包括導(dǎo)電性、電容、雙電層擊穿電壓和膜電勢(shì)。有意義的是，BLM的電性質(zhì)與生物膜的電性質(zhì)很接近。,（4） BL

3、M的通透性 BLM的通透性是指水、非電解質(zhì)（主要是非極性和小極性有機(jī)分子）和無(wú)機(jī)離子（如Na+ 、K+、Cl-等）通過(guò)膜的能力。 設(shè)BLM膜面積為A（c），膜兩邊濃度梯度為dc/dx，單位時(shí)間透過(guò)量 J（mol/s）=-AD（dc/dx），或 J=-AD（c/x） 物質(zhì)沿x方向透過(guò)膜，D為擴(kuò)散系數(shù)。此式成立條件是濃度梯度均勻，擴(kuò)散沿垂直于膜平面方向，故透過(guò)膜的長(zhǎng)度應(yīng)等于膜厚度tm，故當(dāng)x=tm時(shí)，設(shè)D/tm=P，P稱為通透系數(shù)（滲透系數(shù)），可得 J=-APc 式中負(fù)號(hào)表示是從濃向稀擴(kuò)散（滲透）。離子等帶電荷物質(zhì)易水化，故都難透過(guò)BLM。滲透系數(shù)與滲透物性質(zhì)和BLM成分有關(guān)。,二、脂質(zhì)體與囊泡

4、由天然或人工合成的磷脂所形成的球形或橢球形的、單室或多室的封閉雙層結(jié)構(gòu)稱為脂質(zhì)體。由人工合成的表面活性劑形成的類似結(jié)構(gòu)稱為囊泡。有時(shí)將以上二者統(tǒng)稱為囊泡（或譯泡囊）。見(jiàn)右圖,1、脂質(zhì)體 研究較多的是三種類型的囊泡，見(jiàn)下圖,囊泡是兩親性的表面活性劑在高濃度時(shí)的一種聚集體。形成何種形式的聚集體與表面活性分子的空間排布有關(guān)。當(dāng)兩親分子的疏水部分有大的表面積（如分子中有兩個(gè)碳?xì)滏湥┯H水基又較大時(shí)易形成囊泡和脂質(zhì)體，即兩親分子的臨界堆積參數(shù)P小于1是形成囊泡的幾何條件（參見(jiàn)書(shū)上圖5.10 P164）。 2、 脂質(zhì)體（囊泡）的制備 脂質(zhì)體與囊泡的制備方法有很多，其中有類脂膜或親液泡沫擾動(dòng)法、過(guò)濾擠壓大小分

5、級(jí)法、反相蒸發(fā)法、超聲法、高壓均化器法、注射法等。,3、脂質(zhì)體的性質(zhì) 脂質(zhì)體的性質(zhì)受到脂質(zhì)體（囊泡）組成、溫度等因素的影響。 （1）脂質(zhì)體（囊泡）的穩(wěn)定性 脂質(zhì)體和囊泡的分散相多在膠體大小范圍內(nèi)，均具有一定的相對(duì)穩(wěn)定性。當(dāng)脂質(zhì)體用于包封藥物時(shí)，其穩(wěn)定性受藥物本身性質(zhì)的影響。包封率是表征脂質(zhì)體穩(wěn)定性的重要實(shí)用指標(biāo)，包封率高，其穩(wěn)定性好。脂溶性好的藥物包封率較高。 （2）脂質(zhì)體的相變性質(zhì) 相變是指因溫度、壓力、濃度等條件的改變而引起的相平衡體系狀態(tài)的變化，這種變化反映體系微觀結(jié)構(gòu)的變化。當(dāng)脂質(zhì)體與水相互作用時(shí)，水量不同時(shí)，脂質(zhì)體可有不同的結(jié)構(gòu)組織。 加熱或冷卻單層或多層脂質(zhì)體時(shí)在某一溫度有相的轉(zhuǎn)變

6、。 低于相轉(zhuǎn)變溫度凝膠態(tài)碳?xì)滏湷煞词綐?gòu)象 高于相轉(zhuǎn)變溫度液晶態(tài)碳?xì)滏準(zhǔn)ト词浇Y(jié)構(gòu) 脂質(zhì)體從凝膠態(tài)向液晶態(tài)轉(zhuǎn)變提高了其流動(dòng)性，也使被包容物進(jìn)出脂質(zhì)體的速度增大。這種性質(zhì)對(duì)于生物膜極有意義。,4、脂質(zhì)體、囊泡的一些應(yīng)用 （1）藥物載體 由于脂質(zhì)體既能包容脂溶性藥物又能包容水溶性藥物，且脂質(zhì)體有導(dǎo)向性、選擇性、通透性、緩釋性、降毒性和保護(hù)性等，故脂質(zhì)體是優(yōu)良的定向給藥（也稱靶向給藥）載體。 定向給藥是指藥物能在病變部位濃集，起到最佳療效，并不使藥物對(duì)其他正常組織產(chǎn)生毒副作用。 脂質(zhì)體有獨(dú)特的靶向能力，分為自然靶向、物理靶向和主動(dòng)靶向。,（2）化學(xué)反應(yīng)的微反應(yīng)器 與表面活性劑膠束相同，表面活性劑形成

7、的具有多層或單層結(jié)果的囊泡也可以使某些反應(yīng)物濃集，從而使反應(yīng)加速。囊泡的催化能力比膠束的大。 囊泡催化活性大與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)（Fendler實(shí)驗(yàn)可證明）。,三、雙層脂質(zhì)膜與生物膜模擬 生物膜中含有的脂類主要有磷脂、糖脂和膽固醇。類脂和蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜中的排列分布模型是液態(tài)鑲嵌模型，即脂類構(gòu)成雙分子層，為細(xì)胞膜的基質(zhì)，在膜中脂質(zhì)分子可橫向自由運(yùn)動(dòng)，也可轉(zhuǎn)動(dòng)和鏈節(jié)活動(dòng)。流動(dòng)鑲嵌模型所表示的生物膜如圖6.35所示。,在生物膜中，運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換和信息傳送都是由特殊蛋白質(zhì)完成的。 生物膜是動(dòng)態(tài)的，膜的流動(dòng)性取決于類脂分子脂肪酰鏈的長(zhǎng)度和不飽和度。 1、BLM與生物膜物理性質(zhì)的比較 BLM與生物膜的基礎(chǔ)都是

8、脂質(zhì)雙層膜，它們的物理性質(zhì)十分近似（表6.7）。,2、生物膜模擬 BLM和囊泡均為兩親分子的雙分子層有序結(jié)構(gòu)，特別是BLM與生物膜的基礎(chǔ)脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)基本相同。因而可以設(shè)想在這些雙層結(jié)構(gòu)中嵌入活性物質(zhì)可能使其具有生物膜的某些特性。 現(xiàn)在人工模擬視覺(jué)過(guò)程尚不可能，但從生理和生化研究上已發(fā)現(xiàn)光子能激人的視桿細(xì)胞，而視桿細(xì)胞中的光敏分子是視紫紅質(zhì)，它由視蛋白和11-順視黃醛組成。,視紫紅質(zhì)的曝光使發(fā)色基團(tuán)發(fā)生一系列變化，導(dǎo)致脂質(zhì)膜的超極化，并使視桿細(xì)胞超極化，進(jìn)而傳送至視網(wǎng)膜的其他神經(jīng)元。,從1963年起就有人將視紫紅質(zhì)嵌入BLM以重組人工感受器。田心棣等研究結(jié)果表明， BLM上有ROS的光電壓作用譜與視紫紅質(zhì)的吸收譜相當(dāng)。 在BLM上嵌入從細(xì)胞膜中抽提出的某些有效生物活性物質(zhì)研究相應(yīng)的電學(xué)性質(zhì)、