高分子纳米聚集体的形成和解离以及脂质分子衬底支持膜的自组装行为

摘要

自然界有非常多的超分子体系及自组装体系，“自组装纳米材料”如蛋白质的折叠和聚集，核酸的配对，生物膜的形成等，已成为国际科技发展的前沿领域，自组装聚集体以丰富多彩的形式和特殊的性质得到了人们的广泛关注。 本文在自组装层面上对于高分子稀溶液中的纳米自组装聚集体的形成和解离以及由脂质分子自组装成的超分子体系两个典型的聚集行为进行探讨研究。主要内容和结果如下： 本论文的第一部分主要介绍高分子聚丙烯酸钠盐PANa(polyacrylate sodium)稀溶液的自组装行为。在研究PANa稀溶液自组装行为时，采用了动态光散射测试、透射电子显微镜镜、核磁共振氢谱、红外光谱以及稳态荧光光谱的方法对所形成的纳米自组装聚集体进行系统分析。结果表明1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide methiodide(ETC)和聚丙烯酸钠盐(PANa)在水溶液中通过络合作用驱动发生自组装，形成聚集体。ETC分子结构中一端含有一个N=C=N功能团，而另一端存在铵盐结构。ETC分子中的N=C=N结构和PANa上的羧酸负离子作用形成活泼的中间体O-酰基异脲使得ETC与PANa分子链连接起来。当部分PANa分子链和ETC分子作用之后，PANa分子就成为两性离子的分子，也就是说，PANa分子上同时带有羧酸负离子和铵正离子。这些PANa分子之间可以互相络合起来，在ETC与PANa摩尔比比较低的情况下形成纳米自组装聚集体。而重要的是O-酰基异脲结构在水介质中容易水解，因此这种纳米自组装聚集体在水环境中会发生自发水解。在这些新形成的纳米自组装聚集体中存在着疏水微区，而这些疏水微区的极性将由荧光探针用荧光光谱的方法测得。随着水解的进行，疏水微区也逐渐消失。 一般来说大分子通过疏水作用，静电作用或者是其他驱动力自组装之后如果要发生团聚或者解离都是在一个很短的时间内。而我们的工作的独特之处在于由于特定的化学反应机理，我们的纳米聚集体的解离是非常缓慢的，在几周内逐渐发生的。这可能在药物的运输和缓释中有很好的应用前景。 第二部分是关于磷脂分子自组装形成的脂质双分子层组成的衬底支持膜。我们的工作关注于二油酰磷脂酰胆碱(1，2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine，DOPC)/鞘磷脂(sphingomyelin，SM)组成的衬底支持膜的相分离行为，以及在相分离基础上内在荧光标记的探针磷脂分子TR-DPPE(一端带有德克萨斯红荧光基团的DPPE磷脂)的分布走向。利用原子力显微镜在Z方向的高度灵敏性，通过DOPC/SM分相之后相区组成分子的的不同高度来分辨不同的相区。同时在研究荧光标记的探针分子TR—DPPE分布时，引入了一种高效的探针分子的抗体，同样是通过原子力显微镜Z方向的高度灵敏性探测由于探针自身引起的高度上的增加，从而识别探针分子在膜内部的位置。研究发现TR—DPPE在相区边界上具有更高的浓度。另外对比DOPC与BSM膜和DOPC/ESM膜在原子力显微镜下相分离的不同情况，发现分子组成成分比较单一的ESM形成的脂筏光滑，高度分布窄，而分子组成分布较广的BSM，除了形成和ESM一样的光滑脂筏，还存在高低不均匀的脂筏，并且这两种脂筏是独立存在的，相互之间并不发生融合。与此同时，我们利用原子力显微镜得到的结果进行分析，研究了探针分子TR-DPPE和抗体两者在界面上的反应动力学，并且进行了拟合。虽然利用原子力显微镜对反应的动力学进行研究的工作并不是很多，但是这个尝试可能在某些时候会有些启发作用。 除此之外，研究了复杂的三组分DOPC/ESM/胆固醇三组分在脂质衬底支持膜的相分离行为，结果表面TR—DPPE探针分子均匀分布在DOPC相内部；还有首次将高分子引入体系中(我们采用的是一端带有一个分子量为2000的PEG的磷脂分子)，研究了高分子在衬底支持膜上的锚定行为，发现这种高分子向脂质膜上的锚定也是发生在相区边界上，并且处于DOPC流动相内部。这些探索工作是对于生物膜的人工重组研究的进一步验证和摸索。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1什么是自组装

1.2自组装体系的本质

1.3自组装体系的多样性

1.4本论文的工作

第二章 自发性分解的水溶PANa/ETC纳米聚集体组装行为研究

2.1前言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章DOPC/SM两组分衬底支持膜的相分离行为研究

3.1脂质聚集态的多样性

3.2双分子层膜的相变

3.3双分子层膜的分相

3.4实验部分

3.5结果与讨论

3.6本章小结

第四章DOPC/ESM衬底支持膜复杂体系的相分离行为研究

4.1 DOPC/ESM/Chol三组分体系在荧光探针TR—DPPE的存在下的相分离行为

4.2 DPPE—PEG(2000)锚定DOPC/ESM两组分体系衬底支持膜

4.3本章小结

参考文献

致谢