ITO玻璃芯片上的巨型脂质体制备方法优化

摘要

脂质体是磷脂分子在水相中自发排列、包裹形成的闭合囊泡结构，其中粒径在1~200μm之间的这类脂质体被称为巨型脂质体。巨型脂质体的应用十分广泛，它体积较大且安全无毒，是一种很好的药物载体。而且，它还可以用作细胞模型和细胞膜模型来研究细胞及细胞膜的相关特性。在巨型脂质体相关研究中，其制备一直都是一个备受关注的课题。但总体而言，目前关于巨型脂质体制备方面的探索仍处于早期阶段，制备效果仍然不够理想。因此，本文将着重对现有的制备方法进行优化，在探究各因素对巨型脂质体形成影响的基础上，提高巨型脂质体的制备效率，以期在较简单的“三明治”结构芯片上就能获得较高的巨型脂质体产率及粒径均一性，同时对在生理条件下制备巨型脂质体进行初步探索。
　　首先在实验室原有芯片上开展了巨型脂质体制备实验研究，根据实验中气泡产生及水流对脂质膜有冲击的情况，重新设计、制作了基于 ITO玻璃的“三明治”结构芯片，在新芯片上的制备实验结果表明，该芯片能够有效避免原有芯片所存在的问题。
　　基于新制作的芯片开展了巨型脂质体电形成实验研究，深入探究了电场参数（场强和频率）对巨型脂质体形成的影响。实验结果表明，电场强度和电场频率是对巨型脂质体的形成有协同起作用。当电场强度过小时，电场频率对巨型脂质体形成的影响不明显；当电场强度过大时，频率对巨型脂质体形成有一定影响，但无论频率如何高场强都会导致巨型脂质体的变形与破碎；当场强合适时，频率对巨型脂质体形成的影响则特别明显。在低于特定频率时，随着频率的增加，巨型脂质体的形成数量会不断增加，粒径不断减小，粒径分布越来越均匀；当达到这一特定频率，巨型脂质体的形成数量达到最大，粒径及粒径分布趋于稳定；此后再继续增加频率，巨型脂质体的形成数量会逐渐减小并趋于稳定，而巨型脂质体的粒径大小及粒径分布变化不大。因此，在该特定频率处，巨型脂质体的制备状况最好，在本文的实验系统中，该频率值为11 kHz。通过对电场作用的理论分析及模型仿真发现，在电形成过程中，电场对脂质膜的作用主要来自直接作用在脂质膜上的介电电泳力和间接作用于膜上的电水动力，而且二者的共同作用在系统的特征频率处达到最大。通过理论计算得到的特征频率值（13.3 kHz）与实验所得到的最佳制备频率（11 kHz）非常接近，这表明是电场作用的最大化可能引起了巨型脂质体制备效果的最优化。所以，对于一个特定的系统，即使是简单的“三明治”结构装置，通过合理地配置电场参数，也可以获得较高的巨型脂质体产率及粒径均一性。在本文中，通过设置电场参数为E=5 V/mm，f=11 kHz，每个腔室中制备得到的巨型脂质体数量可达800多个，而且70％的巨型脂质体都集中在40~60m之间。
　　为了进一步提高巨型脂质体的制备数量，本文开展了基于顶部成膜的巨型脂质体形成方法的相关实验研究。结果表明，顶部成膜确实是一种行之有效的方法，可以改变脂质膜的受力以获得比底部成膜更高的制备效率，每个腔室中的巨型脂质体数量可达1000多个。通过在底部、顶部同时成膜使“三明治”结构芯片的平板电极得到了充分利用，每个腔室中的巨型脂质体数量可高达2000个，这种简单芯片装置表现出其他结构所不具备的独特潜能。
　　本文还通过开展一系列实验，深入探讨了离子浓度对巨型脂质体形成的影响。实验结果及分析表明，离子会降低电场的作用并抑制脂质膜的卷曲和分离，从而抑制巨型脂质体的形成。通过采用顶部成膜和提高实验温度的方法，加大了脂质膜所受的外界作用力并改善了膜本身的特性，成功克服了离子的阻碍作用，在150 mM的高离子浓度下制备出了大量巨型脂质体（每个腔室可达800多个），为制备生理条件下的巨型脂质体奠定了基础。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 脂质体概述

1.2 巨型脂质体及其形成机制概述

1.3 巨型脂质体制备的国内外研究现状

1.4 实验室前期工作

1.5 课题的研究意义、目的和内容

2 巨型脂质体制备实验

2.1 实验方法和思路

2.2 巨型脂质体制备预实验

2.3 巨型脂质体制备芯片设计及制作

2.4 芯片上的巨型脂质体制备实验

3 电场参数对巨型脂质体形成的影响

3.1 探究电场频率对巨型脂质体形成的影响

3.2 电场强度对巨型脂质体形成的影响

3.3 不同场强下，不同频率对巨型脂质体形成的影响

3.4 理论分析

3.5 本章小结

4 顶部成膜相关实验

4.1 顶部成膜法可行性验证

4.2 底部、顶部同时成膜实验

4.3 电形成法制备巨型脂质体实验

4.4 本章小结

5 离子浓度对巨型脂质体形成影响的研究

5.1 温和水合法探究离子浓度的影响

5.2 顶部成膜法探讨离子浓度的影响

5.3 电形成法探讨离子浓度的影响

5.4 不同离子浓度下巨型脂质体形成过程的实时观察

5.5 较高温度下的巨型脂质体制备实验

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文取得的研究成果

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文和专利目录: