磷脂小球在自组装过程中的形态演化

摘要

两亲性分子以其特有的自组装特性及丰富的自组装形态,被广泛应用于药物传输、生物反应器、材料制备等领域,并在光学、电学及电磁学方面有潜在应用价值。在生物体系中,膜蛋白和活性物质分子的功能实现都与膜的组成和结构密切相关。目前,对于多组分的磷脂双分子层膜的研究成为生物物理计算机模拟的热点。本文以磷脂小球为初始态,研究不同比例下,具有不同疏水链结构的两种磷脂分子在水中自组装行为,及对单组份磷脂小球在水中自组装形成的两种囊泡形态的进行讨论。
　　 采用粗粒化分子动力学方法,选取具有一条疏水链的DPC分子和具有两条疏水链的DPPC分子为研究对象,模拟不同比例的两组份磷脂分子小球在水中的自组装过程。随着DPC分子的比例的增大(从10％到90％),依次形成四种平衡形态,即囊泡结构、层状结构、多孔笼型结构和“8字形”双孔结构。通过动力学演化过程、RDF及能量分析,解释了各种形态形成的原因。在自组装初期,体系平衡的主要驱动力为边界能的最小化和弹性能二者之间的竞争。当体系能量趋于稳定后,两组分在不同形态中的分布成为最终结构形成的主要原因。从模拟的结果还可以得到,在DPPC分子中加入少量的DPC分子,自组装过程更容易形成囊泡结构,通过加入适量的DPC时,可以一定程度控制囊泡的形态。因此,采用特殊的初始结构,调控两组分磷脂分子间的比例,可以获得新型胶束形态。
　　 采用同样的研究方法,我们发现由850个DPPC分子组成的磷脂小球在水中自组装形成两种形态,一种为球型囊泡,一种为扁平囊泡。模拟实验结合理论模型的推导表明,若给予足够长的模拟时间,扁平囊泡最终会变成球型囊泡。两种囊泡形态的研究在药物输送载体中具有潜在的应用价值。