基于微芯片的均一化巨型脂质体制备条件优化研究

摘要

当干燥的磷脂膜暴露于水相中时，由于磷脂分子具有双亲性，会形成由一层或多层脂双层包裹的球形囊泡，这种囊泡被称为脂质体。其中尺寸大于1 μm的囊泡被称为巨型脂质体。巨型脂质体的膜结构和曲率与真核细胞较为接近，是目前较为理想的一种细胞膜模型。它具有广泛的生物化学应用前景，如可用于定量研究细胞膜上磷脂和蛋白质等组分的作用、研究细胞的变形融合等物理特性，以及用于基因和药物传输等。但目前均一化巨型脂质体的制备仍存在一些问题，如有机相残留或操作复杂等，使得高通量的相关研究应用受限。　　本研究以开发一种简单易行、无有机物残留的均一化巨型脂质体制备方法为主要研究目标，开展了以下研究工作：　　①在 PDMS 阵列式微孔芯片上，探究均一化脂质膜的制备方法。直接滴加脂质溶液至芯片上，由于孔内外的膜脂质存在高度差，可以通过简单地擦去芯片表面的脂质，从而快速形成阵列化脂质膜。系统性地探究了微孔深度和直径以及脂质溶液浓度的影响。发现微孔深度主要决定膜的形态，微孔直径和脂质溶液浓度主要决定囊泡的大小。通过优化参数，制备得到的巨型脂质体粒径标准差小于5μm。　　②为改进囊泡结构，在ITO玻璃上，探究用电形成法制备巨型单层脂质体的较优电信号参数和合适的脂质溶液浓度。系统探究了三种频率（10/500/1 kHz）、七种幅值（1/2/3/5/10/15/20 Vpp）和九种脂质溶液浓度（0.0625/0.125/0.25/0.5/1/2/4/6/8 mg/mL）下的巨型单层脂质体制备情况。发现10 Hz-2 Vpp为较优电参数，0.25~2 mg/mL为合适的浓度范围。　　③在ITO阵列式芯片上，初步探究用电形成法制备均一化巨型单层脂质体的较优条件。系统地探究了微柱间距和微孔间距对均一化脂质膜和均一化巨型脂质体制备的影响。发现，微柱的间距不利于形成均一的脂质膜和囊泡，微孔的间距不利于溶液进入微孔内部，也不利于形成均一囊泡。最佳的制备结构是 0 间距的微柱结构，制备得到的囊泡标准差为2 μm左右。　　综上，本研究基于微阵列芯片初步实现了均一化巨型脂质体的制备，并对涉及的主要影响因素如微孔的几何结构（深度、直径、间距）、脂质溶液浓度以及电场参数进行了系统的实验和理论层面探讨，得到相应的较优参数，为今后的相关研究奠定了坚实的实验和理论基础。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.1.1 细胞膜概述

1.1.2 巨型脂质体概述

1.2 国内外研究现状

1.2.1 巨型脂质体制备方法的相关研究

1.2.2 均一化巨型脂质体制备方法的相关研究

1.3.1 研究意义

1.3.2 研究目的

1.3.3 研究内容

2 PDMS阵列式微孔芯片上巨型脂质体的制备研究

2.1 研究思路

2.2.1 材料及设备

2.2.2 芯片制备

2.2.3 接触角测量

2.2.4 形成均一化脂质膜

2.2.5 干燥脂质膜的水合作用

2.3 结果与讨论

2.3.1 PDMS芯片亲水性的影响

2.3.2 微孔深度和直径的影响

2.3.3 图案化脂质膜的水合作用

2.3.4 形成的囊泡的尺寸分布

2.3.5 囊泡结构

2.4 本章小结

3 平面ITO玻璃上巨型单层脂质体的制备

3.1 研究思路

3.2.1 设备及材料

3.2.2 巨型单层脂质体的制备过程

3.3.1 电场参数对巨型单层脂质体制备的影响

3.3.2 脂质溶液浓度对巨型单层脂质体制备的影响

3.4 本章小结

4 ITO微阵列芯片上巨型单层脂质体的制备

4.1 研究思路

4.2.1 设备及材料

4.2.2 芯片制备

4.2.3 形成图案化的脂质膜

4.2.4 电场作用下的干燥脂质膜水合

4.3 结果与讨论

4.3.1 脂质溶液浓度的影响

4.3.2 微柱间距的影响

4.3.3 微孔间距的影响

4.4 本章小结

5 总结及展望

5.1 研究成果总结

5.2 不足及展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C．学位论文数据集

致谢