固体支撑模拟生物膜的制备与表征

论文摘要

固体支撑模是人工仿生膜的一种重要形式,由于基底的支撑作用使膜的稳定性更好,且可以制备cm2级大面积的膜,在保持膜流动性的同时提高了膜的机械强度,可用于研究磷脂分子的运动、膜结构分析、蛋白与磷脂膜的相互作用、生物传感等生物膜理论、传感器技术和医学医药等领域中。双亲性嵌段共聚物可自组装形成膜结构,相对于磷脂分子,其化学稳定和机械稳定性更好,而且其嵌段的组成、链长、结构都可以过精确设计和调节,其结构和功能具有丰富的多样性。以聚合物为成膜材料的固体支撑膜有可能推动生物膜研究向应用领域发展。此外,多孔硅由于具有光反射干涉特性,其Fabry-Perot干涉谱与多孔层厚度和孔道的光折射率相关,以其作为基底制备的固体支撑膜有望成为一类新型的生物传感器。本论文的研究目的是制备多种不同膜材料和基底的固体支撑膜,为生物膜尤其是膜蛋白的理论研究和应用建立一个测试和应用的技术平台。本论文首先以聚二甲基硅油（PDMS）磺酸酯为引发剂进行2-甲基-2-噁唑啉阳离子开环聚合,合成了分子量约为9680 g/mol、多分散系数为1.6的双亲性ABA型三嵌段共聚物聚甲基噁唑啉-聚二甲基硅油-聚甲基噁唑啉（PMOXA24-PDMS74-PMOXA24）,并通过核磁共振（1H-NMR）和红外光谱（FTIR）进行验证。用薄膜挤出法制备了粒径约为154.1 nm、多分散系数为0.13的的DOPC脂质体,并通过融合法使其在高亲水性的云母、硅片表面沉积形成磷脂双分子层支撑膜。采用原子力显微镜（AFM）验证了支撑膜的形成,进一步通过椭圆偏振光谱法测定硅片基底中磷脂膜的厚度为3.74 nm。制备了粒径数量平均值为46.7nm、多分散系数为0.23的聚合物囊泡,并在云母、硅片表面形成了固体支撑聚合物膜,其表面接触角分别由3.0°和37.1°上升为40.9°和45.2°,进一步经椭圆偏振光谱法测得聚合物膜厚约6.64 nm,验证了膜的形成。并通过LB拉膜制备了膜厚仅为3.57 nm的聚合物单层膜。通过电化学刻蚀法制备了孔径为35-50 nm,孔道深度约为15μm的多孔硅,经450℃高温氧化2小时后其表面接触角约为15.9°,AFM测得表面均方根粗糙度（RMS）仅为0.643 nm,并用电子显微镜观测了其孔道结构。通过融合法使DOPC脂质体在多孔硅表面沉积形成支撑磷脂双层膜。采用AFM观察了表面,测得磷脂膜的厚度为3.87 nm,同时利用多孔硅的光反射干涉特性,检测到多孔硅支撑磷脂双层膜对磷酸缓冲液中离子具有排阻作用,进一步验证了膜的形成。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 人工膜系统
• 1.1.1 脂质体
• 1.1.2 黑脂膜
• 1.1.3 固体支撑膜
• 1.2 固体支撑膜
• 1.2.1 融合法制备固体支撑膜的形成原理
• 1.2.2 LB膜技术制备固体支撑膜
• 1.2.3 固体支撑膜的检测方法
• 1.2.4 固体支撑膜研究进展
• 1.3 双亲性嵌段共聚物
• 1.3.1 双亲性嵌段共聚物结构
• 1.3.2 嵌段共聚物在溶液中的自组装
• 1.3.3 双亲性嵌段共聚物在生物领域研究进展
• 1.4 多孔硅
• 1.4.1 多孔硅的制备
• 1.4.2 多孔硅表面修饰
• 1.4.3 多孔硅光干涉特性
• 1.4.4 多孔硅应用研究进展
• 1.5 选题思路及研究内容
• 第二章 PMOXA-PDMS-PMOXA三嵌段共聚物的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 试剂处理
• 2.2.3 仪器与检测方法
• 2.2.4 PMOXA-PDMS-PMOXA合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 阳离子开环聚合机理
• 2.3.2 核磁共振检测
• 2.3.3 聚合物FTIR检测
• 2.3.4 PMOXA聚合度及聚合物分子量测算
• 2.3.5 GPC检测聚合物分散性
• 2.4 本章小结
• 第三章 云母、硅片支撑模拟生物膜的制备与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料与仪器
• 3.2.2 脂质体和聚合物囊泡的制备
• 3.2.3 脂质体和聚合物囊泡表征
• 3.2.4 硅片氧化处理
• 3.2.5 脂质体和聚合物在固体表面沉积与检测
• 3.2.6 LB膜制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 脂质体表征
• 3.3.2 支撑磷脂膜检测
• 3.3.3 聚合物囊泡表征
• 3.3.4 支撑聚合物膜检测
• 3.3.5 LB膜制备
• 3.4 本章小结
• 第四章 多孔硅支撑磷脂膜制备及其光干涉应用的初步研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料与仪器
• 4.2.2 电化学蚀刻制备多孔硅
• 4.2.3 多孔硅表面检测
• 4.2.4 脂质体融合沉积制备支撑磷脂双层膜及检测
• 4.2.5 多孔硅反射干涉光谱法检测磷脂膜的物质排阻作用
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 交流电蚀刻多孔硅表面表征
• 4.3.2 交流电蚀刻多孔硅光干涉特性
• 4.3.3 多孔硅支撑磷脂膜检测
• 4.3.4 利用多孔硅光干涉特性检测磷脂膜的排阻性能
• 4.3.5 多孔硅支撑膜在膜蛋白中的应用探讨
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要研究结果和结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间主要科研成果