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香豆素和磷脂混合物單分子層膜中的分子相互作用的界面性質——結果和討論

來(lai)源：上海謂載瀏覽 926 次發布時間:2021-11-01

三、結果與討論

3.1. 壓縮等溫線

純(chun)和(he)混(hun)合(he)單層的 pA 等(deng)溫線(xian)與分(fen)(fen)子面(mian)積的關系(xi)如(ru)圖(tu)(tu) 1 所(suo)示。CMR/DPPG 等(deng)溫線(xian)顯示出與純(chun) DPPG 脂質相(xiang)(xiang)似的趨勢（圖(tu)(tu) 1a）。相(xiang)(xiang)似相(xiang)(xiang) 對所(suo)有 CMR/DPPG 混(hun)合(he)物(wu)都觀察到了轉變。 DPPG 和(he) DPPC 顯示崩(beng)潰壓(ya)力 (DPcoll) 為 52 mN.m-1 次(ci)方和(he) 60 mN.m-1次(ci)方，分(fen)(fen)別。一(yi)個過(guo)渡(du) (p ffi 3 mN.m-1次(ci)方 ) 從液體發(fa)現(xian)純(chun) DPPE 單層膨(peng)脹為凝聚(ju)相(xiang)(xiang) 與 D. coll 在 ffi55 mN.m-1次(ci)方 . 為 D. coll 獲得的值純(chun)脂質與文獻一(yi)致(zhi)（Vollhardt 等(deng)人(ren)， 2000；諾沃(wo)塔斯卡等(deng)人(ren)，2014 年）。

圖 1 混合單層 CMR/DPPG (a)、CMR/DPPE (b) 和 (c) 的 pA 等溫線不同濃度的 CMR/DPPC。

DPcoll 強烈依(yi)賴于混(hun)合的(de)(de)組(zu)成(cheng) 單層并與 CMR 摩爾比成(cheng)比例地減少。從圖(tu) 1a 和(he) b 中提供(gong)的(de)(de)數(shu)據可以看(kan)出，在(zai) 由(you)于加(jia)入了 CMR，xCMR = 0.87（DPPG）和(he) 0.75（DPPE）在(zai)這(zhe)些(xie)單層上形成(cheng)更有(you)組(zu)織的(de)(de)狀態（Takao 等人，1995 年）。

考(kao)慮到自(zi)研究(jiu)脂質(zhi)以來極(ji)性(xing)區(qu)域的(de)差異，評估等(deng)溫線的(de)界(jie)面(mian)行為具(ju)有相(xiang)同的(de)疏(shu)水(shui)部(bu)(bu)分(fen)。 DPPE 和(he)(he) DPPC 是兩性(xing)離子(zi)(zi)脂質(zhi)（圖 2）。 DPPG由陰離子(zi)(zi)極(ji)性(xing)頭組(zu)成(cheng) （圖2）。極(ji)性(xing)基團影響兩者(zhe)之間的(de)混(hun)溶性(xing) 研究(jiu)的(de)分(fen)子(zi)(zi)導致不同的(de)分(fen)子(zi)(zi)排列（Bouffioux 等(deng)人，2007 年）和(he)(he)脂質(zhi)包裝（Hazell 等(deng)人，2016 年）。作(zuo)為正如預(yu)期的(de)那樣，DPPG 和(he)(he) DPPC 混(hun)合膜導致膨(peng)脹(zhang)的(de)單(dan)層（圖 1a 和(he)(he) c）。潘等(deng)人。 (2012) 證(zheng)明(ming) DPPG 頭部(bu)(bu)基團區(qu)域比磷(lin)脂酰(xian)膽堿對(dui)應物大由于(yu)相(xiang)互(hu)排斥的(de)靜電相(xiang)互(hu)作(zuo)用帶電 PG 頭組(zu)。 DPPC 疏(shu)水(shui)部(bu)(bu)分(fen)保持更遠的(de)距離，最大限度地減少橫(heng)向內聚相(xiang)互(hu)作(zuo)用（Myers， 1999）。相(xiang)反，DPPE 混(hun)合膜會(hui)產(chan)生固相(xiang)單(dan)層（圖 1b）。

圖(tu) 2. 磷(lin)脂和香(xiang)豆(dou)素分子結構。 DPPC 和 DPPC 具(ju)有圓(yuan)柱形(xing)分子形(xing)狀(zhuang)，而 DPPE 具(ju)有錐形(xing)幾何(he)形(xing)狀(zhuang)。

3.2. 表面電位測量

作(zuo)為函(han)數(shu)分(fen)子面(mian)積 (ΔVA) 的(de)(de)表面(mian)電位為如圖3a所示。為所有研究的(de)(de)磷脂(zhi)獲(huo)得的(de)(de) ?V 值與之前的(de)(de)報(bao)告(gao)相似（Andrade et al., 2006; Nowotarska 等，2014）。 ?V（460 mV 至 275 mV）逐漸降低(di) 對于 DPPG，觀察到 CMR 摩(mo)爾(er)分(fen)數(shu)的(de)(de)函(han)數(shu)。 ?V 易受(shou)極性(xing)和(he)非極性(xing)基(ji)團的(de)(de)取向影響。

DPPE 和(he)(he)(he) DPPC 的(de)(de)(de)(de)(de) ?V 作為(wei)函數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)性(xing)(xing)(xing)相關性(xing)(xing)(xing) CMR 濃度的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化分(fen)別在圖 3b 和(he)(he)(he) c 中(zhong)觀察到。一種對(dui)于高 CMR 濃度，ΔV 降低(di)。此外，DPPE [DPPC] 浮動單層(ceng)導致 ?V ~ 604 [605] mV 對(dui)于 XCMR = 0.87 約為(wei) 334 [351] mV。表面電位的(de)(de)(de)(de)(de)降低(di)可以(yi)通過 CMR 和(he)(he)(he)兩性(xing)(xing)(xing)離子(zi)脂(zhi)質分(fen)子(zi)之間(jian)發(fa)生的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)鍵來解釋，即 CMR 之間(jian) (C=O) 作為(wei)氫(qing)(qing)受體(ti)基(ji)團和(he)(he)(he)質子(zi)化脂(zhi)質頭部基(ji)團（例(li)如在 DPPE 分(fen)子(zi)中(zhong)發(fa)現的(de)(de)(de)(de)(de) NH3+）（Boggs， 1987）。 DPPG 具有形成氫(qing)(qing)鍵的(de)(de)(de)(de)(de)能力鄰近磷(lin)脂(zhi)酰甘(gan)油脂(zhi)質的(de)(de)(de)(de)(de)甘(gan)油部分(fen)和(he)(he)(he)磷(lin)酸氧(yang)（Zaraiskaya 和(he)(he)(he) Jeffrey，2005）。 DPPE 可以(yi) 形成分(fen)子(zi)間(jian)和(he)(he)(he)分(fen)子(zi)內氫(qing)(qing)鍵。強烈(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)子(zi)間(jian)相互作用(yong)導致液晶(jing)相變(bian)溫度升高，影響穩定(ding)性(xing)(xing)(xing) 和(he)(he)(he)膜(mo)滲透性(xing)(xing)(xing)（Leekumjorn 和(he)(he)(he) Sum，2006 年）。這 DPPE 的(de)(de)(de)(de)(de)胺(an)基(ji)（氫(qing)(qing)供體(ti)）可以(yi)強烈(lie)相互作用(yong) 與(yu)磷(lin)酸鹽(yan)/羰基(ji)或水（氫(qing)(qing)受體(ti)）。此外，膽堿(jian)顯示(shi)出疏水性(xing)(xing)(xing)水合作用(yong) 在 CH3 基(ji)團周圍，對(dui)于胺(an)發(fa)生競爭與(yu)頭基(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)水和(he)(he)(he)氧(yang)原子(zi)形成氫(qing)(qing)鍵（Leekumjorn 和(he)(he)(he) Sum，2006 年）。

圖 3 CMR/DPPG (a)、CMR/DPPE (b) 和 CMR/DPPC (c) 的 DV-A 濃度。

圖(tu) 4. p = 20mN/m 時純(chun)磷脂單層的表觀偶極矩。

CMR 與(yu)單層尾部(bu)相互(hu)作用，因為它具有親(qin)脂(zhi)性辛(xin)醇-水分配系數（log Pow）為 = 2.54（拉布蒂(di)，2012 年(nian)）。分子與(yu)磷脂(zhi)尾部(bu)的結合(he) 導致表觀(guan)偶(ou)(ou)極矩的變(bian)化（Hidalgo 等人， 2004）。視在(zai)偶(ou)(ou)極矩由以下定(ding)義公式：

其中 ?V 是表面電(dian)位，l 是表觀偶(ou)極矩， A 是每個分子(zi)的面積，e0 是真空介電(dian)常數(shu)，W 是雙層貢獻。雙層貢獻是根據安德(de)拉(la)德(de)等人計算。 (2005)。

從方程獲得的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數據(ju)。 1 我們可(ke)以觀察到混合(he)視在(zai)垂直(zhi)偶(ou)(ou)極(ji)矩的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)系 (l) 對(dui)純磷脂單層的(de)(de)(de)(de)(de)(de)垂直(zhi)矩 (l0) 根據(ju)單層壓縮變(bian)化 (Geraldo 等(deng)人，2013 年）（圖 4）。考慮到 p = 20mN/m 處的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分子(zi)面積（最高 DPcoll 為(wei)(wei) 純 CMR 膠片）。本征分子(zi)偶(ou)(ou)極(ji)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)取向 (l) 形成薄膜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分子(zi)和亞相中水分子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組織結構已知起著(zhu)根本作用。值(zhi)得注意的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)，l 被認(ren)為(wei)(wei)是(shi)偶(ou)(ou)極(ji)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)矢量(liang)和由(you)水合(he)極(ji)性基團(tuan)和烴(jing)類產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)矩鏈(lian)（l = lpolar + lhydrocarbon 鏈(lian)）。此(ci)外(wai)，DPPG、DPPC 和 DPPE 具(ju)有(you)類似的(de)(de)(de)(de)(de)(de)疏水尾。因(yin)此(ci)，有(you)理(li)由(you) 假(jia)設(she)非(fei)極(ji)性基團(tuan)對(dui)整體 ?V 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)貢獻為(wei)(wei) 相同。 ΔVA 曲線(xian)輪廓的(de)(de)(de)(de)(de)(de)差異是(shi)由(you)于它(ta)們的(de)(de)(de)(de)(de)(de) 不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de) lpolar 貢獻。

3.3. 熱力學分析

熱力(li)學(xue)分(fen)析是(shi)基(ji)于(yu)平均值(zhi)進(jin)行的(de) 分(fen)子面積(ji) (mma)、過剩面積(ji) (DAE)、過剩吉布(bu)斯(si)自由能 (?Ge) 和(he)過量(liang)的(de)吉布(bu)斯(si)混合自由能 (?Gmix) 在(zai) p = 5, 10, 15 和(he) 20 mN/m。 mma 的(de)線(xian)性偏差表明(ming)組分(fen)根據可(ke)加性規則(ze)的(de)混溶性（Szczes 等人，2012 年）（圖 3）。 DAE 可(ke)以計算(suan)為

其中 A1,2 是 mma，Aid 是理想的混合(he)單層，X1 和(he) X2 分(fen)別是組分(fen) 1 和(he) 2 的摩爾(er)分(fen)數。 A1 和(he) A2 是相同表面(mian)壓力(li)下每分(fen)子純單分(fen)子層的相應面(mian)積(ji)。 DAE 值變為零當物質形(xing)成(cheng)理想混合(he)物或(huo)不混溶時（瓊斯和(he)查普曼，1996 年）。

分(fen)子面積(ji)作(zuo)為(wei) CMR/ DPPG如圖5a所示。可以(yi)看出(chu)負偏差 mma (XCMR = 0.33–0.67) 由于分(fen)子吸(xi)引力相互作(zuo)用的(de)(de)(de)增(zeng)加。 CMR/DPPG 薄膜(mo)被認為(wei)是部分(fen)混(hun)溶和(he)非理想的(de)(de)(de)浮動單層，因為(wei)線性度不(bu)高觀察到的(de)(de)(de)。 CMR/DPPE 混(hun)合薄膜(mo)的(de)(de)(de)結果在(zai) XCMR=0.25 和(he) 0.67 時表現出(chu)不(bu)同的(de)(de)(de)斷裂點（圖 5b）。 DAE 節目包(bao)裝效率甚至幾何(he)形狀的(de)(de)(de)改進調(diao)節發生在(zai)較低(di)的(de)(de)(de) XCMR（圖 6）（Andrade 等人， 2006; 周和(he)張，2000）。

圖 5. 每個分子的平均(jun)(jun)面(mian)(mian)積(ji)與(yu)香(xiang)豆素中香(xiang)豆素摩爾分數(shu)的函數(shu)關系固定(ding)表面(mian)(mian)壓力(li)下的混合單層：CMR/DPPG (a)、CMR/DPPE (b) 和不同濃度下的 CMR/DPPC (c)（實線：實際平均(jun)(jun)分子面(mian)(mian)積(ji)；虛線：理想的平均(jun)(jun)分子面(mian)(mian)積(ji)）。

圖 6 CMR/DPPG (a)、CMR/DPPE 混(hun)合(he)單層(ceng)分子(zi)面積過(guo)大 (b) 和不(bu)同濃度的 CMR/DPPC (c)。

觀察到(dao) CMR/DPPC 與(yu) DAE 的(de)正偏差(cha) 由于更(geng)不混(hun)溶的(de)行為(wei)(wei)而導(dao)致(zhi)的(de)混(hun)合膜（圖 5c 和 6c)。偏差(cha)程度取決于表面壓力，因(yin)為(wei)(wei)在更(geng)高的(de)壓力下，分子(zi)變(bian)得更(geng)多包裝中分子(zi)間相(xiang)互(hu)作用的(de)影(ying)響變(bian)得不那么(me)明顯(xian)（Chou 和 Chang，2000）。令人(ren)(ren)厭(yan)惡(e)的(de) 行為(wei)(wei)表明相(xiang)分離(li)有(you)利于分子(zi)聚集（Mishra 等(deng)，2012）。得到(dao)了(le)類似的(de)結果(guo) 其他香豆素(su)（Sarpietro 等(deng)人(ren)(ren)，2011 年(nian)；Chakraborty 等(deng)人(ren)(ren)，2012 年(nian)）。

為了分(fen)析熱(re)力(li)學(xue)特性，我們計算了 ΔGe 和(he) ΔGmix（Baldyga 和(he) Dluhy，1998；DynarowiczLatka 等，2001；Maget-Dana，1999）如下：

其中 DGid 是混合吉布斯自(zi)由能(neng)的理想變化由

其中 K 代表玻爾(er)茲曼(man)常數，T 是絕對(dui)值(zhi) 溫度。 ?Ge 代表過量的吉布(bu)斯自由(you)能或分(fen)子(zi)間相互作(zuo)用(yong)的貢獻混合物。如(ru)果 ?Ge 為(wei)負值(zhi)，則組分(fen)之間現有的分(fen)子(zi)相互作(zuo)用(yong)為(wei)吸引型，而為(wei)正值(zhi) 變異意味著一(yi)種排(pai)斥行為(wei)。 ?Ge 由(you)以下公(gong)式定義：

CMR/DPPG 混合(he)膜(mo)的(de)(de) ?Ge 和 ?Gmix 表示負從 XCMR ≥ 0.25 到 XCMR = 1.0 的(de)(de)偏差(cha)（圖 7a 和 8a）。 ?Ge 和 ?Gmix 負值表明(ming) CMR/DPPE 單(dan)(dan)層是熱力學(xue)穩定（圖 7b）。 ?Ge 和 ?Gmix 值為(wei) DPPC 混合(he)單(dan)(dan)層陽性，表明(ming)不混溶（圖 7c 和 8c）。分子之間的(de)(de)距(ju)離取決于在導致排斥的(de)(de)磷脂頭部基團上(shang) 互動（邁(mai)爾斯，1999 年(nian)；博格斯，1987 年(nian)）。

圖 7 CMR/DPPG (a)、CMR/DPPE (b) 和 CMR/DPPC (c) 在不同(tong)條(tiao)件下的(de) DGe 濃度。

圖 8 CMR/DPPG (a)、CMR/DPPE (b) 和 CMR/DPPC (c) 的 DGmix 濃(nong)度(du)。

3.4. 原子力顯微鏡分析

圖(tu)(tu)(tu)(tu) 9 顯示了純磷脂(zhi)單(dan)層的(de) AFM 圖(tu)(tu)(tu)(tu)像在 p = 20 mN/m 時轉移。純磷脂(zhi)顯示出(chu)均勻(yun)的(de) 均方根 (rms) 等于(yu) 0.219 nm 的(de)圖(tu)(tu)(tu)(tu)案， DPPG、DPPE 和(he)(he) DPPC 分別為(wei) 0.060 nm 和(he)(he) 0.054 nm （圖(tu)(tu)(tu)(tu) 9）。我們(men)獲得了 rms ~ 0.045 nm (XCMR = 0.87) 相當于(yu) 光滑(hua)的(de)單(dan)層形貌（圖(tu)(tu)(tu)(tu) 10a）。另一方面， CMR/DPPE 和(he)(he) CMR/DPPC 薄膜(mo)對應于(yu)粗(cu)糙表(biao)面 rms 分別為(wei) 0.1754 nm 和(he)(he) 0.072 nm（圖(tu)(tu)(tu)(tu) 10b 和(he)(he) c）。測量(liang)重復(fu)三次，rms 的(de)標準偏(pian)差約為(wei) 5%。