基于太赫兹光谱技术的生物膜界面水研究

发布时间：2020-01-19 18:29

【摘要】：界面水对生物膜的功能发挥起着至关重要的作用,但由于水对太赫兹波有极强的吸收,限制了液体样品的透射谱研究。将磷脂包覆水球的制备方法引入太赫兹时域光谱技术探测界面水的实验体系中,不仅大大减少了所需被测样品的用量,而且可调节水对太赫兹的吸收程度。基于此方法,在获得多种磷脂乳液的太赫兹介电谱的基础上,揭示了磷脂极性头部的化学基团差异会明显影响其界面的水合状态及界面水分子的动力学行为。
【图文】：

６］的十六烷作为脂溶剂，将磷脂包覆水球的制备方法引入ＴＨｚ－ＴＤＳ系统的测量中，既降低了体系中的水含量和样品用量，又能同时满足磷脂膜尽可能接近真实的生理状态。基于这种方法，获得了三种磷脂乳液的太赫兹透射式ＴＨｚ－ＴＤＳ获得介电谱，并对不同磷脂膜的界面水合状态和水分子动力学行为进行了讨论。２实验方法和材料实验材料包括１，２－二油酰磷脂酰甘油（ＤＯＰＧ），１，２－二油酰基磷脂酰胆碱（ＤＯＰＣ）和１，２－二油酰磷脂酰乙醇胺（ＤＯＰＥ）三种磷脂分子（图１）。三种磷脂均购于ＡｖａｎｔｉＬｉｐｉｄｓ试剂公司，纯度大于９９％，购买的磷脂均溶于氯仿，溶液质量浓度２５ｍｇ／ｍＬ，保存于冰箱冷冻室中。十六烷购于Ｓｉｇｍａ试剂公司。所有样品使用前未经过进一步纯化处理。去离子水由二次蒸馏水经过微孔过滤处理得到。分别取１１６μＬＤＯＰＣ、１１０μＬＤＯＰＥ和１１７μＬＤＯＰＧ磷脂溶液于试管中，室温下用氮气吹干。完毕后形成胶白状磷脂膜多层结构。将得到的样品放置在真空干燥箱中抽气５ｈ以排除残余的氯仿分子。将十六烷分别滴加到含有磷脂的玻璃试管中。为了得到体系所需的合适烷水体积配比，实验前首先以ＤＯＰＣ磷脂为乳化剂，乳液体积固定为１００μＬ，水含量（体积分数，下同）设置为５％，１０％，２０％三个梯度。涡旋振荡１０ｍｉｎ使得水滴在烷中尽可能分散均匀以形成图２所示磷脂膜包覆的水滴结构，水滴包括核中心的体相水和磷脂膜的界面水两部分，其他磷脂乳液中烷与水的体积比固定。图１三种磷脂分子的化学结构Ｆｉｇ．１Ｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔ

５４，０４３００１（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ波均没有吸收，介电常数虚部Ｉｍ（ε）为０；图４（ｂ）为水合状态下不同磷脂乳液介电常数虚部的差异及其与体相水的比较。ＤＯＰＧ和ＤＯＰＣ乳液的介电常数小于体相水，，而ＤＯＰＥ乳液的介电常数却高于体相水，表明不同磷脂界面水分子的动力学行为差异明显。进一步，将磷脂乳液的ＴＨｚ介电常数来源进行划分，具体包括磷脂本身、体相水及磷脂膜界面水三部分［１３］。其中界面水又分成两部分，紧紧束缚在磷脂极性头周围的称为第一水合层，其重排动力学过程比体相水慢，第二部分包括围绕在第一水合层周围的水分子。ＴＨｚ谱对此不能准确区分，只能给出平均结果。参考ＮａＣｌ等盐离子对水分子之间的氢键网络结构具有破坏作用，认为ＤＯＰＥ乳液的介电常数高于体相水是由于界面水的第二部分的动力学过程加速并且高于第一水合层的减缓作用造成［２０］。图４（ａ）纯ＤＯＰＧ、ＤＯＰＣ和ＤＯＰＥ磷脂的介电常数虚部比较；（ｂ）ＤＯＰＧ、ＤＯＰＣ和ＤＯＰＥ磷脂乳液和体相水介电常数虚部的比较Ｆｉｇ．４（ａ）ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｉｍａｇｉｎａｒｙｐａｒｔｏｆｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔｓｏｆｐｕｒｅＤＯＰＧ，ＤＯＰＣａｎｄＤＯＰＥｌｉｐｉｄｓ；（ｂ）ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｉｍａｇｉｎａｒｙｐａｒｔｏｆｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｃｏｎｓｔａｎｔｓｏｆｔｈｅＤＯＰＧ，ＤＯＰＣａｎｄＤＯＰＥｌｉｐｉｄｅｍｕｌｓｉｏｎｓａｎｄｂｕｌｋｗａｔｅｒ体相水的ＴＨｚ介电常数可分成ＧＨｚ弛豫模


本文编号：2571173