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自组装BLMs及其在生物传感器领域应用的研究

作　者: 赵艳玲
导　师: 蔡绍皙；蒋稼欢；靳刚
学　校: 重庆大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 自组装脂双层膜循环伏安法椭偏成像细胞传感器
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

自组装生物膜作为一种具有良好的生物相容性和反应惰性的材料，已经越来越引起生物和化学研究工作者的重视。利用磷脂分子特有的分子结构，即有一个亲水的头和疏水的尾，人为地创造适宜的条件，大量的磷脂分子就可以在分子间力作用驱使下，自组装成脂双层膜层结构。本文就是以这种自组装生物膜为研究对象，通过对其结构性能的分析，希望建立起基于这样的膜层的生物传感器装置。本文的主要研究工作和结论如下：(1) 利用三电极电化学分析仪研究膜层的电化学特性：用循环伏安法对膜层进行连续的扫描，得到该系统的循环伏安图。可以看到膜层的电阻是相当高的，同时自组装生物膜还表现出平板电容器的电化学特征。分析认为：如果电子交换速率足够快，那么控制整个反应的限速环节就是扩散速度。大部分单层、双层和多层（包括s-BLMs）系统看来是属于这样的一类，即其中电子转移受动力学限制，这意味着氧化还原物往电极（BLMs）表面的扩散速度不是限速环节。特别的，如果这种系统被认为能够进行电子过程（一般地说是电导，包括离子），可以用传统的电化学方程来描述其反应过程。通过电化学方程的分析，得出系统的电流-电压是指数关系的结论。从实验得到的数据看，是支持该结论的。因为这两种途径都可以预示电流-电压的曲线呈指数关系，所以选择一种合适的机制来评价实验结果是必要的。过电位值越大，其机制越可能是隧道效应。大多数高度完整、无缺陷的未修饰单层、双层和多层膜系统都归于隧道效应这种电子转移机制。(2) 利用椭偏光学成像系统研究自组装生物膜的结构特点：椭偏光学成像在膜层的研究中有广泛的应用，由于它的测量可以精确到几个纳米的数量级上，因此对于研究自组装生物膜的膜层结构是非常有帮助的。脂质体在亲水硅片上自发的吸附融合进而得到平板膜层。可以看到，在最开始阶段，在硅片表面吸附了大量的脂质体，在磷脂分子之间及磷脂分子与表面基团之间分子力的相互作用下，随着时间的推移，脂质体彼此融合后破裂，破裂后的平面膜层随即吸附到基底表面形成稳定的双层膜结构。待形成后，从厚度信息推知系统处于动态平衡中，膜层不再有明显的变化发生。整个过程是在大约20分钟之内发生的。得到的膜层结构上是非均匀的，尤其是其边缘存在明显的分子堆积现象，分析认为：双分子层结构一旦在一个很小的区域出现，就要产生一系列的连锁反应，即将多余的脂分子向周围挤压，使得大部分区域形成双分子层并趋于稳定。由于<WP=5>使用了胆固醇，限制了磷脂分子的侧向活动能力，因此在膜层边缘出现了明显的由多余脂分子形成的边界。非常奇妙的是这种运动虽然使膜层结构不均匀，但是却降低了整个系统的熵，使膜层更加稳定。为了验证膜层是稳定的，将多个膜层同时构建在同一个样品上，膜层间距很小，彼此边缘分子存在着吸附相互作用。结果显示膜层稳定存在，并没有发生融合现象。这就为自组装生物膜在生物传感器装置中的进一步应用奠定了基础。(3) 构建基于自组装生物膜层的细胞力学传感器装置模型。细胞在外界条件变化时，膜层上会发生相应的反应。细胞的生理反应往往是群体反应的结果，因此把细胞整体作为一个研究对象是必要的，同时可以获得更加清晰的反应信号，最大地降低背景噪音，因为群体细胞传感器装置具有了信号放大的功能。本文基于以上考虑，建立了一个细胞力学传感器模型，同时也明确了进一步研究的方向和目标。(4) 对基于自组装生物膜的生物传感器的开发做了一个介绍，对所涉及的各种传感器类型分别给予了分析。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-9
缩写  9-10
1 绪论  10-12
  1．1 论文的选题及其研究意义  10-11
  1．2 自组装BLMS的研究现状  11
  1．3 论文研究的主要内容  11
  1．4 本章小结  11-12
2 自组装BLMS概述  12-17
  2．1 生物膜研究的意义  12-13
  2．2 自组装BLMS技术的发展  13-14
  2．3 自组装BLMS的类型  14-16
  2．4 自组装BLMS的研究方法  16
  2．5 本章小结  16-17
3 应用电化学方法研究自组装BLMS  17-27
  3．1 简介  17-18
  3．2 自组装生物膜介导的电子转移过程和机理研究  18-26
    3．2．1 试剂与仪器  18
    3．2．2 实验方法  18
    3．2．3 实验结果  18-20
    3．2．4 BLMs系统中的电子转移过程  20-23
    3．2．5 跨膜电子转移的动力学研究  23-26
  3．3 本章小结  26-27
4 应用光学方法研究自组装BLMS  27-35
  4．1 光波的偏振  27
  4．2 椭偏光学成像技术的应用  27-28
  4．3 实验内容和结果  28-34
    4．3．1 试剂与仪器  28
    4．3．2 实验方法与步骤  28-29
    4．3．3 实验结果与讨论  29-34
  4．4 结论  34
  4．5 本章小结  34-35
5 基于BLMS的细胞芯片模型的建立  35-39
  5．1 介绍  35-36
  5．2 模型的建立的意义  36-37
  5．3 细胞芯片模型  37
  5．4 实验结果  37
  5．5 本章小结  37-39
6 BLMS系统应用展望  39-43
  6．1 自组装生物膜系统的发展  39
  6．2 应用实例  39-41
    6．2．1 有基底支撑的脂双层膜（s-BLMs）  39-40
    6．2．2 烷硫醇/脂类杂合脂双层膜（h-BLMs）  40-41
    6．2．3 通过功能化间隔分子“栓系”于电极表面的脂双层膜（t-BLMs）  41
  6．3 展望  41-43
7 结论及后续工作的建议  43-44
  7．1 论文的主要工作和结论  43
  7．2 进一步工作  43
  7．3 本章小结  43-44
致谢  44-45
参考文献  45-46

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