磷脂膜表面分子行为的深入理解与简单调控
磷脂囊泡由于其无毒、生物相容性好等优点被广泛用作药物载体材料。研究分子与磷脂膜间的相互作用对理解载药囊泡和真实细胞对药物分子的吸收和排出机理具有重要的意义。对囊泡表面分子的行为进行实时原位探测是相关动力学过程研究中最重要的一步。近期，哈尔滨工业大学（深圳）干为教授研究组，利用二次谐波技术对囊泡表面染料和药物分子的吸附和跨膜传输行为进行了深入理解并提出了更细致的模型；证实了带电离子可作为跨磷脂膜被动传输的主要迁移形式；利用分子在界面荧光效率的变化将双光子荧光也作为一种界面选择性的技术对分子的结构与动力学行为进行了研究；通过单纯调节囊泡外盐离子浓度促进了药物分子传输性能。
作者通过细致的实验观测发现，一定浓度下的染料分子D289在磷脂酰甘油囊泡表面的吸附传输过程中，二次谐波信号的下降可分为一个秒量级的快过程和一个数百至数千秒量级的慢过程，如下图显示。此结果与领域内普遍报道的分子吸附后以单指数动力学规律跨膜传输的实验观测具有显著的差异。对此作者提出新的理解：这两个过程分别对应吸附在囊泡外表面D289分子的快速翻转及缓慢跨膜迁移两个过程。通过向已平衡的体系中加水稀释样品观测D289分子的由内向外传输，以及向囊泡外加入不同浓度的氯化钠改变界面的离子间相互作用，得到了预期的实验结果（下图），从而验证了提出的物理图像。同时，作者通过此实验证实，具有接近于平面结构的孔雀绿染料分子和棒状结构的D289分子，均主要以带电离子的形式参与跨膜传输。此实验帮助澄清了关于带电分子跨膜传输的主要迁移形式是中性、离子对还是带电状态的争议。
该研究组还结合二次谐波和双光子荧光技术对多柔比星在此囊泡表面的吸附传输行为进行了深入的研究，发现在一定的浓度范围内，水溶液中的多柔比星并不穿透此囊泡进行跨膜传输，在较高浓度下，多柔比星的吸附动力学包含数秒和数十秒的两个不同动力学过程（如下右图显示）。结合双光子荧光信号的显著变化，作者发现此较快过程是分子在界面的吸附聚集过程，对应双光子荧光信号的迅速下降；较慢过程是分子聚集体解离并嵌入磷脂膜的过程，对应双光子荧光信号缓慢上升或下降。结合二次谐波与双光子荧光这两种技术，通过两种方法得到的时间常数之间的相互印证，可得到界面动力学行为的可靠信息。
结合以上理解，作者向囊泡外水溶液中加入毫摩尔量级浓度的盐离子，使原本没有传输行为的多柔比星发生了跨膜传输（如下图显示），再次证实了以上提出的物理模型的正确性。
以上研究结果对于研究染料与药物分子与模拟细胞膜乃至于真实细胞膜表面的复杂相互作用提供了新的思路。这一成果近期发表在Materials Today Physics 和Journal of Physical Chemistry B 上。
