WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Полученные результаты находятся в хорошем соответствии с литературными данными по изменению натяжения БЛМ, сформированных по методу МюллераРудина из раствора яичного фосфохолина, от рН водного раствора (Petelska and Figaszewski, 2000). Более высокие значения натяжения по сравнению с литературными данными являются следствием того, что наши мембраны не содержат растворитель и не имеют мениска с избытком липида.

БЛМ, не содержащие растворитель, на отверстиях в амфифобизированных стеклянных перегородках.

Формирование мембран на отверстиях в покровных стеклах с амфифобной поверхностью. Очевидно, что, несмотря на простоту предложенной методики гидрофобизации стеклянных перегородок для получения БЛМ, не содержащих Б, мН/м, градус растворитель, проводить некоторые исследования на мембранах, площадь которых зависит от рН, может быть достаточно проблематично. Поэтому нам необходимо было создать покрытия с минимальной поверхностной энергией, чтобы краевой угол смачивания таких поверхностей был близок к 90 градусам. В этом случае изменение межфазного натяжения ДФФХ от рН среды не оказывало бы столь значительного влияния на процесс формирования мембран, не содержащих растворитель. Иными словами, кроме гидрофобных свойств покрытия должны обладать и липофобностью, т.е. быть амфифобными. Эти свойства определяются концевыми группами «пришитых» к стеклу молекул. Известно, что наименьшей поверхностной энергией обладает мономолекулярный слой CF3 (6 мН/м в отличие от 18 мН/м для тефлона). Нами была разработана методика «пришивки» к поверхности стекла и последующей двумерной полимеризации молекул фторсодержащего силоксана (3,3,3 трифторпропил-триметоксисилана). Краевой угол смачивания полученных образцов чистой водой достигал 110 градусов. В присутствии монослоя ДФФХ, этот угол падал примерно до 85 градусов, но уже не зависел от рН. На отверстиях в таких амфифобизированных стеклянных пластинках удалось получить устойчивые БЛМ, не содержащие растворитель, электрическая емкость которых не зависела от рН среды в диапазоне от 2,6 до 8,1, т.е. при любой кислотности мембраны полностью заполняли отверстия. Удельная емкость полученных мембран составляла 0,86 мкФ/см2 ± 5% (как на гидрофобных перегородках). Кроме того, в отличие от гидрофобизированных поверхностей, образование мембраны в этом случае происходило не спонтанно, а контролируемо, при постепенном «накатывании» одного монослоя на другой, что позволило полностью «погрузить» мембрану под поверхность водного раствора.

Измерение натяжения БЛМ, не содержащих растворитель. Амфифобные поверхности позволили впервые непосредственно измерить натяжение БЛМ, не содержащих растворитель (Batishchev and Indenbom, 2008). Согласно уравнению Лапласа, перепад гидростатического давления по разные стороны мембраны обратно пропорционален ее радиусу кривизны с коэффициентом пропорциональности, равным 2, где – это натяжение мембраны: P =.

R Определить значение радиуса кривизны выдутой мембраны стандартными оптическими методами представляется достаточно затруднительным из-за малости размера мембраны и особенностей строения экспериментальной ячейки. Поэтому его значение вычислялось из величины электрической емкости мембраны.

Процедура вычисления была следующей. Площадь поверхности выдутой мембраны задается простым геометрическим соотношением:

S = 2R(R - R2 - r ) (11) где r – это радиус отверстия, на котором была сформирована бислойная липидная мембрана. Предполагается, что мембрана может быть выдута только до формы полусферы. Так как наши БЛМ не содержат растворителя, мы будем считать, что радиус отверстия соответствует радиусу плоской мембраны. Тогда S R = (12) S 2 - r Площадь мембраны связана с ее электрической емкостью по следующей C формуле: S = r, где C0 – это емкость плоской БЛМ. Отсюда мы получаем, что Cэлектрическая емкость БЛМ будет иметь следующий вид:

2 C = ( 2 - 4 - r (P)2 )C0 (13) r (P)Как было показано в экспериментах по измерению натяжения мембран, их электрическая емкость увеличивалась в полтора раза при перепаде гидростатического давления в 74±3 Па (смотри рисунок 10а). Столь значительное увеличение площади мембраны могло быть, по-видимому, обусловлено наличием избытка липида в области границы бислоя. Экспериментальные данные экстраполировались полиномом второй степени, и емкость плоской мембраны определялась по минимуму кривой. Она составила 69 пФ. Это значение отличается от начальной емкости мембраны (66 пФ) менее чем на 5%, поэтому можно считать, что изначально мембрана была плоской. Используя уравнение (13) и значение C0, мы можем оценить натяжение мембран.

б а 60 025 50 75 4000 8000 P, Па 1/R, м- Рисунок 10. а) Зависимость электрической емкости БЛМ от перепада гидростатического давления. б) Зависимость перепада гидростатического давления от обратного радиуса кривизны выдутой БЛМ. Диаметр отверстия составлял 100 мкм. рН = 5,8.

По линейной экстраполяции экспериментальных данных, приведенных на рисунке 10б, натяжение мембраны было оценено как = 4,3 ± 0,4 мН/м. Это значение выше, чем для БЛМ, содержащих растворитель (3,4 мН/м) (Coster and Simons, 1968), и практически совпадает с величиной, рассчитанной для такого же значения рН по результатам совершенно других измерений (см. Рис. 9б).

Измерение линейного натяжения кромки пор в БЛМ, не содержащих растворитель. Важным параметром, характеризующим свойства БЛМ, является величина линейного натяжения кромки пор, образующихся при электропорации мембран. Изменение свободной энергии липидной мембраны при образовании в ней сквозной поры радиусом r определяется по формуле (Чизмаджев и др., 1982):

2 U E = 2r - r - r Cуд. в - 1 (14) м где – это поверхностное натяжение мембраны, – линейное натяжение кромки поры, Суд. – удельная емкость мембраны, в – диэлектрическая проницаемость воды, м – диэлектрическая проницаемость мембраны, U – величина C, пФ P, Па приложенной к мембране разности потенциалов. Величина энергетического барьера, соответствующего критическому радиусу поры, определяется по формуле:

(15) Eкр. = U + Cуд. в - м Таким образом, мембрана рассматривается как метастабильная система, разрушение которой происходит за счет роста дефектов – гидрофильных пор.

Выражение для среднего времени жизни БЛМ имеет вид (Чизмаджев и др., 1982):

(kT ) (16) t = exp U в - U 4c0 AD + Cуд. - 1 kT + Cуд. в м м где с0 – средняя концентрация дефектов на единицу площади мембраны, А – площадь БЛМ. Аппроксимируя экспериментальные данные (см. Рис. 11) уравнением (16), мы определили величину линейного натяжения кромки пор в БЛМ, не содержащих растворитель, составляющую 11,8 ± 0,2 пН. Это значение практически совпадает с литературными данными о линейном натяжении кромки поры в липосомах (Evans et al., 2003), и несколько выше значений, полученных для мембран с растворителем (Чизмаджев и др., 1982).

а 3 б 2,8 3,0,t, с 0,0,2,8 3,0,15 0,20 0,25 0,t, с U, В Рисунок 11. а) Характерный вид зависимости токового отклика (сверху) БЛМ, не содержащей растворитель, на приложенную ступеньку напряжения (снизу). б) Зависимость среднего времени жизни мембраны от величины приложенного напряжения. Каждая точка отвечает усредненному по 10 экспериментам значению среднего времени жизни БЛМ. Сплошная линия соответствует аппроксимации экспериментальных данных уравнением (16).

I, нА ж t, с U, B ВЫВОДЫ 1. Были разработаны методики химической модификации поверхностей стеклянных пластинок, позволившие получить на отверстиях в них устойчивые БЛМ, не содержащие растворитель. Бислойная природа таких мембран была доказана по росту проводимости в присутствии нистатина и грамицидина.

2. Удельная электрическая емкость таких мембран составила 0,86 мкФ/см2±5% - выше, чем у мембран, полученных классическим методом Монтала (0,8 мкФ/см2).

3. Было обнаружено изменение натяжения монослоя ДФФХ на границе водавоздух в изоэлектрической области в зависимости от рН среды, зафиксированный по изменению краевых углов смачивания и электрической емкости мембран.

4. Предположено, что этот эффект обусловлен специфической адсорбцией ОН-ионов. Это подтверждается измерениями разности граничных потенциалов.

5. Разработан метод расчета зависимости натяжения БЛМ от рН. Полученные результаты хорошо согласуются с прямыми экспериментальными измерениями.

6. С помощью методики создания амфифобных покрытий с низкой поверхностной энергией впервые было измерено латеральное натяжение БЛМ, не содержащих растворитель, а также исследован процесс электрического пробоя таких мембран, позволивший оценить величину их линейного натяжения.

7. Измерения показали, что как латеральное натяжение полученных мембран (4,3 ± 0,4 мН/м), так и линейное натяжение кромок пор в этих мембранах (11,8 пН ± 0,2 пН) выше, чем в классических БЛМ, содержащих растворитель.

Список публикаций.

1. Батищев О.В., Инденбом А.В. Формирование бислойных липидных мембран на отверстиях в гидрофобизированных стеклах.// Биол. мембраны – 2004. - Т. 21. - С.

415-419.

2. Батищев О.В., Инденбом А.В. Влияние рН на формирование липидных бислоев, не содержащих растворитель.// Электрохимия – 2006. - Т. 42. - №10. - С. 1230-1236.

3. Batishchev O.V., Indenbom A.V. Alkylated glass partition allows formation of solventfree lipid bilayer by Montal–Mueller technique.// Bioelectrochemistry – 2008. - doi:10.1016/j.bioelechem.2008.02.002.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»