二元复配囊泡界面分子输运性能及其光调控机制研究

Due to the controllable molecular transportation property and sensitive light-induced chromatic transition, binary phospholipid-diacetylene vesicles have potential applications in controlled-delivery and visualizing sensing of trace amount of target molecules. Hence, in-situ, real-time detection and modification of the transportation of molecules at the interfaces of vesicles are vital to realize these functions of vesicles. We plan to probe the molecular adsorption and transportation on various phospholipid-diacetylene vesicles with different charges in aqueous solution by Second Harmonic Generation, as well as study the light-controlling mechanism of these interfacial processes. By analyzing the influence of various environmental factors (solution polarity, ionic strength and UV-light irradiation dose) on these dynamic processes, we expect to get the dynamic features of the adsorption and transportation of molecules at the surfaces of a serial of phospholipid vesicles with single component (phosphatidylglycerol or phosphorylcholine) vesicles and binary phospholipid-diacetylene vesicles with varied proportions. Our aim is to illustrate the relationships between the molecular behaviors at the interface of vesicles and the stacking structure of backbone, the features of tail chain and the steric configuration of terminal group of phospholipid and diacetylene. Meanwhile, we intend to distinguish the respective contribution of electrostatic interaction and van der Waals interaction to the interfacial behaviors of the vesicles, and further reveal the intrinsic light-controlling mechanism of these processes. This work can provide theoretic support for developing novel drug controlled-release and sensing materials based on vesicle structures.

磷脂-联乙炔二元复配囊泡体系具有可控的分子输运性能与灵敏的光致变色响应能力，在痕量靶标分子的释控与可视化传感检测领域具有良好的应用前景。因此，对囊泡界面分子传输能力的实时原位探测和主动调控是实现其分子释控与传感功能的关键。本项目计划利用二次谐波技术，探测水溶液中不同带电类型磷脂-联乙炔复配囊泡界面的分子吸附和跨膜输运性能，及其受光照影响的规律和相关分子机制。探测不同环境因素（包括溶液极性、离子强度、紫外光照剂量）对囊泡界面分子动力学行为的影响，获得磷脂酰甘油和磷酸胆碱系列单组分磷脂囊泡、不同配比的磷脂-联乙炔复配囊泡界面的分子吸附和输运动力学特征参数。揭示囊泡界面分子行为和性能与其骨架堆积结构、尾链特征及端基空间构型的关联，区分静电作用和范德华力对其界面行为的相对贡献，阐明其光调控的分子机理。此研究可对基于囊泡结构的新型药物释控/传感材料开发提供理论支持。

磷脂-联乙炔二元复配囊泡体系具有可控的分子输运性能与灵敏的光致变色响应能力，在痕量靶标分子的释控与可视化传感检测领域具有广阔的应用前景。因此对囊泡界面分子传输能力的实时原位探测和主动调控是实现其分子释控与传感功能的重要途径。.本项目将在线的二次谐波和荧光光谱探测，与离线的吸收光谱检测、动态光散射测量、冷冻电镜成像相结合，对比研究了多种环境因素下不同类型的单组份和二元复合囊泡界面的分子吸附和输运性能及其物理图像和调控策略，研究发现：(1) 针对不同类型的单组份磷脂囊泡体系，多种环境因素下、不同构型的带电探针分子在囊泡表面的输运动力学特征与对应光谱信号之间具有明确关联，基于探针分子的吸收和释放过程差异，阐释了跨膜电势和跨膜化学势在界面分子过程中的相对贡献、跨膜输运的多步特征及主要迁移形式，帮助澄清有关争议。通过调节囊泡内外盐离子浓度梯度实现分子输运能力的有效调控，为带电分子被动跨膜输运提供一种简单调控策略。(2) 针对PDA/磷脂二元复配囊泡体系，通过对比掺比量、离子强度、紫外光照剂量等因素，对不同聚合程度的复配囊泡界面带电分子的吸附/输运动力学及变色响应能力的影响，理清复配囊泡界面的分子行为与PDA组分的聚合情况、磷脂组分的端基/尾链特征及堆积结构的关联规律，阐明了复配囊泡中存在的两种传输通道对带电分子输运效率的影响以及光调控界面分子输运行为的分子机理。(3) 针对生物体内广泛存在的其他类型软界面—水油界面，对带电小分子及带电纳米聚集体的吸附及输运行为进行模型化研究。获得离子强度、表面带电类型对水/十六烷界面有机小分子、纳米聚集体吸附及输运行为的影响规律，解释了水油界面分子间复杂的相互作用以及界面分子过程的主导驱动力。.研究结果为基于囊泡结构设计新型光响应药物释控/传感材料奠定了基础，同时为原位探测和主动调控有机小分子以及纳米聚集体在不同类型软/硬物质界面的分子输运性能提供了新思路。