界面诱导生物膜/内嵌物复合体系的再组织

围绕表面结构诱导生物膜中的磷脂和蛋白质的再组织，我们首先利用软模板刻蚀技术、UV光刻蚀和离子刻蚀技术等实现Au表面或SiO2表面微米到纳米的微图案制备，探索亲疏水界面对磷脂组份侧向重新分布的影响，试图揭示分子尺度的亲疏水界面引起磷脂膜的侧向扩散机制；进一步利用ATRP技术，实现亲水聚合物软铺垫在衬底上的修饰，增大生物膜与衬底之间的水层，试图模拟真实生物膜体系，研究蛋白质引起磷脂的相行为变化；最后选用双亲（Janus）纳米微球作为一大类双亲蛋白（如抗菌肽）的物理模型，研究其对巨单层囊泡的破坏或穿孔问题。我们还结合理论模拟来考察表面不同结构与物理特性引起膜侧向组织的物理机理。目前项目的开展对认识与生物膜有关的生命过程如物质运输、信息识别与传递等，以及设计新的生物传感器和纳米材料载药体系等有着十分重要的学术研究意义和实际应用价值。

本项目从理论和实验角度揭示了生物膜/内嵌物复合体组织、相互作用、以及在界面诱导下的组织行为。首先，结合理论分析，从实验角度系统研究了磷脂囊泡在界面的融合与半融合问题：发现温度和钙离子可以协同调控实现囊泡在无机界面接触融合形成大囊泡和破裂融合形成支撑膜两条路径的转变，高低渗透压力差在该过程中发挥的效应很小，界面-囊泡、囊泡-囊泡作用成为关键；通过磷脂带电密度、相态、膜曲率、温度和盐浓度实验，发现囊泡与支撑膜间的半融合和磷脂跨膜输运由静电、水化作用和膜张力等控制；另外，定量获得了纳米颗粒与其聚集体由于重力扩散差异性造成的高度梯度膜吸附量差异性。此外，理论上提出了一种新型pH响应药物输运系统, 发现纳米粒子的吸收率对外界pH存在多种响应——在高pH和低pH环境中，纳米粒子可以被细胞所吸收，而当pH处于中间值时，细胞内吞纳米粒子则被阻止；较系统地研究了纳米粒子的大小、形状、表面修饰配体的物理化学性质、配体-受体浓度、配体-受体相互作用等对细胞内吞过程的影响；理论上提出了一种新的纳米粒子设计思路——用动力学键在亲水纳米粒子表面修饰双亲配体，发现此时纳米粒子可以自发地穿过细胞膜，而且粒子与细胞膜的不对称性都有可能极大地提高穿膜效率；较深入地研究了细胞穿膜肽通过细胞膜的微观机理，并详细考察了细胞穿膜肽转运亲疏水纳米粒子的能力；系统研究了盐离子及其化合价对树形大分子大小、形状以及表面电荷等影响，并获得了树形大分子在高价盐溶液中详细的结构信息；深入研究了pH响应性树形大分子与带电细胞膜间的相互作用，并在此基础上提出了一种新的内吞体破裂机制。最后我们详细研究了微管阵列的有序化机制,并得到了丰富的相行为。