CN103435269A - 一种固体支撑仿生膜体系的制备方法 - Google Patents

一种固体支撑仿生膜体系的制备方法 Download PDF

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王雪靖
李典霖
李崯雪
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Abstract

一种固体支撑仿生膜体系的制备方法，涉及一种磷脂膜体系的制备方法。本发明主要是在含有磷脂的己烷溶剂的电化学池内，滴入一滴水溶液于氧化铟锡（ITO）基底或经疏水化处理的ITO基底上。当基底为ITO基底时，由于磷脂分子特殊的两亲性，它的极性头部会分别自发的朝向水溶液以及亲水化处理的电极表面，从而形成热力学稳定的双层膜体系；当基底为疏水化处理的ITO电极时，磷脂分子的极性头部会朝向水溶液，疏水尾部会朝向疏水化的基底，从而形成杂化膜体系。本方法制备的磷脂膜体系没有漏电电流，阻抗较高，且该方法还具有试剂用量少、膜表面积可控等优点。

Description

一种固体支撑仿生膜体系的制备方法
技术领域
本发明涉及一种固体支撑仿生膜体系的制备方法，尤其涉及一种磷脂膜体系的制备方法。
背景技术
    生物膜上的离子通道是细胞与周围环境进行物质交换的重要途径，利用支撑膜体系进行离子通道的检测一直是科学家关注的热点。常规电极表面支撑的磷脂膜体系通常使用的电极面积较大（大于0.2cm2），这使得电极表面粗糙度问题变得十分突出，进而导致磷脂膜的漏电电流很大，膜体系阻抗较低。纳米孔支撑的磷脂膜体系虽然阻抗可以达到GΩ级别，但是制备过程复杂，而且成本非常昂贵。
发明内容
基于以上不足之处，本发明提供一种新型固体支撑仿生膜体系的制备方法。该方法制备的磷脂膜体系没有漏电电流，阻抗较高，且该方法还具有试剂用量少、膜表面积可控等优点。
本发明的固体支撑仿生膜体系可采用如下两种方法进行制备：
方法一：
（1）工作电极的表面处理：将ITO（氧化铟锡导电玻璃）电极（约1×1cm2）先后在洗涤剂、蒸馏水和无水乙醇中分别超声清洗10~15min，用氮气吹干后置于等离子清洗机中处理20~30 s。
（2）将上述ITO电极放入电解池底部，向其中加入含有磷脂（蛋黄卵磷脂（egg PC）或二植烷酰甘油磷脂酰胆碱（DPhPC））的己烷溶液，己烷溶液的加入量占电解池体积的1/3~2/3，密封静置1~1.5h，使磷脂单层膜在ITO表面充分铺展，所述磷脂的浓度为0.1~0.3mg/mL。
（3）液滴表面单层膜的形成：向上述含有磷脂的己烷溶液中，挤入一滴含有0~5mmol/L K3Fe(CN)6和1~2mol/L KCl的水溶液，该液滴在溶液中静置20~30min，使液滴表面自发形成磷脂单层膜。
（4）将液滴与ITO电极接触，在ITO与液滴接触部分形成磷脂双层膜。
方法二：
（1）工作电极的表面处理：将ITO（氧化铟锡导电玻璃）电极（约1×1cm2）先后在洗涤剂、蒸馏水和无水乙醇中分别超声清洗10~15min，用氮气吹干后置于等离子清洗机中处理20~30 s。
（2）ITO表面ODS（十八烷基三甲氧基硅烷）自组装膜的形成：将（1）中处理好的ITO电极浸入新鲜的ODS-甲苯自组装液（ODS：甲苯（体积比）=1：50~1：150）中，密封静置3~4h后取出后放入甲苯中超声清洗5~10min，除去自组装膜表面物理吸附的ODS单体，再用乙醇将ITO表面的甲苯洗净，最后用氮气吹干，密封保存待用。
（3）将上述经过疏水化修饰的ITO电极放入电解池底部，向其中加入含有磷脂（蛋黄卵磷脂（egg PC）或二植烷酰甘油磷脂酰胆碱（DPhPC））的己烷溶液，己烷溶液的加入量占电解池体积的1/3~2/3，然后向溶液中挤入一滴含有0~5mmol/L K3Fe(CN)6和1~2mol/L KCl的水溶液，该液滴在溶液中静置20~30min，使液滴表面自发形成磷脂单层膜，所述磷脂的浓度为0.1~0.3mg/mL。
（4）将液滴与经过疏水化修饰的ITO电极接触，在疏水化处理的ITO与液滴之间形成ODS磷脂杂化膜。
本发明主要是在含有磷脂的己烷溶剂的电化学池内，滴入一滴水溶液于氧化铟锡（ITO）基底或经疏水化处理的ITO基底上。当基底为ITO基底时，由于磷脂分子特殊的两亲性，它的极性头部会分别自发的朝向水溶液以及亲水化处理的电极表面，从而形成热力学稳定的双层膜体系；当基底为疏水化处理的ITO电极时，磷脂分子的极性头部会朝向水溶液，疏水尾部会朝向疏水化的基底，从而形成杂化膜体系。将Ag/AgCl参比电极插入水溶液中，当施加电化学信号后，便可对电极表面磷脂双层膜的电化学性质进行表征。磷脂膜的面积将由滴入溶液的体积以及液滴本身的形状来控制。与常规固体表面支撑的仿生膜体系相比，该方法制备的磷脂膜体系没有漏电电流，膜面积小，因此体系阻抗较高，可用于离子通道的研究；此外，该方法还有试剂用量少、膜表面积可控等优点。本发明制备的磷脂膜体系可为膜生物学、界面化学、生物化学、仿生学和微纳米技术领域的相关生物膜特性研究和应用提供可靠的技术方法。
附图说明
图1为ITO支撑磷脂双层膜体系的示意图；
图2为加egg PC前后液滴电极的EIS叠加曲线，其中(a)为加egg前的曲线，(b)为加egg PC后的曲线；
图      3为加egg PC前后液滴电极的CV曲线，其中(a)己烷中不含egg PC，(b)含0.2 mg/mL egg PC的己烷溶液；
图4为加egg PC后的CV曲线；
图5为加egg PC前后液滴电极的EIS阻抗-频率叠加曲线，其中(a)为加egg前的曲线，(b)为加egg PC后的曲线；电解液为2mol/L KCl溶液。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：ODS修饰的ITO表面杂化膜的形成及表征。
（1）工作电极的表面处理。将ITO（氧化铟锡导电玻璃）电极（约1×1cm2）先后在洗涤剂、蒸馏水和无水乙醇中分别超声清洗10~15min，用氮气吹干后置于等离子清洗机中处理20~30 s。
（2）ITO表面ODS（十八烷基三甲氧基硅烷）自组装膜的形成。将（1）中处理好的ITO电极浸入新鲜的ODS-甲苯自组装液（ODS：甲苯（体积比）=1：100）中，密封静置3~4h后取出后放入甲苯中超声清洗5~10min，除去自组装膜表面物理吸附的ODS单体，再用乙醇将ITO表面的甲苯洗净，最后用氮气吹干，密封保存待用。
（3）用固化胶将铜导线与ODS修饰的ITO电极相连，将其放入电解池（1.5cm×1.5cm×1.5cm）底部，向其中加入1~2mL浓度为0.2mg/mL egg PC（卵磷脂）的己烷溶液，将进样装置伸入己烷溶液中，挤出一微小液滴（液滴为1mmol/L K3Fe(CN)6和2mol/L KCl的水溶液），在己烷溶液中静置20~30min，使液滴表面自发形成磷脂单层膜。
（4）液滴表面成膜完成后，将其与ODS修饰的ITO电极接触，这样在ITO电极上就形成了ODS磷脂杂化膜，20~30min后进行EIS测试。我们对比了己烷中加egg PC前后的液滴电极的EIS曲线。图2为两种液滴状态下的阻抗叠加曲线和等效电路。在两种体系中，R1均代表溶液电阻；R2代表磷脂膜形成前后的电荷转移电阻；W为Warburg阻抗，表示K3Fe(CN)6在电极表面的扩散；Q为常相位角原件（n值均接近于1），磷脂膜形成前，代表ODS自组装膜的膜电容，磷脂膜形成后，代表ODS-磷脂膜电容。由二者叠加的阻抗-频率曲线可以看出，磷脂膜形成后，电子转移电阻明显升高。经拟合得ODS-磷脂杂化膜电阻为21.6MΩ，膜电容为0.43μF/cm2，该值在磷脂双层膜的特征电容范围（0.4~1 μF/cm2）之内，证明了ITO表面杂化膜的形成。
具体实施方式二：ITO表面磷脂双层膜的形成及表征。
（1）工作电极的表面处理。将ITO（氧化铟锡导电玻璃）电极（约1×1cm2）先后在洗涤剂、无水乙醇和蒸馏水中分别超声清洗10~15min，用氮气吹干后置于等离子清洗机中处理20~30 s。
（2）用固化胶将铜导线与ITO电极相连，将ITO电极放入电解池底部，向其中加入1~2mL浓度为0.2mg/mL egg PC（卵磷脂）的己烷溶液，密封静置1~1.5h，使磷脂单层膜在ITO表面充分铺展。
（3）液滴表面单层膜的形成。将进样装置的针头伸入含有磷脂的己烷溶液中，挤出一微小液滴（液滴为1mmol/L K3Fe(CN)6和2mol/L KCl的水溶液），该液滴在溶液中静置20~30min，使液滴表面自发形成磷脂单层膜。
（4）电化学测试。ITO电极表面和液滴表面成膜过程完成后，将液滴与ITO电极表面接触，在ITO电极上形成磷脂双层膜（图1），20~30min后进行电化学信号的测量。
①首先对比己烷中加egg PC前后的液滴电极的CV曲线（图3-4）。由该图可以看出，未加egg PC时，[Fe(CN)6]3-/[ Fe(CN)6]4-电对可直接到达ITO表面接触，发生电子的转移，在CV曲线上表现为明显的氧化还原峰。而加入egg PC的曲线b，不仅没有氧化还原峰，而且响应电流也明显减小（纳安级别），说明ITO表面磷脂膜的形成阻碍了[Fe(CN)6]3-/[ Fe(CN)6]4-电对到达ITO电极表面，发生电子转移。因此，通过对比可知，己烷溶液中加入egg PC后，在ITO表面有磷脂膜的形成。
②对比了己烷中加egg PC前后的液滴电极的EIS曲线（电解液为2mol/L KCl水溶液）（图5）。经拟合得磷脂膜电阻值为80MΩ，磷脂膜电容C m =0.73μF/cm2，该值也在磷脂双层膜的特征电容范围（0.4~1μF/cm2）之内，证明了ITO电极表面磷脂双层膜的形成。

Claims (10)

1.一种固体支撑仿生膜体系的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下：
（1）将表面处理好的ITO电极放入电解池底部，向其中加入含有磷脂的己烷溶液，密封静置1~1.5h，使磷脂单层膜在ITO表面充分铺展；
（2）向上述含有磷脂的己烷溶液中，挤入一滴含有0~5mmol/L K3Fe(CN)6和1~2mol/L KCl的水溶液，该液滴在溶液中静置20~30min，使液滴表面自发形成磷脂单层膜；
（3）将液滴与ITO电极接触，在ITO与液滴接触部分形成磷脂双层膜。
2.根据权利要求1所述的固体支撑仿生膜体系的制备方法，其特征在于所述ITO电极的表面处理方法为：将ITO电极先后在洗涤剂、蒸馏水和无水乙醇中分别超声清洗10~15min，用氮气吹干后置于等离子清洗机中处理20~30 s。
3.根据权利要求1所述的固体支撑仿生膜体系的制备方法，其特征在于所述磷脂为蛋黄卵磷脂或二植烷酰甘油磷脂酰胆碱。
4.根据权利要求1或3所述的固体支撑仿生膜体系的制备方法，其特征在于所述磷脂的浓度为0.1~0.3mg/mL。
5.根据权利要求1所述的固体支撑仿生膜体系的制备方法，其特征在于所述己烷溶液的加入量占电解池体积的1/3~2/3。
6.一种固体支撑仿生膜体系的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下：
（1）将经过疏水化修饰的ITO电极放入电解池底部，向其中加入含有磷脂的己烷溶液，然后向溶液中挤入一滴含有0~5mmol/L K3Fe(CN)6和1~2mol/L KCl的水溶液，该液滴在溶液中静置20~30min，使液滴表面自发形成磷脂单层膜；
（2）将液滴与经过疏水化修饰的ITO电极接触，在疏水化处理的ITO与液滴之间形成ODS磷脂杂化膜。
7.根据权利要求6所述的固体支撑仿生膜体系的制备方法，其特征在于所述疏水化修饰的ITO电极的制备方法为：将表面处理好的ITO电极浸入新鲜的ODS-甲苯自组装液中，密封静置3~4h后取出后放入甲苯中超声清洗5~10min，除去自组装膜表面物理吸附的ODS单体，再用乙醇将ITO表面的甲苯洗净，最后用氮气吹干，密封保存待用，所述ODS-甲苯自组装液中ODS与甲苯的体积比为1：50~1：150。
8.根据权利要求7所述的固体支撑仿生膜体系的制备方法，其特征在于所述ITO电极的表面处理方法为：将ITO电极先后在洗涤剂、蒸馏水和无水乙醇中分别超声清洗10~15min，用氮气吹干后置于等离子清洗机中处理20~30 s。
9.根据权利要求6所述的固体支撑仿生膜体系的制备方法，其特征在于所述磷脂为蛋黄卵磷脂或二植烷酰甘油磷脂酰胆碱，磷脂的浓度为0.1~0.3mg/mL。
10.根据权利要求6或9所述的固体支撑仿生膜体系的制备方法，其特征在于所述己烷溶液的加入量占电解池体积的1/3~2/3。
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