CN104058365A

CN104058365A - 在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法

Info

Publication number: CN104058365A
Application number: CN201410281890.8A
Authority: CN
Inventors: 韩晓军; 吕鹏
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2034-06-23
Also published as: CN104058365B

Abstract

本发明公开了一种在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法。所述方法为：一、利用等离子体氧化技术图案化自组装膜表面；二、在图案化自组装膜表面上进行层层自组装或金/银纳米粒子的组装，构建微米级别的沟槽结构；三、在沟槽结构的上面利用巨型磷脂泡囊的铺展制备远离基底的仿生膜。本发明将等离子体氧化技术与层层组装（及纳米技术）应用到支撑磷脂双层膜的制备中，实现了远离基底的仿生膜的制备，突破性地扩大了支撑磷脂双层膜阵列的制备方法，为膜生物物理学、生物化学、仿生学和微纳米技术领域的相关膜特性研究提供了可靠的技术方法。

Description

在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法

技术领域

本发明涉及一种仿生膜的构建方法，具体涉及一种在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法。

背景技术

支撑磷脂双层膜由于其具有良好的流动的性质而被广泛地用于生物膜的生物物理性质研究。而常规支撑磷脂双层膜膜层和基底之间仅有1nm~2nm的距离，这限制了具有较大膜外部分的跨膜蛋白的重组，从而影响膜蛋白的构象和功能。这是目前利用人工模拟体系跨膜蛋白质功能和结构的研究的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，将等离子体氧化技术与层层组装（及纳米技术）应用到支撑磷脂双层膜的制备中，实现了远离基底的仿生膜的制备，突破性地扩大了支撑磷脂双层膜阵列的制备方法，为膜生物物理学、生物化学、仿生学和微纳米技术领域的相关膜特性研究提供了可靠的技术方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其具体实施步骤如下：

一、利用等离子体氧化技术图案化自组装膜表面；

二、在图案化自组装膜表面上进行层层自组装或金/银纳米粒子的组装，构建微米级别的沟槽结构；

三、在沟槽结构的上面利用巨型磷脂泡囊的铺展制备远离基底的仿生膜。

本发明具有以下优点：

1、本发明利用等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上层层组装聚电解质和金/银纳米粒子的吸附构建出微米级别的沟槽结构，沟深可在5nm~150 nm之间调节，并在其上面实现了巨型磷脂泡囊的铺展进而实现了远离基底的仿生膜的制备。

2、该制备方法具有操作简单、反应条件温和、稳定性好、成本低等优点。

3、远离基底的仿生膜且具流动性好，适合跨膜蛋白质的重组等优点，能够在细胞生物学、膜生物物理学、生物化学、仿生学和微纳米技术领域的相关生物膜特性和细胞模拟等研究和应用方面具有重大应用价值。

附图说明

图1为PDMS印章表面微图案；

图2为层层组装12个双层后显微镜照片；

图3为原子力显微镜观察层层组装后基底表面照片；

图4为在AFM照片表面划线，观察沟槽结构高度差的照片；

图5为泡囊在远离基底表面铺展的荧光显微镜照片。

具体实施方式

下面结合附图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：本实施方式提供了一种聚电解质层层组装并利用等离子体氧化技术图案化法构建生物膜的方法，在等离子体氧化技术图案化的ODS自组装膜上层层组装聚电解质，并在其上构建远离基底的仿生膜，具体步骤如下：

一、基底的预处理及ODS（十八烷基三甲氧基硅烷）自组装；

二、利用PDMS（聚二甲基硅氧烷）及等离子体氧化技术实现基底的图案化构造；

三、利用聚电解质层层组装技术完成沟槽结构的构建；

四、制备磷脂泡囊并通过其在沟槽表面自发破裂铺展完成生物膜的构建，具体构建方法如下：用移液枪移取5~10 μL 、5~15 mg/ml egg PC(蛋黄卵磷脂)溶液，均匀涂覆在清洗过的ITO（氧化铟锡）电极导电面上（两片电极均用此法处理），自然干燥。使用聚四氟乙烯方槽将两片ITO电极分开，槽内充满去离子水。在两片ITO电极间施加（3~10V，1~1000Hz）交流电场，经过1~4 h后，直径为10 μm~100μm的巨型磷脂囊泡形成并脱离电极。将巨型磷脂囊泡加水稀释后与PBS（pH=7）等体积混合至浓度为0.5~1 mg/mL。将组装后的基底浸入泡囊溶液中，孵育1~4h，即可得到远离基底的磷脂双层膜阵列。

具体实施方式二：本实施方式提供了一种聚电解质层层组装并利用等离子体氧化技术图案化法构建生物膜的方法，其具体实施步骤如下：

一、基底的预处理及ODS（十八烷基三甲氧基硅烷）自组装：

将玻璃基底用无水乙醇和蒸馏水各超声清洗5 min~10 min，用氮气吹干后置于等离子清洗机中处理20 s~30 s。将清洗干净的基底放入ODS的甲苯溶液（ODS与甲苯的体积比为1:50~1:150）中自组装2~4小时，组装结束后用甲苯清洗并氮气吹干待用。

二、利用PDMS（聚二甲基硅氧烷）及等离子体氧化技术实现基底的图案化：

将表面具有微图案的PDMS（聚二甲基硅氧烷）印章（图1）压在ODS自组装的玻片上，进行1min~5min的氧气等离子体氧化，将PDMS印章去掉即可完成基底表面的图案化构建。

三、利用聚电解质层层组装技术完成沟槽结构的构建：

将0.2M的KH₂PO₄和K₂HPO₄按体积比5.3:94.7配制成pH=8的PBS（磷酸盐缓冲液）。层层组装时需要将带有相反电荷的聚电解质由静电吸附作用在基底上逐层交替沉积，本实施方式中使用的是带正电荷的PDDA（聚4-苯乙烯磺酸钠）和带负电荷的PSS，将其用pH=8的PBS溶液作为溶剂，配制浓度为2mg/mL的PDDA和PSS两种溶液，溶液中额外添加0.5 M 的KCl。图案化的ODS自组装膜表面由两种区域组成：一种是图案化时，被PDMS印章压印的区域，其表面由于未被等离子体氧化而仍为疏水性的甲基；另一种区域是图案化时，未被印章压印的区域，其表面的甲基被超氧离子氧化为亲水性的羧基，表面带有负电荷。将图案化后的基底浸没于配制好的带正电荷的PDDA溶液中进行自组装10min~20min，表面为羧基的区域可以由静电吸附作用吸附带正电荷的PDDA分子。将其取出并浸洗于稀释过的PBS溶液中，用去离子水清洗并用氮气吹干，之后将其浸没于带负电荷的PSS溶液中进行自组装10min~20min，按上述步骤清洗后即可得到一个PDDA/PSS聚电解质双层，重复上述步骤，即可制备多个PDDA/PSS双层（图2）。制备7个双层后，其膜层与基底距离可达150nm（图3-4）。

四、制备磷脂泡囊并通过其在表面自发破裂铺展完成远离基底的仿生膜的构建：

用移液枪移取5 μL 10 mg/ml egg PC(蛋黄卵磷脂)溶液，均匀涂覆在清洗过的ITO（氧化铟锡）电极导电面上（两片电极均用此法处理），自然干燥。使用聚四氟乙烯方槽将两片ITO电极分开，槽内充满去离子水。在两片ITO电极间施加（5V，10Hz）交流电场，经过4 h后，直径为50μm的巨型磷脂囊泡形成并脱离电极。将巨型磷脂囊泡加水稀释后与PBS（pH=7）等体积混合至浓度为1 mg/mL。将组装后的基底浸入泡囊溶液中，孵育4h，即可得到远离基底的磷脂双层膜阵列（图5）。

具体实施方式三：本实施方式提供了一种聚电解质层层组装并利用等离子体氧化技术图案化法构建生物膜的方法，在等离子体氧化技术图案化的氨基自组装膜表面镀金/银膜，并在其上面构建远离基底的仿生膜，具体实施步骤如下：

一、基底的预处理及APTES（3-氨丙基三乙氧基硅烷）自组装；

三、合成金/银胶纳米粒子，利用静电吸附作用完成纳米粒子在氨基表面的吸附与固定；

四、制备磷脂泡囊并通过其在表面自发破裂铺展完成生物膜的构建。

具体实施方式四：本实施方式提供了一种聚电解质层层组装并利用等离子体氧化技术图案化法构建生物膜的方法，其具体实施步骤如下：

一、基底的预处理及APTES（3-氨丙基三乙氧基硅烷）自组装：

将玻璃基底用无水乙醇和蒸馏水各超声清洗5 min~10 min，用氮气吹干后置于等离子清洗机中处理20 s~30 s。将清洗干净的基底放入APTES的甲苯溶液（APTES与甲苯的体积比为1:50~1:150）中自组装2~4小时，组装结束后用甲苯清洗并氮气吹干待用。

二、利用PDMS及等离子体氧化技术实现基底的图案化构造：

将表面具有微图案的PDMS印章压在完成APTES自组装的玻片上，进行1min~5min的氧气等离子体氧化，完成基底表面的图案化构建。

三、合成金/银胶纳米粒子及纳米粒子在氨基表面的吸附与固定：

采用Frens制金法，移取50mL0.01%HAuC1₄溶液于烧杯，加热至沸，在剧烈搅拌下，快速加入新配的1%柠檬酸钠溶液5ml，连续煮沸5min，溶液颜色由深蓝变为红色，并保持稳定，即得到红色的胶体金。

称取80mg的AgNO₃溶于250ml蒸馏水中，加热煮沸，在剧烈搅拌下，快速加入新配制的1%柠檬酸钠溶液5ml，继续煮沸1h，冷却至室温，得到胶体银。

将图案化后的基底浸没在金/银胶溶液中4h~12h，纳米粒子即可由静电吸附作用完成在图案化后的基底表面上的吸附与固定。

用移液枪移取5 μL 10 mg/ml egg PC(蛋黄卵磷脂)溶液，均匀涂覆在清洗过的ITO（氧化铟锡）电极导电面上（两片电极均用此法处理），自然干燥。使用聚四氟乙烯方槽将两片ITO电极分开，槽内充满去离子水。在两片ITO电极间施加（5V，10Hz）交流电场，经过4 h后，直径为50μm的巨型磷脂囊泡形成并脱离电极。将巨型磷脂囊泡加水稀释后与PBS（pH=7）等体积混合至浓度为1 mg/mL。将组装后的基底浸入泡囊溶液中，孵育4h，即可得到远离基底的磷脂双层膜阵列。

Claims

1.一种在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

一、利用等离子体氧化技术图案化自组装膜表面；

2.根据权利要求1所述的在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其特征在于所述步骤一的具体步骤为：将表面具有微图案的PDMS印章压在自组装的玻片上，进行1min~5min的氧气等离子体氧化，将PDMS印章去掉即可完成基底表面的图案化构建。

3.根据权利要求1或2所述的在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其特征在于所述自组装膜为ODS自组装膜或APTES自组装膜。

4.根据权利要求3所述的在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其特征在于所述ODS自组装膜的组装方法为：将玻璃基底用无水乙醇和蒸馏水各超声清洗5 min~10 min，用氮气吹干后置于等离子清洗机中处理20 s~30 s；将清洗干净的基底放入ODS的甲苯溶液中自组装2~4小时，组装结束后用甲苯清洗并氮气吹干待用。

5.根据权利要求3所述的在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其特征在于所述自组装膜为ODS自组装膜时，在图案化自组装膜表面上进行层层自组装，构建微米级别的沟槽结构。

6.根据权利要求3所述的在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其特征在于所述APTES自组装膜的组装方法为：将玻璃基底用无水乙醇和蒸馏水各超声清洗5 min~10 min，用氮气吹干后置于等离子清洗机中处理20 s~30 s；将清洗干净的基底放入APTES的甲苯溶液中自组装2~4小时，组装结束后用甲苯清洗并氮气吹干待用。

7.根据权利要求3所述的在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其特征在于所述自组装膜为APTES自组装膜时，在图案化自组装膜表面上进行金/银胶纳米粒子的组装，构建微米级别的沟槽结构。

8.根据权利要求1所述的在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其特征在于所述步骤三的具体步骤为：用移液枪移取5~10 μL 、5~15 mg/ml egg PC溶液，均匀涂覆在清洗过的ITO电极导电面上，自然干燥；使用聚四氟乙烯方槽将两片ITO电极分开，槽内充满去离子水；在两片ITO电极间施加3~10V、1~1000Hz的交流电场，经过1~4 h后，巨型磷脂囊泡形成并脱离电极；将巨型磷脂囊泡加水稀释后与pH=7的PBS等体积混合至浓度为0.5~1 mg/mL；将组装后的基底浸入泡囊溶液中，孵育1~4h，即可得到远离基底的磷脂双层膜阵列。

9.根据权利要求8所述的在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其特征在于所述巨型磷脂囊泡的直径为10 μm~100μm。

10.根据权利要求1、5或7所述的在等离子体氧化技术图案化的自组装膜表面上构建远离基底的仿生膜的方法，其特征在于所述沟槽结构中，沟深为5nm~150 nm。