楊嵐　邱樹(shù)毅　盧衛(wèi)紅

摘 要：近年來(lái)隨著分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)不斷發(fā)展，各領(lǐng)域多種學(xué)科相互交融來(lái)研究生物膜制作技術(shù)，已經(jīng)成為現(xiàn)代尖端研究的發(fā)展方向。眾所周知生物膜的基本結(jié)構(gòu)是脂雙層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可保證細(xì)胞內(nèi)各部分的結(jié)構(gòu)有機(jī)排列組合。其擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸物質(zhì)、交換能量、調(diào)節(jié)代謝、交換信息，分子或細(xì)胞甄別等多項(xiàng)復(fù)雜任務(wù)。由此可見(jiàn)，生物膜是生命發(fā)展變化中諸多實(shí)時(shí)變化的基本單元。生命中物質(zhì)輸送、能量交換和信息傳遞都和生物膜雙層脂膜結(jié)構(gòu)密不可分，生物膜和仿生膜的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，特別是膜的制備方面的相關(guān)問(wèn)題。文章從多種途徑，研究仿生膜制備的方法，列舉了具體的制作過(guò)程，具有極大的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，總之，尋找新的仿生膜合成方法是現(xiàn)代科學(xué)家們面臨的一項(xiàng)緊迫而又艱巨重要的任務(wù)，可以說(shuō)，仿生膜制備方法的發(fā)展是仿生膜發(fā)展的源泉。

關(guān)鍵詞：bf生物膜；cbm仿生膜；cs細(xì)胞；脂雙層；膜的制備

依據(jù)生物膜的雙層脂膜結(jié)構(gòu)的這種特殊結(jié)構(gòu)，采用人工膜進(jìn)行較易操作的實(shí)驗(yàn)做離體實(shí)驗(yàn)研究的方法，是不斷深入掌控生物膜基本功能的重要研究方法之一?，F(xiàn)在常用的兩種人工膜模型，平板雙層磷脂膜（BLM）和球形脂質(zhì)體（Liposome）可以說(shuō)是自然生物膜結(jié)構(gòu)的充分體現(xiàn)。生物體生命活動(dòng)的基本過(guò)程是以電荷為載體與生物膜結(jié)構(gòu)息息相關(guān)的。用電化學(xué)的理論、方法和技術(shù)進(jìn)行模擬生物膜功能的研究是認(rèn)識(shí)生命活動(dòng)最直接和明確的途徑，模擬生物膜的電化學(xué)研究是近期生物電化學(xué)研究發(fā)展的必然。仿生膜的研究對(duì)生物膜研究具有極其顯著的理論和應(yīng)用價(jià)值，特別是膜的制備方面的相關(guān)問(wèn)題研究。文章從多種途徑，研究仿生膜制備的方法，列舉了具體的制作過(guò)程，具有極大的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。生物膜是細(xì)胞內(nèi)膜和細(xì)胞外膜的統(tǒng)稱(chēng)，此外還包括高等動(dòng)物體內(nèi)的復(fù)合膜。生物體生命在進(jìn)化過(guò)程中，膜的出現(xiàn)具有特殊的意義，質(zhì)膜的形成是非細(xì)胞生物（如病毒、噬菌體）與細(xì)胞生物的一個(gè)重要分界點(diǎn)，細(xì)胞內(nèi)膜體系的發(fā)展是細(xì)胞生物從低級(jí)向高級(jí)進(jìn)化的反映?，F(xiàn)代科學(xué)研究表明，生物膜特有的脂雙分子層結(jié)構(gòu)和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)a-螺旋結(jié)構(gòu)一樣，都是生命體系的基本結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞的重要特征之一。生物膜維持著細(xì)胞內(nèi)各部分的結(jié)構(gòu)有序性，它關(guān)系到細(xì)胞內(nèi)的能量代謝轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)等大分子的生物合成、細(xì)胞和外界環(huán)境的物質(zhì)交換及信息傳遞等重要過(guò)程，因此，生物膜結(jié)構(gòu)既是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的基本形式，也是生命活動(dòng)的主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)?？傊?，尋找新的仿生膜合成方法是當(dāng)代科學(xué)家們理應(yīng)擔(dān)當(dāng)?shù)钠D巨的研究任務(wù)，可以說(shuō)，仿生膜制備方法的發(fā)展是仿生膜發(fā)展及對(duì)生物膜研究的基礎(chǔ)。

1 生物膜

1.1 生物膜的組成原料

大量研究已表明生物膜基本原料是由水和類(lèi)脂、蛋白質(zhì)、糖（糖蛋白、糖脂）等組成，此外還有少量的核酸和無(wú)機(jī)離子[2]。脂類(lèi)是一些不溶于水而溶于有機(jī)溶劑的大分子，在膜中主要起基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作用，其流動(dòng)性可輔助蛋白質(zhì)發(fā)揮功能，脂的極性端參與生物膜的相互作用，有少數(shù)幾種脂類(lèi)還參與信息的傳遞過(guò)程。多數(shù)膜蛋白是酶、受體或通道，具有一定的生物學(xué)功能，在細(xì)胞與外界的相互作用及物質(zhì)和信息的交換中起著重要的作用。糖類(lèi)多以復(fù)合物形式存在，通過(guò)共價(jià)鍵與某些脂類(lèi)或蛋白質(zhì)組成糖脂或糖蛋白。類(lèi)脂和蛋白質(zhì)是生物膜的主要成分，約占膜總重量的80%，水占膜總重量的15-20%。在不同的細(xì)胞中或在同一細(xì)胞不同的細(xì)胞器中以及不同的細(xì)胞膜層中，類(lèi)脂和蛋白質(zhì)比例相差很大。膜的蛋白質(zhì)含量與細(xì)胞的代謝、吸收、分泌等生物活性有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，功能越復(fù)雜多樣的膜，所含蛋白質(zhì)的種類(lèi)越多，所占重量的比例也越大。

1.2 生物膜的結(jié)構(gòu)（流動(dòng)鑲嵌模型）

70年代Simger和Nicolson[3]提出的細(xì)胞膜流動(dòng)鑲嵌模型至今仍被普遍采用（圖1）。

該模型強(qiáng)調(diào)了生物膜的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，特別是流動(dòng)性和不對(duì)稱(chēng)性。其特征有五點(diǎn)：（1）類(lèi)脂分子特別是磷脂分子是構(gòu)成細(xì)胞膜的基本物質(zhì)；（2）類(lèi)脂分子以雙分子層方式排列，其極性端朝向膜外；（3）蛋白質(zhì)分子鑲嵌在脂雙層中；（4）類(lèi)脂的各種成分在膜內(nèi)外的分部是不對(duì)稱(chēng)的，膜蛋白的分布也表現(xiàn)高度的不對(duì)稱(chēng)性；（5）細(xì)胞膜不是靜止的，而是流動(dòng)的。類(lèi)脂和蛋白質(zhì)可以在脂雙層內(nèi)進(jìn)行多種形式的運(yùn)動(dòng)。

1.3 生物膜的性質(zhì)和功能組成

1.3.1 生物膜的性質(zhì)

主要體現(xiàn)在脂雙模的穩(wěn)定性，生物膜脂雙層的非對(duì)稱(chēng)性，膜的電惰性與可修飾性，相變溫度，膜的通透性，膜的流動(dòng)性，膜的多型性。

1.3.2 生物膜的功能

主要包括細(xì)胞膜的屏障作用，細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸作用，細(xì)胞膜的受體作用，融合作用，細(xì)胞膜的信息傳遞作用。

2 模擬生物膜的模型

50年代末，Muller.P等人[1]在水溶液間成功形成自組裝Planar Bilayer Lipid Membrane（簡(jiǎn)稱(chēng)BLM膜），這種膜與生物膜的組成和結(jié)構(gòu)相似，因此可作為生物膜的模型用于各種研究。BLM膜與后來(lái)相繼出現(xiàn)的各種模擬生物膜（包括L-B膜，支撐的BLM膜）為我們提供了研究生物膜的有效手段。如今，生物膜研究已經(jīng)成為綜合生物學(xué)、化學(xué)及物理學(xué)的跨學(xué)科工程。它的成就已在生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、藥理學(xué)等領(lǐng)域起到不可估量的作用。特別是70年代以來(lái)，各種物理化學(xué)新技術(shù)、新方法的應(yīng)用使生物膜的研究已經(jīng)深深地滲入到電化學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)、分子生物學(xué)、生理學(xué)、病理學(xué)等各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，并極大地推動(dòng)這些學(xué)科的發(fā)展。實(shí)際上，生物膜研究已成為分子生物學(xué)中最令人矚目和最活躍的研究領(lǐng)域之一。

2.1 傳統(tǒng)的類(lèi)脂雙層膜

實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的BLM是通過(guò)把類(lèi)脂溶液鋪展在界于兩種不同水溶液間憎水部分的小孔上形成的。這種方式由Muller等在60年代首先報(bào)道。由此方法形成的BLM，其性能的變化如電勢(shì)、電容及電流很容易由放置于膜另一側(cè)的參比電極所測(cè)得。直到今天，這種傳統(tǒng)的方法仍然是最簡(jiǎn)單可行的技術(shù)。

2.2 支撐的類(lèi)脂雙層膜