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《扬州大学》 2007年
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生物活性物质在微乳液液—液界面上的分配与转移

陈圆  
【摘要】: 在生物机体中,一个极为广泛的领域就是膜。膜现象几乎完全控制着离子和中性分子等物质从活细胞外部向内部或者反方向的运输。生物膜是一种极性端分别朝细胞内和细胞外水溶液的磷脂自组装结构,磷脂的亲脂链形成像油一样的膜内层。由表面活性剂体系形成的液/液界面,如油包水微乳液(W/O)-水包油微乳液(O/W)界面、W/O -双连续结构微乳液(BI)界面等,可以看作与周围电解质相接触的半个生物膜模型。研究由表面活性剂体系形成的液/液界面的电性质以及物质通过界面的传递行为,对于模拟生物膜上功能性物质转移的化学热力学和动力学基础具有积极意义。本论文采用交流阻抗法、紫外-可见分光光度法、圆二色谱法等方法研究了药物、氨基酸、蛋白质等功能性物质在十二烷基硫酸钠/正戊醇/水(SDS/n-C_5H_(11)OH/H_2O)体系中W/O-O/W界面、W/O-BI界面的分配转移特性,为理解和调控生物膜的跨膜运输行为、功能性物质的设计提供了重要的理论依据。论文主要包括以下三部分内容: 一.药物在W/O-O/W、W/O-BI微乳液界面上的分配与转移 药物的油水分配系数是影响其吸收的内在因素,许多药代动力学特征,包括水溶性、脑血穿透以及肠吸收等都与油水分配系数有着非常密切的关系。此外,生命体系中的许多过程都发生在生物膜上,且人和动物的代谢作用及各种生理现象大都与电信号的变化密切相关,并具体表现为无论是能量转换、神经传导、光合作用、呼吸过程,还是基因遗传、疾病防治、药物体内释放等都伴随着电子的转移。在SDS/n-C_5H_(11)OH/H_2O体系中,保持质量比n-C_5H_(11)OH/H_2O = 50/50,当SDS质量百分比小于6.0%时,体系呈两液相共存。表面活性剂在两相界面上定向排列,并且在本体溶液中形成微乳液。当体系中SDS总含量小于3.0%时,随SDS总含量增加,SDS在两相中的含量均增加,但下相(O/W)中的SDS浓度增加较快;当体系中SDS总含量≥3.0%时,随SDS总含量增加,上相中SDS的含量增加较少,其结构仍为W/O,而下相中SDS含量增加较大,其组成落在双连续( BI )区。本章以紫外-可见分光光度法测定了加替沙星在SDS/n-C_5H_(11)OH/H_2O体系上、下相的分配,以交流阻抗法研究了加替沙星、SDS对体系相间电性质的影响,并以流变法研究了加替沙星对该体系上、下相结构的影响。结果表明,加替沙星的加入并没有改变体系上、下相原来的微结构,但是引起了SDS在上、下相的转移和重新分配。在固定质量比n-C_5H_(11)OH/H_2O=50/50、加替沙星总浓度为1.0×10-5mol/L的条件下,随着SDS总含量的增加,加替沙星从上相逐渐转移到下相,即加替沙星在上、下相中的分配系数减小,体系的上相电容、下相电容、相间电容、界面电荷传递电流均增加,上相电阻率、下相电阻率、相间电阻率均减小。当体系中SDS总含量大于3.0%时,上述电性质变化幅度均变缓。当固定SDS总含量分别为1.0%和4.0%时,随着加替沙星总浓度的增加,加替沙星在上、下相中的浓度均增加,导致上相SDS的含量略有增加、下相SDS的含量略有减少,SDS在上、下相中的分配系数增大;体系的上相电容、相间电容、界面电荷传递电流、下相电阻率均增加,而下相电容、上相电阻率、界面电阻率均下降。 除了研究在该体系中带负电荷的加替沙星在体系上、下相中的分配与转移以外,我们还选用了一种在体系中带正电荷的药物-亚甲蓝,以紫外-可见分光光度法测定了亚甲蓝在SDS/n-C_5H_(11)OH/H_2O体系上、下相中的分配,并用以交流阻抗法所研究的亚甲蓝对体系相间电性质影响的结果加以佐证。实验结果表明,加替沙星和亚甲蓝所带电荷相反,因此它们的加入使得SDS在两相间的转移有所不同,对体系电性质的影响也有所不同。在固定质量比n-C_5H_(11)OH/H_2O = 50/50、亚甲蓝总浓度为1.2×10~(-5)mol/L的条件下,随着SDS总含量的增加,亚甲蓝从上相逐渐转移到下相,MB在上、下相中的分配系数减小。当固定SDS总含量分别为1.0%和4.0%时,随着亚甲蓝总浓度的增加,亚甲蓝在上、下相中的含量均增加;上相中SDS的含量减少,而下相中SDS的含量增加,即SDS在上、下相中的分配系数减小;体系的电容、界面电荷传递电流均增加,电阻率均下降。该研究将为药物在液/液界面的作用机理的研究提供有价值的信息。 二.氨基酸在W/O-O/W、W/O-BI微乳液界面上的分配与转移 以紫外-可见分光光度法分别研究了两种芳香族氨基酸—L-苯丙氨酸和L-色氨酸在SDS/n-C_5H_(11)OH/H_2O体系上、下相中的分配,以交流阻抗法研究了两种氨基酸对该体系微乳液相间电性质的影响,并以冷冻蚀刻-透射电子显微镜法和流变法研究了两种氨基酸对该体系上、下相结构的影响。结果表明,在SDS/n-C_5H_(11)OH/H_2O体系中,在固定质量比n-C_5H_(11)OH/H_2O = 50/50、L-苯丙氨酸总浓度为6.0×10~(-3)mol/L(或L-色氨酸总浓度为1.0×10~(-4)mol/L)的条件下,随着SDS总含量的增加,L-苯丙氨酸或L-色氨酸从下相逐渐转移到上相,它们在上、下相中的分配系数均增大,体系的电容、界面电荷传递电流均增加,电阻率减小;当SDS总含量为3.0%时下相微乳液所发生的结构转变使得体系的电容和界面电荷传递电流的增加幅度均变缓、电阻率下降幅度亦变缓。冷冻蚀刻-透射电子显微镜法和流变法的研究结果表明,L-苯丙氨酸或L-色氨酸的加入并没有改变体系上、下相原来的微结构,但是引起了SDS在上、下相的转移和重新分配。当固定SDS总含量分别为1.0%和4.0%时,随着L-苯丙氨酸或L-色氨酸总浓度的增加,它们在上、下相中的浓度均增加;上相SDS含量略有减少,下相SDS含量略有增加,SDS在上、下相中的分配系数减小;体系的电容、界面电荷传递电流均增加,电阻率均减小。上述结果表明可通过改变上、下相的组成来调节膜的结构,从而调控氨基酸在膜内外的转移与分配。 三.血红蛋白在SDS/n-C_5H_(11)OH/H_2O体系两相中的分配和构象变化 本章主要以紫外-可见分光光度法和圆二色谱法研究了血红蛋白在SDS/n-C_5H_(11)OH/H_2O体系上、下相中的分配和构象变化,以交流阻抗法研究了血红蛋白、SDS对体系相间电性质的影响。结果表明,在具有不同结构的两相中,血红蛋白的构象变化不同。根据圆二色谱的研究结果可知,随着SDS总含量的增加,下相Hb的二级结构受到影响,α-helix含量降低,β-sheet含量增加,原来紧密的结构变得松散。结合紫外光谱的研究结果可知,随着SDS总含量的增加,血红蛋白在上相(W/O)中主要以血红素单体形式存在,而在下相(O/W或BI)中由SDS分子诱导产生的高铁血色原部分转变为血红素。此外,随着Hb总浓度的增加,Hb在上、下相中的含量均增加,少量SDS从下相转移至上相,使得体系的上相电容、相间电容、下相电阻率、界面电荷传递电流均增加,下相电容、上相电阻率、相间电阻率均减小。通过流变法、Hb加入前后SDS总含量对体系电性质影响的研究结果我们发现,血红蛋白的加入并没有改变体系上、下相的聚集体结构随SDS总含量变化的趋势。该研究为揭示蛋白质与细胞膜相互作用的机理提供了重要的信息。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O647.3

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【引证文献】
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