雙分子脂膜
正文
一般認為細胞膜和其他一些生物膜都是由吸附(或混入)了蛋白質的類脂物質的雙分子層構成的,故研究水溶液中形成的簡單雙分子脂膜具有重要的理論與實踐意義。實際上,有長久歷史的肥皂膜(肥皂泡)也是一種雙分子脂膜,即在氣相介質中的雙分子脂膜。在肥皂膜這種雙分子脂膜中,表面活性物質(肥皂)分子的碳-氫鏈採取指向氣相的定向排列;極性基團指向膜內。類脂質類表面活性物質在水溶液中形成的雙分子層結構,則其碳-氫鏈指向膜內而極性基團指向水溶液(圖1)。
圖2中,在支持薄片的小孔上塗以類脂或表面活性劑溶液(在水溶液中塗以油溶液,在空氣中則塗水溶液)。由於液膜(平面的)與普拉托邊緣之間存在壓差,液膜會自動變薄,直至雙分子脂膜形成。
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黑脂膜的一個重要物理參數是其膜張力σf。黑脂膜的液膜與本體溶液平衡時,膜的雙面與溶液表面之間有一角度θ(圖3),此實驗事實表明膜張力並不等於溶液表(界)面張力的兩倍。自圖3可以得出膜張力與溶液表(界)面張力γ的關係:
σf=2γcosθ
對於在液體(溶液)中的黑脂膜,由於膜兩邊的溶液可以不同,故 θ和界面張力可以有差異,於是有下列關係:σf=γ1cosθ1+γ2cosθ2
膜張力可以通過最大氣泡壓力法直接測定,也可以通過上述關係自θ和γ的測量值計算出來。一般σf值很小,θ值也很小,故σf的直接測定或間接計算都是不容易的。雙分子膜的厚度可以用電子顯微鏡法、電容法等測量,然而最常用又較精確方便的方法還是光反射方法。薄膜對光的反射係數R(R=I/I0,I0和I分別為入射光和反射光強度)與膜厚有一定關係,故自光反射的測量可求得薄膜的厚度。對於在水溶液中的類脂雙分子膜,膜的導電性是另一個重要物理性質,一般的黑脂膜導電性較差。
黑脂膜的一些物理特性,如電容、膜電勢、膜破裂電壓、水和溶質的透過性以及膜的光電效應等,在近年來得到廣泛的研究。表中列出黑脂膜的一些物理化學性質,並與天然膜相比較。可以看出,二者的性質在相當大程度上非常接近。此外,對於這兩種膜,都觀察到有離子選擇性和光激動性等特性。這些事實說明了黑脂膜體系確為生物膜的極好近似。
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J. H. Fendler, Membrane mimetic Chemistry,John Wiley & Sons,New York,1982.