結(jié)果和討論

表面壓力-脂質(zhì)在空氣中的面積等溫線- GO 水性分散界面。 表面壓力為 定義為純水之間的表面張力降低 表面和單層覆蓋的表面。 它描述了 空氣-水或空氣-水的分子堆積密度 界面。 表面壓力-面積等溫線由下式獲得 監(jiān)測(cè)相對(duì)于平均分子的表面壓力變化 在恒定溫度下壓縮時(shí)的面積。 什么時(shí)候 分子在坍縮前緊密堆積，面積為 將表面壓力-面積等溫線（固相或液相凝聚相）的線性部分外推至零 表面壓力（如圖 1a 中的虛線所示）為 稱為極限分子區(qū)域。 29 這個(gè)重要的 特征代表占據(jù)的平均分子面積 當(dāng)分子緊密堆積成單層時(shí)。 這 極限分子面積通常由 頭基和填料的分子間相互作用 的烷基鏈。 30 圖 1 顯示了表面壓力-面積等溫線 帶正電的 DODAB (a) 和 DSEPC (b)，中性 帶電的 DSPC (c)、帶負(fù)電的 DSPA (d) 和 SA (e) 在純水和 GO 水分散體亞相 (0.01, 0.02 和 0.04 毫克/毫升 GO)。 值得注意的是，沒(méi)有表面 使用 0.01、0.02 和 0.04 在界面處檢測(cè)壓力 mg/mL GO 水分散體作為亞相 傳播脂質(zhì)（數(shù)據(jù)未顯示），表明 GO 本身 本研究中使用的表面活性不足以影響 水的表面張力。 的極限分子區(qū)域 純水帶正電荷的 DODAB 和 DSEPC 亞相被確定為 73 和 61 ?2 /分子， 分別如黑色曲線上的虛線所示 在圖 1a、b 中。 這些數(shù)字與之前的一致 研究。30-32 當(dāng)這兩種脂質(zhì)沉積在空氣中時(shí)- GO分散界面，極限分子面積上升為 隨著亞相中 GO 濃度從 0.01 到 0.02 到 0.04 mg/mL 的增加，明確觀察到。 此外， 液態(tài)凝聚相從較高的平均分子面積開(kāi)始 隨著 GO 濃度的增加。 這一觀察表明 GO 可以并入或吸附到 DODAB 和 DSEPC，增加平均分子面積。 然而，當(dāng)帶中性電荷的脂質(zhì) DSPC 時(shí)， 帶電荷的脂質(zhì) DSPA 和脂肪酸 SA 沉積， GO 分散體的表面壓力-面積等溫線幾乎 與在純水亞相上獲得的等溫線完全相同， 如圖 1c-e 所示。 在這三種分子的每一種情況下， 表面壓力以幾乎相同的平均分子上升 區(qū)域，并且極限分子區(qū)域也非常相似 盡管亞相中 GO 的濃度不同。 這些 觀察表明 GO 不能合并或成為 吸附到 DSPC、DSPA 或 SA 的單層中。 兩者都不 界面和亞相中 GO 的存在有任何影響 關(guān)于這些分子的單層形成。 作為 細(xì)胞膜中的磷脂呈陰性或中性 帶電，GO可能被細(xì)胞吸收到膜中 不應(yīng)該是由于之間的直接化學(xué)相互作用 GO 和磷脂，但通過(guò)生物過(guò)程，如 內(nèi)吞作用。8,33

圖 1. 空氣-水或 GO 分散界面處脂質(zhì)的表面壓力-面積等溫線：(a) 帶正電荷的 DODAB； (b) 積極 收費(fèi) DSEPC； (c) 帶中性電荷的 DSPC； (d) 帶負(fù)電的 DSPA； (e) 帶負(fù)電的 SA。 請(qǐng)注意，沒(méi)有表面壓力 在空氣-GO 分散界面處檢測(cè)到，而沒(méi)有在界面處擴(kuò)散脂質(zhì)。 每個(gè)分子軸面積的虛線的截距 表示每個(gè)分子的極限面積。

圖 1 清楚地顯示了具有不同 電荷對(duì)脂質(zhì)之間的相互作用有深遠(yuǎn)的影響 去。 疏水尾基被認(rèn)為不是 參與了這種互動(dòng)。 這是因?yàn)?18 碳 疏水尾應(yīng)朝向疏水 空氣相。 即使尾巴可以在空中與GO接觸- 剛沉積后的水界面，對(duì)提升沒(méi)有影響 在觀察過(guò)程中觀察到區(qū)域或限制分子區(qū)域 DSPC、DSPA 和 SA 等溫線上的壓縮。 尤其值得注意的是 DSEPC、DSPC 和 DSPA 具有完全相同的 1,2-二硬脂酰-sn-甘油基團(tuán) 與頭組的唯一區(qū)別是共同的，因?yàn)?方案 1b-d 所示。 因此，控制 GO 和脂質(zhì)相互作用的因素是頭基。 積極地 帶電頭部基團(tuán)（銨和乙基磷酸膽堿） 對(duì)帶負(fù)電有很強(qiáng)的靜電吸引力 GO 的羧基，導(dǎo)致 GO 的摻入 進(jìn)入單層。 帶中性電荷的首基（磷酸膽堿）或帶負(fù)電荷的首基（磷酸和 羧基）不吸附GO，因?yàn)闆](méi)有偏愛(ài) 靜電相互作用。 此外，這些似乎中立 帶電和帶負(fù)電的頭部基團(tuán)可以排斥GO 來(lái)自 air-GO 分散界面的薄片。 這解釋了為什么 這些脂質(zhì)的等溫線幾乎完全相同 GO 在純水亞相上的分散。 因此，我們 將重點(diǎn)關(guān)注 GO 和 DODAB 之間的交互以及 DSEPC 在下面的討論中。

GO 吸附到 DODAB 的單層和 DSEPC。

盡管 DODAB 和 DSEPC 的兩個(gè)頭組 具有相同數(shù)量的正電荷，化學(xué) 結(jié)構(gòu)大不相同。 為了進(jìn)一步表征 帶正電荷的頭部基團(tuán)之間的相互作用 DODAB 和 DSEPC 和 GO，GO 吸附研究 在表面壓力 20 mN/m 下研究脂質(zhì)單層，如 如圖 2 所示。作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，單層 DODAB 或 DSEPC 首先被壓縮到 20 mN/m 水亞相，然后是表面壓力（黑色曲線 圖 2a,b) 和表面電位（圖 2c,d 中的黑色曲線） 對(duì)經(jīng)過(guò)的時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控。 正如預(yù)期的那樣，DODAB 和 DSEPC 單層最初壓縮到 20 mN/m 在純水亞相中穩(wěn)定。 在這兩種情況下，表面壓力都是 6000 秒后仍約為 18 mN/m（圖中黑色曲線 2a,b) 前 1000 s 表面壓力快速下降 可能是由于后單層松弛 壓縮。 類似的表面電位穩(wěn)定現(xiàn)象 還觀察到與時(shí)間的關(guān)系，如圖 2c、d 所示。 為了 在DODAB或DSEPC單層后吸附GO 最初在純水中壓縮至 20 mN/m，小心緩慢注入 600 μL 1 mg/mL GO 分散體 水亞相達(dá)到 0.02 mg/mL GO 單層，然后是表面壓力（圖中紅色曲線 2a,b) 或表面電位（圖 2c,d 中的紅色曲線）變化 對(duì)時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控。 值得注意的是， 在亞相中注入 GO 以達(dá)到 0.02 mg/mL 導(dǎo)致空氣-水界面的表面壓力增加 6000 秒。 如圖2a、c所示，DODAB的表面壓力 單層增加到 21.3 mN/m 而表面電位 在前 500 秒內(nèi)下降到幾乎 0 mV。 值得注意的是 圖 2c 中 DODAB（紅色）的表面電位曲線為 在 GO 之前最初大約 300 mV 小心而緩慢 注入亞相。 表面壓力的變化和 表面電位清楚地表明存在靜電 DODAB 正銨基之間的相互作用 和 GO 的負(fù)羧基。

圖 2. (a) DODAB 和 (b) DSEPC 單層的表面壓力與經(jīng)過(guò)時(shí)間的關(guān)系。 單層的表面電位與經(jīng)過(guò)時(shí)間的關(guān)系 (c) DODAB 和 (d) DSEPC。 黑色曲線：?jiǎn)螌釉诩兯畞喯嗌媳粔嚎s到 20 mN/m 的表面壓力。 紅色曲線： 將單層壓縮至 20 mN/m 后，將 600 μL 1 mg/mL GO 分散體小心緩慢注入單層下方 進(jìn)入水亞相以達(dá)到 0.02 mg/mL 的 GO。

由于 GO 是一個(gè)極薄的層（~1 nm），具有大的表面 區(qū)域，當(dāng)它出現(xiàn)時(shí)研究它的方向是非常有趣的 與脂質(zhì)相互作用。 涉及兩個(gè)可能的方向 此處：“邊緣向內(nèi)”和“正面向內(nèi)”。 “入邊”是指表面 GO表是垂直的，而“face-in”描述的是水平的 方向。 在空氣-水/水 界面可以提供一些見(jiàn)解。 我們建議去 片通過(guò)插入進(jìn)入有序的 DODAB 單層 具有“邊緣向內(nèi)”取向的羧基 銨基團(tuán)之間的靜電相互作用 羧基，如圖 3a 所示。 也有可能 一些 GO 片與帶正電的頭部相互作用 使用單層下方的“面朝”方向進(jìn)行分組。 GO 納米片不太可能融入 具有“面朝”方向的單層（圖 3b）。 第一的， 20 mN/m 的 DODAB 單分子層足夠緊密地堆積 GO 更容易擠入邊緣（約 1 nm） 比側(cè)面（高達(dá)幾百納米）。 第二， 帶負(fù)電荷的羧基主要存在于邊緣， 不在 GO 的側(cè)面。 表面的減少 電位也是由于這種靜電相互作用，因?yàn)?帶負(fù)電荷的 GO 與有序 DODAB 的結(jié)合 單層中和了 DODAB 的電荷，降低了 界面處的偶極矩。

人們期望觀察到類似的表面現(xiàn)象 如果 GO 與 DSEPC 結(jié)合，則壓力和表面電位 單層通過(guò)與 DODAB 相同的方式。 有人發(fā)現(xiàn) DSEPC 單層的表面電位下降到 50 mV 左右 當(dāng) GO 被引入亞相時(shí)（圖 2d，紅色曲線），表明 DSEPC 存在偶極矩變化 單層。 然而，表面卻非但沒(méi)有增加，反而減少了 在 DSEPC 實(shí)驗(yàn)中觀察到壓力，如圖 圖 2b。 由于 DSEPC 具有如此大的疏水尾部 錨定在氣水界面，它不太可能失去 DSEPC 分子到亞相。 值得注意的是，在 空氣-水界面 DSEPC 的頭基是本體 snglycero-3-ethylphosphocholine，帶有帶正電荷的膽堿 sn-glycero-3-ethylphospho 的基團(tuán)和強(qiáng)極性基團(tuán)。 當(dāng) GO 從亞相擴(kuò)散到 DSEPC 單層時(shí) 在界面處，帶負(fù)電的 GO 可能 與 DSEPC 的帶正電荷的膽堿部分相互作用 但由于屏蔽而不會(huì)滲透到單層中 來(lái)自 sn-glycero-3-ethylphospho，如圖 3c,d 所示。 這是 GO 也可能與 DSEPC 單層相互作用 下方的“邊緣向內(nèi)”和“面向內(nèi)”方向 單層，如圖 3c 所示。 靜電相互作用 GO 不僅中和了正電荷密度 DSEPC 中的頭組，但也導(dǎo)致更緊密的包裝 界面上的 DSEPC 分子。 這個(gè)假設(shè)解釋了 當(dāng)表面壓力和表面電位同時(shí)下降時(shí) GO 從亞相擴(kuò)散到 DSEPC 單層。

圖 3. GO 并入 DODAB (a, b) 和 DSEPC (c, d) 單層時(shí)可能取向的示意圖 氣水界面。

如果我們對(duì)不同綁定的假設(shè) GO 對(duì) DODAB 和 DSEPC 單層的行為是 是的，人們會(huì)期望觀察到更大的表面增加 當(dāng)初始表面壓力較低時(shí)，DODAB 的壓力。 事實(shí)上，發(fā)現(xiàn)表面壓力增加了大約 2.5 mN/m 在實(shí)驗(yàn)中當(dāng) GO 與 DODAB 單層結(jié)合時(shí) 最初壓縮到 15 mN/m，如圖 4a 所示（粉紅色 曲線）。 另一方面，當(dāng)表面壓力為 DODAB 單層夠高，GO 沒(méi)有邊 擠入緊密堆積的單層。 如圖 4a（黑色曲線），亞相中的GO不會(huì)導(dǎo)致表面 當(dāng) DODAB 單層被壓縮到 25 毫牛/米。 在 DSEPC 的情況下，表面壓力降低了 當(dāng) GO 注入亞相時(shí)為單層。 總之， 這些觀察結(jié)果驗(yàn)證了我們?cè)趫D 3 中提出的模型 GO 與 DODAB 和 DSEPC 單層的結(jié)合 界面。

圖 4. GO 在不同表面的 (a) DODAB 和 (b) DSEPC 單層的吸附研究（表面壓力與經(jīng)過(guò)時(shí)間） 壓力。 單層首先在純水亞相上壓縮到一定的表面壓力，然后 600 μL 1 mg/mL GO 分散體 被小心地緩慢注入單層下方的水亞相中。

Langmuir-Blodgett (LB) 薄膜的 AFM 圖像。 原子 力顯微鏡 (AFM) 是一種強(qiáng)大的無(wú)損方法 以高分辨率可視化 LB 薄膜的形態(tài)。 這 轉(zhuǎn)移到基板上的 LB 薄膜的表面可以是 在不損壞樣品的情況下重復(fù)成像。 在這項(xiàng)研究中， 表面壓力為 20 mN/m 的 DODAB 或 DSEPC 的朗繆爾單層首先從空氣-純水或空氣-轉(zhuǎn)移 GO水分散體與新裂解云母的界面 基板，然后在空氣中干燥和 AFM 成像。 圖 5a 顯示了 5 μL 后 GO 納米片的形態(tài) 將 0.02 mg/mL GO 分散體涂在云母上并干燥。 圖中的白色曲線顯示了提取的輪廓 白色虛線的橫截面軌跡。 GO 發(fā)現(xiàn)納米片的高度均勻約為 1 nm 具有大的長(zhǎng)度分布。 這證實(shí)了 GO 確實(shí)是 單層。16,34,35 圖 5c 和 5e 顯示了 AFM 圖像 DODAB 和 DSEPC 的 LB 薄膜以 20 mN/m 的速度轉(zhuǎn)移 分別來(lái)自空氣-純水界面。 這些電影是 在這兩種情況下都非常一致，表明形成 均質(zhì)單層。 36 有一些深度為 0.4-0.5 nm 的小孔，可以假設(shè)為 DODAB 或 DSEPC 的單分子層。 為了學(xué)習(xí) DODAB 和 DSEPC LB 薄膜的形貌 air-GO分散界面，LB膜的控制實(shí)驗(yàn) 在相同條件下（面積、壓縮速度和提升 率）在不傳播 DODAB 或 DSEPC 的情況下執(zhí)行 空氣-GO分散界面。 如圖 5b 所示，幾乎 觀察到裸露的云母表面，表明 GO 納米片 來(lái)自 GO 分散亞相的 轉(zhuǎn)移到云母表面。 這可能是由于 帶負(fù)電荷的 GO 之間的不利相互作用 納米片和帶負(fù)電荷的云母表面。 什么時(shí)候 DODAB 或 DSEPC LB 薄膜以 20 mN/m 的速度從 在空氣-GO分散界面，在DODAB或DSEPC的LB薄膜中清楚地發(fā)現(xiàn)了GO納米片，如圖所示 圖 5d 和 5f。 LB膜中GO的高度也是 約 1 納米。 GO 的存在證實(shí)了 GO 納米片確實(shí)吸附或結(jié)合到單層 DODAB 或 DSEPC。

圖 5. 新鮮切割的云母表面上的 AFM 圖像（比例尺 = 1 μm）：（a）干燥后的一滴 GO 分散體； (b) LB的對(duì)照實(shí)驗(yàn) 在空氣-GO 水界面沒(méi)有脂質(zhì)沉積的薄膜； (c) 從空氣-純水界面轉(zhuǎn)移的 DODAB LB 薄膜； (d) LB膜 從空氣-GO水界面轉(zhuǎn)移的DODAB； (e) 從空氣-純水界面轉(zhuǎn)移的 DSEPC LB 薄膜； (f) LB膜 DSEPC 從空氣-GO 水界面轉(zhuǎn)移。 所有脂質(zhì) LB 膜都在 20 mN/m 的恒定表面壓力下轉(zhuǎn)移。

值得注意的是，脂質(zhì) DODAB 和 DSEPC 是 直接沉積在 GO 分散體的亞相上以獲得 用于 AFM 成像的 LB 膠片。 關(guān)于GO的方向 當(dāng)與脂質(zhì)單層結(jié)合時(shí)（圖 5d、f），只有“面朝內(nèi)” 通過(guò) AFM 成像在 LB 膜上觀察到 GO 的取向。 即使可以想象，也應(yīng)該存在某種“邊緣” 當(dāng) DODAB 或 DSEPC 沉積在 air-GO 水分散界面，不可能 通過(guò) AFM 可視化此方向。 這是因?yàn)?在此過(guò)程中可以輕松更改 GO 的方向 的轉(zhuǎn)移。 “邊緣向內(nèi)”方向是最不可能的 仍然可以“站立”在它的邊緣，尺寸為 1 nm 當(dāng)轉(zhuǎn)移到它的大平面上時(shí)“躺下” 云母表面。 因此，GO 的“面朝”方向是 觀察到并入或吸附在單層中 AFM 圖像中的結(jié)構(gòu)。

石墨烯與磷脂之間的作用——摘要、介紹

石墨烯與磷脂之間的作用——實(shí)驗(yàn)部分

石墨烯與磷脂之間的作用——結(jié)果和討論

石墨烯與磷脂之間的作用——結(jié)論、致謝！