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LB膜技術(shù)在生物基材料制備、改性和界面相互作用研究
來(lái)源：中國(guó)生物工程雜志 瀏覽 681 次 發(fā)布時(shí)間:2025-07-07
利用LB膜技術(shù)可以制備出單層或多層的超薄生物基材料膜，通過(guò)在分子水平上精確控制膜的厚度和分子排列以及調(diào)節(jié)LB膜的組成，如引入特定的磷脂、肽、聚合物等，可以有效控制膜的物理化學(xué)性質(zhì)，包括孔隙率、表面潤(rùn)濕性、電荷分布等，為構(gòu)建具有特定功能和性能的生物基材料提供了強(qiáng)大的工具。
在生物基材料領(lǐng)域，LB膜技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。在組織工程中，通過(guò)精心設(shè)計(jì)LB膜的組成，可以制備出具有特定生物活性或生物相容性的表面，作為支架材料用于促進(jìn)細(xì)胞的附著、增殖和分化。王海威等利用LB膜技術(shù)建立了一種基于牛血清白蛋白(bovine serum albumin，BSA)LB膜模板的碳酸鋰(Li2CO3)微晶制備方法，在BSA LB膜誘導(dǎo)Li2CO3晶體生長(zhǎng)的過(guò)程中，蛋白質(zhì)分子膜與晶體界面之間的相互作用以及模板效應(yīng)使得Li2CO3處于一種可控的成核與生長(zhǎng)平衡狀態(tài)，通過(guò)晶格匹配和化學(xué)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)作用，成功制備了具有特定取向性和對(duì)稱花瓣?duì)钚蚊驳腖i2CO3微晶。
Li2CO3晶體呈現(xiàn)出規(guī)則的六瓣花狀形貌，并顯示出明顯的取向性生長(zhǎng)特征，X射線衍射(X-ray diffraction，XRD)分析確認(rèn)了晶體以晶核為中心，沿三個(gè)晶面進(jìn)行取向生長(zhǎng)，三個(gè)晶面之間的夾角均為60°;通過(guò)計(jì)算蛋白質(zhì)單層膜與Li2CO3晶面之間的晶格失配度，發(fā)現(xiàn)良好的晶格匹配有利于特定晶面向上的生長(zhǎng)傾向，不僅證明了利用生物分子模板實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)晶體定向生長(zhǎng)的可能性，也為深入理解生物分子在仿生合成過(guò)程中的作用提供了新的視角。Sorkio等制備出具有生物相似性的I型和IV型膠原雙層薄膜，用于人類多能干細(xì)胞來(lái)源的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的培養(yǎng)，該方法制備的膠原薄膜具有分層結(jié)構(gòu)和定向纖維，可以增加細(xì)胞屏障特性和功能，具有良好的生物相容性和穩(wěn)定性，可以作為理想的細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)，提高細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖能力，并且能夠形成纖維狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)細(xì)胞的附著性，為組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了新的思路和方向。
LB膜技術(shù)能夠構(gòu)建與生物膜結(jié)構(gòu)相似的高度有序分子膜，這對(duì)于理解生物膜的結(jié)構(gòu)與功能至關(guān)重要。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，LB膜技術(shù)被用于模擬生物膜研究蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的相互作用以及膜蛋白的功能。利用LB膜技術(shù)可以構(gòu)建最簡(jiǎn)單的肺表面活性物質(zhì)模型并轉(zhuǎn)移到固體支持物上，通過(guò)不同的光譜技術(shù)來(lái)研究這些肺表面活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和力學(xué)以及它們的分子組織，深入研究包括磷脂分子的物理化學(xué)性質(zhì)、蛋白質(zhì)與磷脂的相互作用、肺表面活性物質(zhì)的合成和分泌過(guò)程等。肺表面活性物質(zhì)是一種由多種蛋白質(zhì)和磷脂組成的復(fù)雜混合物，能夠降低肺泡表面張力，維持肺泡穩(wěn)定性，并且對(duì)呼吸道感染等疾病有一定的保護(hù)作用，研究肺表面活性物質(zhì)對(duì)于了解呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生機(jī)制以及開發(fā)治療手段具有重要意義。
通過(guò)在LB膜中引入特定的脂質(zhì)或蛋白質(zhì)，可以構(gòu)建類似于細(xì)胞膜的模型，從而研究細(xì)胞膜的物理化學(xué)性質(zhì)以及膜蛋白在不同條件下的行為。這種模型膜不僅可以用于研究生物膜的基本物理和化學(xué)特性，還可以用于研究生物膜相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程，如信號(hào)傳導(dǎo)、物質(zhì)運(yùn)輸和細(xì)胞識(shí)別等。馬艷等使用LB膜技術(shù)制備了磷脂酰膽堿(phosphatidylcholine，PC)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine，PE)和膽固醇(cholesterol，Chol)三種生物膜骨架基本成分的單分子膜，并通過(guò)繪制標(biāo)準(zhǔn)π-A曲線來(lái)研究這三種成分形成的三元系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其熱力學(xué)行為，研究了膜在不同狀態(tài)下的變化，為細(xì)胞膜中微區(qū)結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)行為研究提供了有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)手段，有助于深入理解細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能。
LB膜技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生物大分子膜材料的制備，尤其在構(gòu)建具有特定功能的薄膜方面，能夠?qū)⑸锓肿尤绲鞍踪|(zhì)、多糖和脂質(zhì)等精確地組裝成有序的單分子層或多分子層結(jié)構(gòu)。此外，殼聚糖及其衍生物也是LB膜技術(shù)制備生物基材料的常用材料，可制備兩親殼聚糖衍生物的Langmuir單分子層或者殼聚糖衍生物/膽固醇的雙組分單分子層，被應(yīng)用于藥物傳遞、生物傳感器、抗菌、抗真菌等方面，具有廣泛的應(yīng)用潛力。