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张主任徐、长春,Lei, Runguang太阳, ”调查的表面行为DPPC和姜黄素在空气与朗缪尔层界面”,扫描, 卷。2017年, 文章的ID6582019, 12 页面, 2017年。 https://doi.org/10.1155/2017/6582019
调查的表面行为DPPC和姜黄素在空气与朗缪尔层界面
文摘
朗缪尔层的1,2-dipalmitoyl -sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC)和DPPC与姜黄素的混合物(坏蛋)一直在研究空气界面通过结合表面压力测量和原子力显微镜(AFM)观察。通过分析意味着分子领域的关联数据,压缩系数,和其他热力学参数,我们得到两个组件之间的相互作用可能主要是由氨基之间的氢键DPPC和羟基的坏蛋,坏蛋明显影响表面压缩,热力学稳定性和热力学相混合层的行为。坏蛋之间的交互和DPPC敏感组件和混合层的物理状态下压缩。二维相图和交互能量表示,DPPC和坏蛋分子在混合层混相。AFM图像结果同意这些分析实验数据的结果。本研究将鼓励我们进一步研究坏蛋在生物医学领域的应用。
1。介绍
姜黄素[1,7-bis (4-hydroxy-3-methoxyphenyl) 1, 6-heptadiene-3, 5-dione](坏蛋)(图1(一))是最常见的一种黄颜色。这是来自植物的根状茎姜黄和其他姜科植物1,2]。坏蛋通常是用作天然酚类香料和食品着色剂很久以前的事了。这也是一个重要的因素在咖喱和在日常生活中多酚的保健品(1,3]。坏蛋属于酸的多酚类化合物(4,5]。许多先前的研究证明,坏蛋已被广泛研究,证明在药理作用有重要的作用,因为其低毒性、低不良反应、特殊结构(羟基苯的戒指,烯烃的双键,和二酮基)(6),如抗炎、抗癌、抗氧化剂,抗凝,antiatherosclerotic,抗诱变剂的,抗生素,抗病毒,抗真菌,antiamyloid活动6- - - - - -8]。据报道,坏蛋可以抑制增殖,促进细胞凋亡的许多类型的癌症细胞,包括肺癌细胞(9,10]。但坏蛋和癌症细胞之间的相互作用机制仍不清楚。1,2-Dipalmitoyl -sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC)(图1 (b))是一个主要组件的自然肺表面活性剂,也称为肺表面活性剂(11,12]。所以,在我们的工作中,水技术被用来研究界面层的DPPC单分子之间的相互作用机制和坏蛋。
(一)
(b)
混合DPPC-CUR单层膜的行为与不同摩尔分数的坏蛋空气通过水界面进行了调查(磅)技术和原子力显微镜(AFM)观察。两个组件的混合性,混合层的热力学稳定性,DPPC和坏蛋分子之间的分子间相互作用的相关数据分析了表面压力使得分子领域等温线。除了这些之外,混合DPPC-CUR单层膜的表面形态特征与AFM观察。这项研究将帮助我们获得一个洞察坏蛋在生物医学领域的生物活性。
2。实验的细节
2.1。材料
1,2-Dipalmitoyl -sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC)和姜黄素(坏蛋)从Sigma-Aldrich化学公司购买,和他们两个都使用前未经纯化。DPPC和坏蛋被溶解在氯仿/甲醇(3:1,v / v)混合物和甲醇溶液(由于坏蛋在水中的溶解度较低)在0.1毫克/毫升的浓度,分别。氯仿和甲醇也从Sigma-Aldrich化学公司购买。所有实验,超纯水(电阻率= 18 MΩcm)是用于子阶段和清洗槽。
2.2。等温线的混合层
一定数量的两种解决方案都放到子阶段的表面与汉密尔顿微量调节注射器。混合DPPC-CUR单层膜与不同摩尔分数的坏蛋获得使用计算机控制的商业设备(Minitrough KSV,芬兰赫尔辛基)有两个对称的移动障碍以恒定速率1毫米/分钟(13,14]。经过15分钟的蒸发有机单层解决方案和均衡,壁垒被压缩。Wilhelmy板技术可以帮助我们准确记录表面压力,和由计算机记录这些数据同时15,16]。此外,水的技术被用来转移混合DPPC-CUR单层膜上新鲜裂解云母的表面压力15 mN / m垂直牵引方法以恒定传输速度为0.5毫米/分钟,用于单层LB膜的原子力显微镜(AFM)观察(17]。每一个实验测试至少重复三次才能获得良好的重现性。所有的测量进行了291±1 K的温度。
2.3。原子力显微镜(AFM)观察
混合DPPC-CUR单层膜的表面形态特征与不同摩尔分数的坏蛋被使用一个直接可视化:spm - 9500 j3 AFM(日本岛津公司公司(日本)的开发模式。AFM图像(512×512点/线)在高度模式收集的扫描速度1.0赫兹使用micro-V-shaped悬臂探针(日本奥林巴斯公司)。调查的名义弹簧常数为0.06 N / m。探测器是如果做的3N4(13,18]。所有的测量进行了291±1 K的温度。
3所示。结果与讨论
3.1。等温线在离散的摩尔分数在空气与接口
表面压力()是指分子区域()等温线的混合DPPC /与不同摩尔分数的坏蛋坏蛋单层膜( ,0.2,0.4,0.6,0.8,1)在空气与界面如图2。纯DPPC单层的等温线显示其固有的特性;例如,有一个主要转变~ 8 mN / m,和表面压力~ 65 mN / m。他们都是与文献报道一致的(19,20.]。从图2崩溃,我们观察到表面压力~ 50 mN / m纯坏蛋。纯坏蛋的坍塌压力明显低于DPPC。原因也许是DPPC分子更大headgroup和两个疏水尾链,而坏蛋分子的结构是对称的。从图2,我们也可以获得的坏蛋的曲线走向的方向意味着分子面积和发射小分子面积逐渐减少在同一时间。等温线的混合系统出现在订单的两个纯单层膜之间。等温线的形状排列系统和山坡上的增加有所下降(斜坡的值分别为209.86,189.114,182.85,167.80,131.34,和119.33,分别地。的增加从0到1)。在DPPC单层膜上坏蛋的影响是由于DPPC和坏蛋分子之间的相互作用。
3.2。混溶的混合层
为了确保混溶的两个组件,我们计算分子的理想值区()的混合DPPC-CUR单层膜。从下列方程计算21]: 在哪里和组件1和2的分子区域在一个明确的表面压力。和组件的摩尔分数1和2在混合层。混溶可以获得的信息通过比较实验意味着分子领域(之间的偏差), 。如果两个组件非混相或理想的混相但不互动,意味着分子领域的曲线是一条直线。相反,如果曲线表现出非线性特征,这说明,这两个组件是混相混合的单层(22]。
平均分子领域(和)是坏蛋的摩尔分数的函数( ,0.2,0.4,0.6,0.8,(1)在不同的表面压力 ,15日,25、35和45 mN / m)如图3。从图可以看出3的曲线表现出非线性特征对不同表面压力。它表明DPPC /坏蛋被认为是混相,在空气与彼此互动界面。从图3,我们也获得的实验数据几乎是符合理论的 对所有不同的表面压力。这表明,两个成分混合可能接近理想。然而,负偏离理想的混合线路时观察到的 。这表明,两个组件很容易混相。这些结果表明,混合层的状态可能将至少分成上下两部分的摩尔分数为0.4,和互动机制与单层膜的成分有关。
过度的分析意味着分子区域()是一种精确的方法研究混溶两个组件和不同分子间相互作用的两个组件混合层。的值在给定表面压力可以通过方程计算(23]
当 ,这意味着这两个组件是完全非混相或完全混相。当 ,这表明溶混性的两个组件和不同的交互机制发生在混合层(24]。
的坏蛋的摩尔分数的函数值( ,0.2,0.4,0.6,0.8,(1)在不同的表面压力 ,15日,25、35和45 mN / m)如图4。我们发现,不同的表面压力,价值观是积极的在 和负 在错误的极限。这表明,在低摩尔分数的坏蛋 ),如分子之间的相互作用(DPPC-DPPC和CUR-CUR)强于DPPC和坏蛋之间,这意味着两个组件可能混相困难。的增加 ,DPPC和坏蛋分子之间的相互作用的混合单层更具吸引力比单层分子之间各自的单组份和两个组件很容易混相界面,导致的减少意味着分子领域的混合层。有吸引力的两个组件之间的交互可能主要是由氨基之间的氢键DPPC和坏蛋的羟基。
的负面价值意味着坏蛋分子的存在有一个收缩影响磷脂单层膜的范围 。增加表面的压力,绝对的值减少的情况下除外 在 mN / m。当 ,值获得不同表面压力的最小值。这意味着DPPC和坏蛋分子之间的相互作用是最强的 同样的表面压力。这些结果表明,DPPC和坏蛋分子之间的相互作用和收缩的强度效应的坏蛋磷脂单层与单层膜的构成和有关表面压力。
为了研究收缩效应的强度的坏蛋磷脂单层,凝结的百分比(%)的混合单层被用来评估收缩效应的强度。%在给定表面压力可以通过以下方程计算(25,26]:
的正面和负面的价值%的意思是扩张和收缩效应引起的坏蛋,分别。绝对的价值就越高%代表扩张或冷凝效果越强27]。混合DPPC-CUR单层膜的数据在不同的表面压力( ,15日,25、35和45 mN / m)展示在表1。
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从表可以看出1,当 ,%为各种不同的表面压力值是负的,这意味着扩张效应引起的坏蛋,,%值最小( %)的表面压力5 mN / m。与表面压力的增加,%值在 −0.333%增加。这表明,表面压力的增加,这两种成分混合可能接近理想ordered-tilted凝聚状态。的%的价值观是积极的情况除外 。另一个有趣的观察表1是,%值在 在其他情况下高于在同一表面压力和最大值( 表面压力的45 mN / m。这表明,当 ,收缩效应的强度达到极值 mN / m。原因也许是有吸引力的两个组件之间的交互是增强表面压力更高。扩张和冷凝效果敏感膜的物理状态和混合层的成分。
3.3。压缩系数分析
压缩系数()获得等温线是一个有用的参数描述的压缩弹性和相变行为层的压缩空气接口下(12,28]。可以由以下公式计算: 在哪里分子面积和代表的意思代表了表面的压力。一般来说,越高值意味着单层很难压缩(29日]。根据戴维斯和Rideal早期研究[30.),压缩系数()是一个有用的参数量化单层膜的物理状态。单层膜的物理状态的分类显示如下:气体(G)阶段(< 12.5 mN / m)、液体(LE)扩张阶段( :12.5 -50 mN / m)、液体(液态扩张/液体浓缩共存(LE / LC)阶段( :50 - 100 mN / m)、液体浓缩(LC)阶段( :100 - 250 mN / m)和浓缩(C)阶段(> 250 mN / m) (29日,30.]。的最小值对应于脂质膜的相变点13]。
压缩elasticity-surface压力(- - - - - -π)获得的曲线等温线呈现在图5。我们可以看到最大的纯DPPC单分子层是216.32 mN / m和两个最小值曲线观察到表面的压力~ 8 mN / m ~ 15 mN / m(图5(一个)),这与液体的相变膨胀(LE)液体膨胀(LE) /液体浓缩(LC)共存阶段和LE / LC LC阶段,分别。的相变点勒勒/ LC阶段走向的方向下表面压力的增加(0.2)(数据5(一个)和5 (b))。当 相变点从勒/ LC LC阶段消失了。当 观察,两个最小值在每个曲线,这与天然气(G)的相变阶段和勒勒/ LC阶段,分别为(数字5 (c),5 (d),5 (e))。仅在坏蛋的情况下,我们发现只有一个最小值~ 4 mN / m(图5 (f))。这表明,相变G LE阶段发生在压缩。混合层的相变点G LE阶段向更高的方向表面压力的增加 。这些结果也表明,单层混合状态分为上下两部分的摩尔分数为0.4。当 ,混合层模式后的等温线的纯DPPC单分子层,而坏蛋的模式 。此外,最大的价值()从216.32下降到140.56 mN / m与坏蛋的摩尔分数从0增加到0.8。这表明,除了坏蛋的脂质膜层更加无序,和单层膜的压缩系数逐渐增加。它也是值得注意的值是161.46 mN / m纯CUR单层,高于的情况 。这些结果来自- - - - - -π曲线表明,混合层的压缩弹性和相变行为是DPPC和坏蛋分子之间的相互作用密切相关。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
3.4。二进制单层膜的热力学稳定性分析
超额吉布斯自由能()被用来定量分析混合膜的热力学稳定的信息;可以从下列方程计算(31日,32]: 在哪里代表实验意味着分子区域。和表示组件的平均分子区域1和2在一个明确的表面压力,分别。X1和X2是他们的摩尔分数混合层的组件1和2。单层膜的表面压力。如果 ,这意味着这两个组件是理想的混合或完全非混相。该参数的负值意味着两个组件很容易混相界面和有吸引力的两个分子间的相互作用使混合层稳定。相反,积极的价值意味着混合层热力学稳定性较低(23,33]。的最小值显示最高的热力学稳定的混合与其他层单层相比。
的坏蛋的摩尔分数的函数值( ,0.2,0.4,0.6,0.8,1)在一系列离散表面压力呈现在图6。积极的价值观的情况下获得的 对所有不同的表面压力,值增加表面压力的增加。这表明,混合层热力学稳定性较低。的值的范围都是负面的 变得更加消极和表面压力的增加。这也表明,表面压力的增加导致的增强吸引力DPPC和坏蛋分子之间的相互作用。混合膜的热力学稳定性高于单层纯和混合单层 。要注意的情况 ;的极限有在同一表面压力混合物。这表明这两个组件之间的氢键是最强的 ,使混合单层热力学稳定性最高。
正规溶液理论(RST)应用于进一步分析详细的热力学信息混合层(34]。的值 ,相互作用参数和活动系数DPPC和坏蛋在给定表面压力可以由以下方程计算(23,34,35]: 在哪里玻耳兹曼常量,是绝对温度,和表示组件1和2的摩尔分数混合的电影。相互作用参数是一个测量不同分子之间的内聚力(36,37]。的负面价值代表一个更有吸引力的两个分子间相互作用的积极价值意味着更强的排斥像分子之间的相互作用38]。更大的的绝对值意味着更强的分子之间的相互作用。
相互作用参数和活度系数DPPC和坏蛋的函数在不同表面压力数据所示7和8,分别。从图7我们可以看到,对于所有压力,值都是积极的 和所有的负面 ,分别。的积极的价值观 建议像分子之间的排斥相互作用(DPPC-DPPC和CUR-CUR)强于DPPC和坏蛋分子之间的单层混合,导致低的热力学稳定混合单层。然而,负值的范围 表明DPPC之间的交互和坏蛋在混合层变得更加强烈吸引力而像分子之间的相互作用(DPPC-DPPC和CUR-CUR)在各自的单组分膜。另一个有趣的观察图7是,在相同的吗 ,的绝对值增加表面压力的增加。这也表明,分子之间的交互变得更强ordered-tilted凝聚状态。此外,的绝对值在 是所有混合物的表面压力的最高45 mN / m。这表明当 与坏蛋,DPPC最有吸引力的互动ordered-tilted凝聚状态。这些结果与上面的分析一致。这种情况下也可以反映在活动系数。一般来说,如果不相互影响的两个分子,表面活性系数等于团结( )[39]。从数据8(一个)和8 (b),我们可以观察到值非常接近1(团结) 然后用的增加明显下降从0.4到0.8为同一表面的压力。然而,值下降到最小值( ),然后增加而增加 。在 ,几乎是等于1(团结)相同的表面压力。的值和随着表面压力的增加减少 ,这意味着DPPC之间的分子间的相互作用和坏蛋加强表面压力的提高。一个ordered-tilted凝聚状态提供更好的交互环境。的情况下 和0.8, 和0.13时 和0.88的表面压力45 mN / m,分别。这表明,DPPC和坏蛋表现出一个有吸引力的相互交互,特别是在 。DPPC分子相互作用(少数民族)可能最有吸引力的坏蛋分子(绝大多数) 相对于单层单个组件。
(一)
(b)
3.5。二维相图
二维相图是一种有意义的方法学习热力学信息与朗缪尔单层的相行为有关。二维相图的二维系统是由使用无序的数据/命令过渡压力()和单层崩溃的压力()获得的等温线(39,40]。DPPC-CUR系统的相图的变化在不同的摩尔分数的坏蛋在图所示9。的线性分布坏蛋的摩尔分数的变化表明,DPPC和坏蛋分子混相的混合层(18]。常规的假设下表面混合物,乔斯下列方程理论上可以模拟共存相界面之间有序单层(2 d阶段)和批量阶段(3 d阶段)的分子表面传播(39- - - - - -41]: 在哪里和表示组件的摩尔分数1和2在给定二进制混合层,分别。和代表相应的崩溃的压力组件1和2。代表的崩溃压混合单层在给定组成和 。 和相应的限制分子领域的组件崩溃点1和2,分别。相互作用参数。和在开尔文玻耳兹曼常数和温度,分别。相互作用参数可以用来获得能量的交互()[35,42]: 在哪里是最近的邻居的数量(6)六角拥挤不堪的单层。
从图可以看出9,混合DPPC-CUR单层膜的相行为可分为两部分: 为 和 为 。他们的相互作用能量()−545.55 J /摩尔和−463.76 J /摩尔,分别。当− (4958.7 J /摩尔),这两个组件在混合层(混相43]。DPPC和坏蛋分子混相的混合层为所有不同的摩尔比率。
3.6。AFM观察
单层膜被转移到云母基板的表面压力15 mN / m,并利用原子力显微镜图像层在纳米级别的地形。AFM图像提供更多信息的分子相互作用,两个组件的混合性,领域增长,单层膜的相分离空气接口(38,40]。AFM图像的混合DPPC-CUR单层膜与六种不同的摩尔分数数据所示10 ()- - - - - -10 (f)。脂质层的结构已经发生了很大的变化的增加 。观察到域的纯DPPC单层显示统一的模式与大量的紧凑的平台和pore-like结构相对较少(图10 ())。当 ,一些平台形状的图像中可以看到不同的分支(图10 (b))。DPPC和坏蛋分子之间的交互平台的结构变得小了。可以看到从图放大区域10 (b),各种microdomains复合体出现在观察到的域。的和价值观是积极的在 表面压力的15 mN / m。这表明,单层稳定性差。这些结果与AFM图像的观察一致。当 脂质层的树枝结构变成花形的平台结构,和更多的microdomains复合物出现在观察到的图像(图10 (c))。相比之下,的情况下 观察到的AFM图像显示,花形的平台结构改变成更小的时microdomains复合物 (图10 (d))。当 ,花形的平台结构几乎消失了,出现了越来越多的microdomains复合物观察域(图10 (e))。这表明,混合单层的热力学稳定性 不到,在吗 。这些结果表明,坏蛋分子DPPC脂质单层收缩的影响。的情况下 从观察到的图像,我们发现没有明显的膜结构(图10 (f)),这可能是由于坏蛋分子的结构属性。从数据10 ()- - - - - -10 (e),获得DPPC和坏蛋分子混相的混合层。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
坏蛋受到广泛研究,被认为是一个重要的角色在药理作用因其低毒性、低不良反应、特殊结构(羟基苯的戒指,烯烃的双键,和二酮基)。DPPC自然肺表面活性剂是一个主要组成部分。在我们的工作中,实验结果表明,杂狗有一个扩张或收缩影响DPPC层。此外,坏蛋显著影响了压缩性,热力学稳定性和热力学相混合层的行为。在 ,如分子之间的相互作用(DPPC-DPPC和CUR-CUR)强于DPPC-CUR之间。随着表面压力的增加,这两个成分混合可能接近理想ordered-tilted凝聚状态。在 ,DPPC之间的交互和坏蛋分子混合的电影更有吸引力比单层分子之间各自的单组分,和两个组件接口部分混相。原因是两个组件之间的交互主要是由氨基之间的氢键DPPC和坏蛋。当的羟基 ,最强的吸引力之间的交互CUR, DPPC得到表面压力的45 mN / m。这表明,坏蛋和DPPC分子之间的相互作用机理是敏感组件和混合层的物理状态下压缩。类似的行为获得了单层DPPC /白藜芦醇(44]。Hoda et al。的工作,他们也获得了交互方式是敏感的脂质层的物理状态(41]。当 ,吸引相互作用的热力学稳定混合电影高于纯DPPC单分子层的单层混合 。坏蛋的收缩效应的模型分子DPPC脂质单层图所示11。收缩的效果做了一些缺陷结构发生在DPPC单分子层。这项研究提供了重要的实验基础和理论支持学习DPPC和坏蛋分子之间的相互作用机理,得到一个洞察坏蛋在生物医学领域的生物活性。
4所示。结论
在这部作品中,坏蛋和DPPC分子在空气与界面之间的交互研究通过分析混溶,热力学稳定、形态结构和混合DPPC-CUR单层膜的二维相图在不同的摩尔比率。是获得坏蛋和DPPC分子之间的相互作用取决于组件的混合层和表面压力下压缩。在低摩尔分数的坏蛋( ),如分子之间的相互作用(DPPC-DPPC和CUR-CUR)强于DPPC-CUR之间。DPPC和坏蛋分子之间的相互作用之间的混合电影更有吸引力比分子在各自的单组份单层膜 。有吸引力的互动是最强的 。的坏蛋改进的表面压缩混合层。二维相图和能量的相互作用表明,DPPC和坏蛋分子混相的混合层。混合层的形态特征的变化从AFM图像获得与其他实验参数的结果一致。这项研究提供了重要的理论支持和实验依据理解CUR接触DPPC分子机制。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作得到了国家自然科学基金(21402114和21402114),陕西省自然科学基础研究计划(2016 jm2010),中央大学和基础研究基金(2017 csy004和GK201603026)。
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