三、結果與討論

3.1 液體有序疇的擴散系數

我們測量了小域 (D) 的擴散系數 由 DOPC 組成的雙層：pSM (1:1) + 25% Chol（系統與 中性域）和 DOPC : DPPS (1 : 2) + 20% Chol（系統 帶電荷域），目的是分析效果 域間交互促進(jìn)了電影動(dòng)態(tài)。 在朗繆爾單層膜中 D 的測定是 用作深入了解領(lǐng)域 - 領(lǐng)域的間接方式 排斥。 在這方面，已經(jīng)表明水動(dòng)力 和靜電相互作用（在這種情況下是偶極或庫侖 帶電域）阻止域的移動(dòng) 隨著(zhù)域間距離的減小導致更高的 表觀(guān)表面粘度。 50,53 我們使用了這個(gè)眾所周知的模型 系統比較與耦合域獲得的 D 值 在不同面積百分比的脂質(zhì)雙層中 液體有序相 (%Lo)，即由域。 為了這 目的，域在不同環(huán)境中的位置 （不同的 %Lo 值）被跟蹤。 得到的結果是 繪制在圖 2 中，其中可以觀(guān)察到 雙層的低 %Lo 擴散系數低于 單層。 這是因為雙層中的域相互接觸 上面和下面都有粘性介質(zhì)（水），而 在空氣-水界面形成單層。

圖 2 擴散系數（D）的實(shí)驗值 小域 (1–3 mm) 作為面積百分比的函數 由液體有序相。 正方形代表中性系統和 環(huán)繞帶電系統。 黑色符號對應 氣水界面處的單層和雙層的紅色符號。 虛線(xiàn)對應于計算的 Dt 值的范圍 域大小的范圍，使用方程 (2) 或 (3)。 實(shí)線(xiàn)只是畫(huà)的 引導眼睛。

擴散系數 (Dt) 的預期值 在限制的擴展階段插入孤立的域 (R ZW)/Zm 4 10 的情況可根據休斯計算 等人 54 如下：

其中 ZW = 0.001 N sm？ 2 是水的粘度，Zm 是 二維膜粘度，R是半徑 正在分析的域。 對于雙層，包括因子二 在分母中，因為水存在于分母的兩側 膜.54

在圖 2 中，Dt 值被繪制為一個(gè)由下式分隔的范圍 脂質(zhì)雙層（紅色）和單層（黑色）的虛線(xiàn) 考慮到用于的域半徑的間隔 分析。 一般來(lái)說(shuō)，兩種膜模型都顯示出 類(lèi)似的趨勢； 當 %Lo 低時(shí)（高域間距離） 域間相互作用可以忽略不計，實(shí)驗值與相應的理論值相匹配 (eqn (2) 和 (3)) 錯誤。

單層的高值（在上限）可能是 與漂移的不完全消除有關(guān)，而低 雙層中的值（在下限）可能與更高的 接近膜表面的水的粘度。 然而， 計算值和計算值之間有相當好的匹配 每個(gè)實(shí)驗確定的擴散系數 系統。 這是預料之中的，因為當域距離較遠時(shí) 彼此之間，它們像孤立的粒子一樣擴散開(kāi)來(lái)。 事實(shí) 低 %Lo 時(shí)的實(shí)驗 D 值落入范圍內 的計算值構成一個(gè)控制，并表明 跟蹤和量化擴散的方法 系數產(chǎn)生了準確的值。 另一方面，對于 高 %Lo，由于域之間的排斥力，實(shí)驗 D 值偏離預測值。 筆記 對于帶電域（圖 2 中的圓圈），擴散 系數在較低的 %Lo 值和更多 與中性域（正方形）相比，明顯的時(shí)尚， 意味著(zhù)在存在的情況下相互作用更強 凈費用。

先前已經(jīng)表明，排斥性域間 影響單層域擴散的相互作用 微米距離是偶極或電荷 - 電荷相互作用（分別針對中性域和帶電域）而不是 流體動(dòng)力排斥，53 因為發(fā)現了良好的相關(guān)性 域擴散和排斥勢之間 從域的平衡分布計算。 此外，單層中域的分布是 發(fā)現強烈依賴(lài)于偶極排斥相互作用。 55

如果雙層中的域間相互作用可以忽略不計，則 微觀(guān)域的擴散系數值 應該在由紅色虛線(xiàn)分隔的值內 在圖 2 中，即使在 30-40%Lo。 域運動(dòng)的減少 在高 %Lo 表示在 Lo 相的這些百分比處域間相互作用的影響，這可能是 與靜電或流體動(dòng)力有關(guān)。 在這方面， 單層和雙層中域擴散之間的顯著(zhù)相似性表明兩種系統中的效果相似。 此外，行為之間的顯著(zhù)差異 帶電域與中性域也指向靜電 而不是流體動(dòng)力排斥，最后一個(gè)可能是 在兩種脂質(zhì)混合物中相似。

在這個(gè)階段，我們預計靜電域間 雙層中的相互作用沒(méi)有被離子溶液篩選 如前所述，30-32 偶極和電荷-電荷 排斥力不僅在納米級是可觀(guān)的，而且 還有微觀(guān)層面。 這些排斥促進(jìn)了減少 微觀(guān)擴散系數值 %Lo 值較高的域。

為了進(jìn)一步證明靜電的重要性 脂質(zhì)雙層中的水動(dòng)力，平衡域 分布進(jìn)行了分析，如下節所述。

3.2 平面內疇的徑向分布函數 膜

在空氣-水界面的脂質(zhì)單層中，有一個(gè)關(guān)鍵的 域占據的面積值 (%Lo)，其中偶極 排斥導致域的有序排列 它們之間的固定距離甚至六邊形陣列都可以 在非常結構化的晶格的情況下觀(guān)察到。 34,53,56,57 在這個(gè) 方面，徑向分布函數 g(r) 提供了一個(gè)想法 膜平面內的疇分布 單層 53、55、56 和雙層。 34、36、37 在低 %Lo 值下， g(r) 函數應該類(lèi)似于氣體的函數（沒(méi)有 結構），而在更高比例的液體有序 area，對應于最近鄰距離的峰值 出現一個(gè)有序數組。 如果距離值 (r) 出現的第一個(gè)峰超過(guò)典型域半徑一個(gè)因子 大約 3，促進(jìn)域排序的交互是 預計不同于域之間的純粹的核心排斥。 36 此外，由于這是位置分布而不是動(dòng)態(tài)測量，流體動(dòng)力學(xué) 貢獻不影響獲得的結果，這 方法考慮了影響 域之間的距離并防止它們隨機分布。 36,53

我們計算了中性和帶電混合物的 g(r) 雙層和單層，在增加的百分比 液體有序區域（域覆蓋的區域）。 以這種方式， 確定每個(gè)薄膜獲得結構的 %Lo。 有趣的是，我們發(fā)現單層和雙層成為 以類(lèi)似的 %Lo 值構建：中性在 20-23% 之間 （圖 3A）和 16-19% 的帶電系統（圖 3B）。 下面那些 未觀(guān)察到結構（g(r) 函數中的峰）的百分比 薄膜和更高的 %Lo 第一個(gè)峰值變得更銳利（數據 未顯示）。 請注意，由于不同 每個(gè)系統中域的大小，當 比較單層和雙層。 域區域分布是 包括模型膜以及說(shuō)明性的 微域陣列的熒光圖像。

圖 3 中性 (A) 和帶電 (B) 域的徑向分布函數及其各自的域區域分布。 雙層顯示為紅色 和黑色的單層。 (A) 中的 %Lo 對應于 20–23%，而 (B) 中的 %Lo 對應于單層和雙層的 16–19%。 插圖：代表性熒光 脂質(zhì)膜的圖像。

域的大小介于 1-2 毫米直徑之間 以及它們之間的距離（對應于峰值 g(r) 函數）一般對于所有系統都在范圍內 4–7.5 毫米。

域在相似的位置獲得有序數組的事實(shí) 與建議的單層相比，雙層中 %Lo 的值 促進(jìn)排序的域間交互 在兩個(gè)系統中是相似的。 此外，對于帶電系統 結構化發(fā)生在單層和雙層中液體有序面積的較低值下，表明在存在網(wǎng)的情況下排斥力更強 電荷，即使在離子環(huán)境（0.145 M NaCl）下。 這個(gè)事實(shí) 進(jìn)一步指出靜電起源的排斥。 在我們的 意見(jiàn)，靜電相互作用的不可忽視的影響 在微米距離的脂質(zhì)雙層上指出了平面內排斥的重要貢獻 膜，導致類(lèi)似的力的影響 單層和雙層。 在這個(gè)意義上，我們之前 表明單層中的電荷 - 電荷相互作用可以 減少但不能完全取消 德拜-休克爾長(cháng)度為 0.55 nm，遠短于 分析的域間距離。 53

3.3 脂雙層結構域之間的平均相互作用力

為了得到域間靜電的估計 促進(jìn)域結構化和排除的排斥 域運動(dòng)，我們計算了平均力的潛力 前面得到的徑向分布函數 部分，如第 2.2.3.52 節中所述。 圖 4A 顯示了一個(gè) 計算之間的平均力勢的示例 在 20%Lo 的雙層晶格中的疇 中性（正方形）或帶電（圓形）域。 在這最后 情況下，第二個(gè)谷（最小值）對應于第二個(gè) 由于膜的高度結構化，可以觀(guān)察到近鄰。 請注意，曲線(xiàn)具有一對形狀 潛在相互作用函數（類(lèi)似于 Lennard-Jones 潛在的）。 假設諧波電位，彈簧常數 (k) 因為域之間的平均力是通過(guò)擬合獲得的 每條曲線(xiàn)的第一個(gè)谷到二次函數（見(jiàn) 圖 4A 中的插圖）。 中性和帶電雙層在 20% 和 30% Lo 下獲得的 k 值之間的比較顯示在 圖 4B。 相互作用常數高出 3-4 倍 與中性域相比，帶電域增加了 兩種情況下從 20%Lo 變?yōu)?30%Lo 時(shí)為 1.5-2 次。 這種增加是預期的，因為 k 是使用平均值計算的 場(chǎng)方法，因此是一個(gè)有效的相互作用常數 隨著(zhù)域數量的增加而增加 他們的做法的結果。 這些結果與擴散測量結果一致，當 %Lo 增加時(shí)， 域之間的相互作用更高（k 增加）， 導致域運動(dòng)受阻。

圖 4 (A) 域之間的平均力勢 w(r) 從 由帶電（圓圈）或 中性（正方形）域。 插圖：擬合實(shí)驗的例子 數據（藍色曲線(xiàn)）對應于 20%Lo 的帶電域。 (B) 春天 諧波電位常數，通過(guò)擬合 w(r) 的第一個(gè)谷值獲得 為中性和帶電雙層的二次函數（見(jiàn) A 中的插圖） 以指定的液體順序百分比。

此處找到的 k 值與在 以前對帶電單層的測量由 DPPG 在類(lèi)似離子條件下 53 和中性雙層 DSPC 和 DMPC.36 這些 k 值是通過(guò)跟蹤計算得出的 中心域相對于質(zhì)心的位置 7 個(gè)域的數組，假設玻爾茲曼分布 和局部平衡。 這些相似之處表明 陣列中域的場(chǎng)勢主要由 每個(gè)域與其最近鄰域的交互。

3.4 域合并

為了測試模型膜中域間排斥的可能影響（除了膜動(dòng)力學(xué) 如第 3.1 節所示），域合并的動(dòng)力學(xué)為 在每個(gè)系統中學(xué)習。

域合并的驅動(dòng)力是線(xiàn)張力，58 但 域接近其鄰居的速率 命令合并的動(dòng)力學(xué)。 由于布朗運動(dòng)， 域能夠碰撞和合并，但是，正如已經(jīng) 如第 3.1 節所示，域運動(dòng)在關(guān)閉時(shí)被排除 由彼此內部的排斥力引起的域間距離。 因此，域合并取決于線(xiàn)張力，域 以非直接方式運動(dòng)和域間排斥，59 域合并率間接衡量了它們之間的排斥力。 因此，我們監測了 對于雙層和單層，域作為時(shí)間的函數 40%Lo 的中性和帶電脂質(zhì)。 在這些條件下，域最初彼此足夠接近以至于 允許它們在短時(shí)間內融合。 圖 5 顯示了一個(gè)清晰的 帶電和中性結合率的差異 域，再次，獲得的值是相似的 對于單層和雙層。 當域是 充電，在分析窗口中未觀(guān)察到合并 時(shí)間，因此域的數量保持不變。 在 相反，當膜由中性分子形成時(shí)，由于結構域融合，結構域的數量隨時(shí)間減少，遵循相同的趨勢 單層至雙層：在七分鐘內的數量 域減少到初始值的 50%。 塞姆勞等人。 在中性囊泡中觀(guān)察到域的合并，它們 設法通過(guò)引入曲率排斥來(lái)防止它。 他們 得出的結論是，域必須相對于 另一個(gè)階段，以便產(chǎn)生排斥相互作用。 36 然而，正如已經(jīng)指出的，域合并率 取決于線(xiàn)張力、域運動(dòng)和域間 排斥。 所有這些因素又取決于分析的脂質(zhì) 混合物，并在混合物中，關(guān)于 共存相（即混合物的相圖）和 因此，從一個(gè)系統到另一個(gè)系統的合并率會(huì )發(fā)生變化。 特別是對于接近臨界點(diǎn)的膜， 相間偶極子密度的差異變小。 60 這是所研究系統的情況，但是中性域 數十分鐘后合并，對于收費域， 庫侖斥力阻止它們合并并導致 到一個(gè)非常有組織的格子，可以在示例視頻中觀(guān)察到 （S5 和 S6，ESI?）其中采用的域幾乎固定 它們與擴散之間的距離在 與中性電影相比。

圖 5 帶電（圓形）和中性（方形）雙層（紅色）或單層（黑色）的域相對數量與時(shí)間的關(guān)系。 這些圖像是一個(gè)例子 中性單層（上）和帶電（下）雙層在指定時(shí)間。 圖像中包含的符號對應于圖像中的相同符號 形象的。 比例尺對應于 50 毫米。

粗略估計所需的時(shí)間 可以執行兩個(gè)相互接觸的域 考慮孤立域的擴散系數 （0.1 mm2 秒？1 ，見(jiàn)圖 2)。 此值表示域 在大約 1 秒內平均移動(dòng) 1 毫米，因此它們應該 與放置在 10 mm 距離處的其他域發(fā)生碰撞（ 平均域間距離為 40%Lo）在幾十秒而不是觀(guān)察到的幾十分鐘。 因此，結果顯示 在本節中構成了重要性的另一個(gè)證據 脂雙層中的靜電相互作用，表明它們 在微米尺度上具有可測量的效果并且很強 足以阻止或阻礙多個(gè)域的合并 分鐘。 域合并率之間的相似性 單層和雙層表明類(lèi)似的域間相互作用。 然而，必須指出的是，這種比較相距甚遠 從簡(jiǎn)單，因為域運動(dòng)的速率是不同的 （見(jiàn)圖 2）和線(xiàn)張力也可能因系統而異 其他。 在這方面，線(xiàn)張力的估計值 由 DOPC : pSM (1 : 1) + 25% Chol 組成的單層是 在雙層中 pN 的順序是 量級較低。 這個(gè)估計是考慮到 兩個(gè)合并域恢復四舍五入的速率 形狀。 線(xiàn)張力值的這種差異可能是 由單層相圖的偏移引起 與之前觀(guān)察到的雙層相比（參見(jiàn) ESI，? S2） 對于其他混合物，45 雙層更接近臨界 點(diǎn)，從而顯示較低的線(xiàn)張力值。

微尺度區域內靜電相互作用力動(dòng)態(tài)調節和脂質(zhì)雙分子層的分布——摘要、簡(jiǎn)介

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