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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：中國生物工程雜志 瀏覽 129 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節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、表面潤濕性、電荷分布等，為構建具有特定功能和性能的生物基材料提供了強大的工具。
在生物基材料領(lǐng)域，LB膜技術(shù)的應用非常廣泛。在組織工程中，通過(guò)精心設計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)細胞的附著(zhù)、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Li2CO3晶體生長(cháng)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使得Li2CO3處于一種可控的成核與生長(cháng)平衡狀態(tài)，通過(guò)晶格匹配和化學(xué)結構互補作用，成功制備了具有特定取向性和對稱(chēng)花瓣狀形貌的Li2CO3微晶。
Li2CO3晶體呈現出規則的六瓣花狀形貌，并顯示出明顯的取向性生長(cháng)特征，X射線(xiàn)衍射(X-ray diffraction，XRD)分析確認了晶體以晶核為中心，沿三個(gè)晶面進(jìn)行取向生長(cháng)，三個(gè)晶面之間的夾角均為60°;通過(guò)計算蛋白質(zhì)單層膜與Li2CO3晶面之間的晶格失配度，發(fā)現良好的晶格匹配有利于特定晶面向上的生長(cháng)傾向，不僅證明了利用生物分子模板實(shí)現無(wú)機晶體定向生長(cháng)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(lèi)多能干細胞來(lái)源的視網(wǎng)膜色素上皮細胞的培養，該方法制備的膠原薄膜具有分層結構和定向纖維，可以增加細胞屏障特性和功能，具有良好的生物相容性和穩定性，可以作為理想的細胞培養基質(zhì)，提高細胞的生長(cháng)和增殖能力，并且能夠形成纖維狀結構，增強細胞的附著(zhù)性，為組織工程和再生醫學(xué)領(lǐng)域提供了新的思路和方向。
LB膜技術(shù)能夠構建與生物膜結構相似的高度有序分子膜，這對于理解生物膜的結構與功能至關(guān)重要。在生物醫學(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)可以構建最簡(jiǎn)單的肺表面活性物質(zhì)模型并轉移到固體支持物上，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)的結構和力學(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)和磷脂組成的復雜混合物，能夠降低肺泡表面張力，維持肺泡穩定性，并且對呼吸道感染等疾病有一定的保護作用，研究肺表面活性物質(zhì)對于了解呼吸系統疾病的發(fā)生機制以及開(kāi)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)，可以構建類(lèi)似于細胞膜的模型，從而研究細胞膜的物理化學(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，如信號傳導、物質(zhì)運輸和細胞識別等。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)繪制標準π-A曲線(xiàn)來(lái)研究這三種成分形成的三元系統的結構、功能及其熱力學(xué)行為，研究了膜在不同狀態(tài)下的變化，為細胞膜中微區結構的熱力學(xué)行為研究提供了有價(jià)值的實(shí)驗數據和技術(shù)手段，有助于深入理解細胞膜的結構與功能。
LB膜技術(shù)被廣泛應用于生物大分子膜材料的制備，尤其在構建具有特定功能的薄膜方面，能夠將生物分子如蛋白質(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構。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，具有廣泛的應用潛力。