不僅僅是結合——兩親性離子液體誘導的膜滲透性研究

標籤：學科前沿

關鍵詞：離子液體兩親性膜滲透

離子液體(ILs)是一種低熔點的鹽，在化學和生物催化、色譜、生物量處理、電化學和自組裝等領域顯示出了良好的應用前景。而離子液體大受歡迎的主要原因在於：(1)通過對所涉及的陽離子和陰離子的選擇和設計可以對其物化性質進行靶向調控；(2)離子液體本身作為綠色功能材料的環境友好性。然而，有研究對離子液體的環境相容性和低毒性提出了質疑：由於大多數常用的離子液體都是水溶性的，生物降解性較低，因此它們對海洋和微生物具有毒性。近年來，含有1-甲基-3-烷基咪唑陽離子[CnMIM]+的兩親性離子液體愈發受到人們關注，這種帶有長烷基鏈的陽離子在水介質中易成膠束，從而形成一種新型表面活性劑，因此研究其膜滲透效應進而研究其生物毒性對該種材料的應用有著非常重要的意義。

近日，Guru Nanak Dev大學的Tejwant S. Kang課題組研究了離子液體[C12MIM][Br]（如圖1a所示）中的陽離子[C12MIM]+在低濃度（1 mm，遠低於其臨界膠束濃度(12 mm)）下的膜滲透性效應。研究人員採用純1-棕櫚烯-2-油-3-磷酸膽鹼(POPC)或純1-棕櫚醯-2-油-sn-甘油-3-磷酸-rac-甘油三磷酸脂(POPG)製備的大單分子泡囊(LUVs)。

圖1. (a)離子液體C

12MIMBr的結構式(b) [C12MIM]+5分鐘後，注入鈣黃素的POPC和POPG大單分子泡囊(LUVs)的泄漏程度(c)等溫滴定量熱計(ITC)得到的摩爾結合熱與[C12MIM]+與脂質的摩爾比成反比, (d) [C12MIM]+在大單分子泡囊約束和未約束狀態之間的交換，當(e) POPG和(f) POPC大單分子泡囊存在時，觀察到[C12MIM]+濃度增加的1H NMR光譜

（圖片來源：J. Phys. Chem. B）

用等溫滴定量熱計（如圖1c所示）、熒光光譜學（如圖1d所示）和溶解態核磁共振測量（如圖1e, f）等方法對這種相互作用的生物物理參數進行了定量分析。結果顯示：[C12MIM]+插入到膜中，在較低濃度(12MIM]+陽離子的結合對陰離子POPG膜更強（如圖2所示）。因此在膜結合態和未結合態之間[C12MIM]+的快速交換似乎是POPC膜高通透性的主要原因。

圖2.兩親性離子液體在POPG和POPC的滲透

（圖片來源：J. Phys. Chem. B）

研究人員從[C12MIM]+引起的囊泡泄漏中，確定了熱力學和動力學參數，描述了它與任何一個膜系統的相互作用，並提供了結構細節。此外，還採用固態核磁共振譜法測定脂質膜中[C12MIM]+的位置及其對兩層結構和動力學的影響。本研究從分子層面闡述了[C12MIM]+介導的陽離子結構對膜滲透性的影響。為以後對離子液體的毒性與生物兼容性的研究提供一定的指導作用。

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcb.8b03733

原文作者：

Sandeep Kumar, Holger A. Scheidt, Navleen Kaur, Anupreet Kaur, Tejwant S. Kang, Daniel Huster, and Venus S. Mithu

DOI:10.1021/acs.jpcb.8b03733

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