关于双分子脂膜介绍

[拼音]：shuangfenzi zhimo

[外文]：bimolecular lipid membrane

一般认为细胞膜和其他一些生物膜都是由吸附（或混入）了蛋白质的类脂物质的双分子层构成的，故研究水溶液中形成的简单双分子脂膜具有重要的理论与实践意义。实际上，有长久历史的肥皂膜（肥皂泡）也是一种双分子脂膜，即在气相介质中的双分子脂膜。在肥皂膜这种双分子脂膜中，表面活性物质(肥皂)分子的碳-氢链采取指向气相的定向排列；极性基团指向膜内。类脂质类表面活性物质在水溶液中形成的双分子层结构，则其碳-氢链指向膜内而极性基团指向水溶液（图1）。

此种双分子脂膜的厚度约为50～100埃左右，小于可见光的波长，接近于没有反射，故表现为“黑膜”。因此，双分子脂膜又称“黑脂膜”，一般是指类脂在水溶液中的双分子膜。通过比较简单的实验方法即可形成黑脂膜，在体系中同时生成了两个界面，或称“双面”。在气相介质中，黑脂膜的“双面”是普通液体薄膜的两边表面，如肥皂泡的膜；在水(溶液)介质中的“双面”则为油膜（类脂）两边与水溶液接触的两个界面。表面活性剂水溶液在支持框架（如玻璃丝或金属丝做成的方框，或在薄片上钻成的小孔）上较易形成面积较大的黑脂膜；而类脂或表面活性剂的非水溶液在水溶液中形成的黑脂膜则面积较小，不易得到面积大的膜。

图2中，在支持薄片的小孔上涂以类脂或表面活性剂溶液（在水溶液中涂以油溶液，在空气中则涂水溶液）。由于液膜（平面的）与普拉托边缘之间存在压差，液膜会自动变薄，直至双分子脂膜形成。

黑脂膜的一个重要物理参数是其膜张力σf。黑脂膜的液膜与本体溶液平衡时，膜的双面与溶液表面之间有一角度θ（图3），此实验事实表明膜张力并不等于溶液表（界）面张力的两倍。自图3可以得出膜张力与溶液表（界）面张力γ的关系：

σf＝2γcosθ

对于在液体（溶液）中的黑脂膜，由于膜两边的溶液可以不同，故 θ和界面张力可以有差异，于是有下列关系：

σf＝γ1cosθ1+γ2cosθ2

膜张力可以通过最大气泡压力法直接测定，也可以通过上述关系自θ和γ的测量值计算出来。一般σf值很小，θ值也很小，故σf的直接测定或间接计算都是不容易的。

双分子膜的厚度可以用电子显微镜法、电容法等测量，然而最常用又较精确方便的方法还是光反射方法。薄膜对光的反射系数R（R＝I/I0，I0和I分别为入射光和反射光强度）与膜厚有一定关系，故自光反射的测量可求得薄膜的厚度。对于在水溶液中的类脂双分子膜，膜的导电性是另一个重要物理性质，一般的黑脂膜导电性较差。

黑脂膜的一些物理特性，如电容、膜电势、膜破裂电压、水和溶质的透过性以及膜的光电效应等，在近年来得到广泛的研究。表中列出黑脂膜的一些物理化学性质，并与天然膜相比较。可以看出，二者的性质在相当大程度上非常接近。此外，对于这两种膜，都观察到有离子选择性和光激动性等特性。这些事实说明了黑脂膜体系确为生物膜的极好近似。

参考书目

1. J. H. Fendler， Membrane Mimetic Chemistry，John Wiley & Sons，New York，1982.