光电压瞬态技术: 实时分析膜界面动态过程的新手段

窦玉江1) 李文文2) 魏裕双2) 杨恺3)2) 元冰2) 1) (东莞职业技术学院电子信息学院) 2) (松山湖材料实验室) 3) (苏州大学物理科学与技术学院, 软凝聚态物理及交叉研究中心)

摘要：活性分子与细胞膜之间的相互作用在许多基本的生物过程中扮演着至关重要的角色, 然而如何实现对此界面动力学过程的原位、实时、无标记且无侵入监测仍是生物物理研究领域所面临的一大挑战. 我们与合作者开发的光电压瞬态技术, 为解决这一问题提供了一种新途径. 该技术利用硅片光电响应生成电荷, 并将磷脂膜的充放电过程记录为电压瞬态脉冲、建立了该充放电过程与界面瞬时结构和性质之间的关联性. 因此, 通过对随时间演化的电压脉冲进行分析, 可以揭示活性分子作用下膜结构实时动态变化情况, 尤其是不同作用状态之间转换的时间信息, 可作为传统技术的有益补充. 同时, 该技术设备搭建成本低廉, 操作方便, 无需复杂的数据处理过程. 本综述概述了光电压瞬态技术的工作原理、设备搭建以及数据处理方法, 并以经典细胞膜模型——磷脂双层膜为例, 总结了该技术在探索磷脂膜水合特性及其与活性分子(如表面活性剂、聚合物、多肽和纳米颗粒) 相互作用机制方面取得的最新进展. 最后就该技术优缺点进行讨论并展望未来发展前景.

关键词：光电压瞬态技术, 细胞膜, 界面动力学过程, 多肽-脂质相互作用, 支撑脂质双层膜