脂质体的理化性质

第四节　脂质体的理化性质

一、相变温度

脂质体膜的物理性质与介质温度有密切关系。当升高温度时，脂质双分子层中酰基侧链从有序排列变为无序排列，这种变化引起脂膜的物理性质发生一系列变化，可由“胶晶”态变为“液晶”态。此时，膜的横切面增加，双分子层厚度减小，膜流动性增加。这种转变时的温度称为相变温度(phase transition temperature，T_c)。所有磷脂都具有特定的T_c值，这依赖于极性基团的性质、酰基链的长度和不饱和度。一般酰基侧链越长或增加链的饱和度，相变温度愈高，反之链越短或饱和度越低，则相变温度愈低。如二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱的相变温度为24℃，而二棕榈酰磷脂酰胆碱及二硬脂酰磷脂酰胆碱的相变温度则分别为41℃和58℃。在相变温度以下时，由于磷脂分子的脂肪酰链为全反式构象，排列紧密，膜刚性和膜厚度都增加，膜结构处于“胶晶态”;当在相变温度以上时，由于脂肪酰链的伸缩、弯曲及外扭现象和侧相移动，膜结构处于。“流体态”和“液晶态”;当磷脂发生相变时，可有液态、液晶态和胶晶态共存，出现相分离，使膜的流动性增加，易导致内容物的泄露。

相变温度可借助差示扫描量热法(differential scanning calorimetry，DSC)、电子自旋共振光谱(electron spin resonance，ESR)等测量脂膜的相变温度，脂质体膜的相变温度取决于组成磷脂种类，一般酰基侧链越长相变温度越高，反之链短则相变温度亦低，如二肉豆蔻磷脂酰胆碱相变温度24℃，而二棕榈酸磷脂酰胆碱及二硬脂酰磷脂酰胆碱则分别为41℃和58℃。膜的流动性是脂质体的一个重要物理性质，在相变温度时膜的流动性增加，被包裹在脂质体内的药物具有最大释放速率，因而膜的流动性直接影响脂质体的稳定性。胆固醇具有调节膜流动性的作用，当在脂质体膜中加入50%(w/w)胆固醇可使脂质体膜相变消失，胆固醇称为流动性缓冲剂(fluidity buffer)，因在低于相变温度时磷脂中加胆固醇则可使膜减少有序排列而增加膜流动性，高于相变温度时加胆固醇则可增加膜的有序排列而减少膜的流动性。

脂质体膜常由两种以上磷脂组成，它们各有特定的相变温度，在一定的环境下它们可以同时存在着不同的相(即液晶相及胶晶相)称之为相分离(phase separations)，有人用冰冻刻蚀技术直接证明磷脂酰胆碱与磷脂酸混合膜为一光滑表面，当加入Ca²⁺或赖氨酸则引起二者相分离导致膜表面产生区块结构(domain structure)，这种区块结构与膜的通透性有关，Sackmann曾用自旋共振光谱证明在磷脂酰胆碱及磷脂酸1∶1的混合膜中，加入多粘菌素则因它可与磷脂酸结合而诱发脂膜形成区块结构。脂质体中添加不同物质，可诱发区块结构的产生，如药物、离子均有可能影响脂质体膜的相变温度变化，从而引起相分离，增加膜的通透性。

了解脂质膜的相变在制备和应用脂质体时是非常重要的，由于脂质体的相变行为决定其通透性、融合、聚集和与蛋白质的结合，所有这些都明显影响脂质体的稳定性和它们在生物系统的行为。膜的相变温度可借助差示扫描量热法和电子自旋共振光谱等测定。

二、膜的通透性

脂质体膜是半通透性膜，不同离子穿膜和分子扩散过膜的速率有极大的不同。对于在水溶液和有机溶液中溶解度都非常高的分子，磷脂膜是一种非常弱的屏障。极性溶液如葡萄糖和高分子化合物通过膜非常慢，中性电荷的小分子如水和尿素能很快扩散，而带电荷的离子的行为有很大差别，质子和羟基离子穿过膜非常快，可能是由于水分子间氢键结合的结果，钠和钾离子跨膜则非常慢。随着磷脂脂肪酸链不饱和度的增加，钠离子的通透性下降，而葡萄糖分子的通透性稍有增加。若增加磷脂脂肪酸链的长度，由于膜的厚度增加，所有物质的通透性都将有所下降。在相变温度时，质子的通透性增加，并随温度的升高而进一步提高，相反，钠离子和大部分物质在相变温度时通透性最大。

因为磷脂膜的半渗透性，膜两侧的物质浓度的不同会产生渗透压，当脂质体包裹较高浓度的物质，而该物质在外相的浓度较低时，由于水分子的渗入而引起脂质体的膨胀，扩大了相邻脂质分子间的空间，磷脂膜的面积也随之增大，在这种情况下，那些包裹在脂质体内的分子量较小物质的渗漏就会增加，有时渗透压还可能导致磷脂膜的破裂。

三、膜的流动性

膜的流动性是脂质体的一个重要物理性质，在相变温度时膜的流动性增加，被包裹在脂质体内的药物具有最大释放速率，因而膜的流动性直接影响脂质体的稳定性。胆固醇具有调节膜流动性的作用，当在脂质体膜中加入50%(质量分数)的胆固醇可使脂质体膜相变消失，因此，称胆固醇为流动性缓冲剂。在低于相变温度时，磷脂中加入胆固醇可使膜减少有序排列，增加膜流动性;高于相变温度时，加胆固醇则可增加膜的有序排列，而减少膜的流动性。

四、脂质体荷电性

含酸性脂质如磷脂酸(PA)和磷脂酰丝氨酸(PS)等的脂质体荷负电，含碱基(氨基)脂质例如十八胺等的脂质体荷正电，不含离子的脂质体显电中性。脂质体表面电性与其包封率、稳定性、靶器官分布及对靶细胞作用有关。脂质体的表面电性的测定方法有荧光法和显微电泳法等。

显微电泳法是将脂质体混悬液放入电泳装置试样池内，在显微镜监视下测量粒子在外加电场强度E时的泳动速度V，向正极泳动的脂质体荷负电，反之为正电荷脂质体。由测定结果可求出单位电场强度下的运动速度，即淌度u= V/E，依公式ζ= 6πηu/ε求出ζ电势，式中η是脂质体混悬液黏度，ε为介电常数。ζ电势(mV)随带电脂质体增加而增大。

荧光法是依据脂质体结合荷电荧光探针的量与其表面电性和电荷量有关，二者荷电相反，结合多，荧光强度增加，相反，二者带电相同结合少，荧光强度减弱。增加或减弱强度与带电脂质的比例有关。