一、脂质体膜的分子运动特点
脂质体是由磷脂双分子层( bilayers)构成的囊泡(vesicles)。它的基本结构和细胞膜相近，但前者组成简单得多。1972年Singer和Nicolson提出细胞膜的流体镶嵌模型，即细胞膜上的分子不停快速运动。现代研究还证明细胞膜上的分子并非均匀分布，而是存在多种结构域(domain)或磷脂聚集体。同样，脂质体膜上的磷脂分子也在不停运动，运动方式包括摆动、转动、侧向扩散等。摆动是磷脂分子脂肪链与膜平面平行方向的运动以及脂肪链的全反式构象(all－trans conformation)和扭曲构象(gauche conformation)之间的异构化运动;转动是磷脂分子绕垂直于膜平面的轴旋转;侧向扩散是磷脂分子在膜双层平面内的侧向运动。运动速度受磷脂分子性质、温度、分子堆积密度影响。磷脂酰胆碱(PC)的侧向运动受胆固醇影响而减慢，而鞘磷脂(SM)运动不受胆固醇干扰。磷脂分子的运动会带动双分子层内分子(如脂溶性药物)的运动。磷脂在膜中的侧向运动速度很快，每秒钟磷脂分子与其临近分子交换位置达106次。
除上述运动方式外，脂质体膜上的磷脂分子还可进行翻转运动(flip－flop)，即磷脂分子从所属单分子层(monolayer)翻转至另一单分子层，同时极性头朝向反转。磷脂分子在单分子层间翻转时，极性头需要克服双分子层内疏水性，需要较大能量，所以翻转运动速度很慢，发生概率小。这有利于维持膜两个单分子层中磷脂的不对称分布。胆固醇(cholesterol)不带电荷，它的跨膜翻转只受一个羟基限制，跨膜翻转比较容易。磷脂分子翻转可能会携带某些脂溶性物质或药物从囊泡外进入内部，也可能反向，例如脂肪酸、甾体化合物、阿霉素。翻转运动也是膜通透作用的主要机制之一。
Homan用芘标记的磷脂测定不同磷脂分子的翻转速度，发现极性头影响较大，其中磷脂酸(PA)和磷脂酰甘油(PG)速度比PC稍慢，磷脂酰乙醇胺(PE)的速度比PC慢5～7倍。磷脂脂肪链的长度对翻转速度影响较大，磷脂甘油骨架上1位脂肪酰基每增加二个碳原子，翻转速度减小8倍，活化能增加12．55 kJ/mol。在pH7．4时，PE的翻转速度可增加十倍，PC增加最小;在pH4．0时，PA的翻转速度增加100倍。脂质体发生凝胶液晶相变(gelliquid crystalline phase transition)时，磷脂分子翻转速度快速增加，利于形成膜缺陷，但胆固醇可抑制翻转。温度对膜分子运动影响较大。温度增加，运动加速，膜更加不稳定，膜通透性(membrane permeability)增加，膜之间容易发生分子交换并发生融合(fusion)。
磷脂分子的甘油骨架限制了分子运动。因此脂质体膜上的磷脂分子即使在液晶态(liquid crystalline phase)，也不能像在分子溶液中一样自由运动。磷脂还会形成固态三维结晶，即不正常分子堆积，并在膜上产生点、线和面缺陷，使膜的通透性增加。磷脂脂肪链从全反式到扭曲构象的转变也可造成这种缺陷，转变焓为1．673 6kJ/mol，转变活化能12．552kJ/mol，这种缺陷即磷脂相的不连续性在相变温度(Tc)时达到最大。
测定脂质体膜分子运动和分布的方法包括核磁共振法(NMR)，荧光标记法(fluorescent probe)，荧光相关光谱法(fluorescence correlation spectroscopy)，也可以用计算机模拟(computer simulation)膜分子运动。
二、脂质体膜通透性的研究
1．脂质体膜的通透性
膜通透性是脂质体最重要的物理化学性质之一，直接影响到药物的包封和释放。利用膜通透性规律，可以制备得到高药物包封率的脂质体制剂;利用某些条件下膜通透性的突然变化，还可以得到环境(温度、pH等)敏感的脂质体。
脂质体膜通透性与细胞膜相似，但后者有许多闸门和开关(膜蛋白)。分子通过脂质体膜的过程，一般是先溶解于磷脂双分子层内，然后释放到内水相(inner aqueous phase)或外水相(outer aqueous phase)中。在有机溶剂和水中溶解性都较好的分子，膜通透性好;脂溶性强的分子易插入脂质体膜;极性分子(如葡萄糖)和分子量较大的分子的膜通透性差;中性小分子(如水和尿素)的膜通透性好。离子的膜通透性差别较大。质子和氢氧根离子通透快，而钠和钾离子通透非常慢，甚至比氯离子和硝酸根离子还慢。金属离子的膜通透机制与其他分子不同。它的通透速度随磷脂脂肪链不饱和程度增加而减慢，而葡萄糖的通透速度却随脂肪链不饱和程度增加稍加快。高价正离子(如Ca2+)比单价离子(如Na+)的通透速度慢。这是因为前者电荷多、水化层大。质子、氢氧根、水的膜通透速度随温度增加而增加。金属离子和其他小分子在相变温度以下时，通透速度增加趋势与水分子相同，而在相变温度以上时，随温度增加，通透速度反而减小。这可能与水通道形成有关。脂质体膜是一种半透膜(semi－permeable membrane)，又允许水分子自由通过。因此当脂质体内水相药物溶液渗透压(osmotic pressure)较大时，外水相水分子会进入内水相，造成内水相体积增加，脂质体膜中磷脂分子间距增加，小于或等于葡萄糖分子大小的药物分子就可能渗漏到外水相中。有时在渗透压作用下，脂质体膜甚至会胀破。
脂质体膜分子随温度增加运动加快，特别是在相变温度时，磷脂分子的疏水链从全反式转变成扭曲态，此时膜分子间距增大，疏水链纵向长度减小，膜厚度减小。这种效应使脂质体膜通透性增强。相变时脂质体还会发生相分离(phase separation)，即凝胶相和液晶相会同时存在，不同磷脂结构域间距更大，此时膜通透性最大。
用二阶谐波激发技术(second harmonic generation，SHG)测定一种有机正离子孔雀绿的膜渗透性，发现当向二油酰磷脂酰甘油(DOPG)脂质体中掺入50%胆固醇时，孔雀绿的膜透速度比未加胆固醇减小了6倍。磷脂脂肪链中引入不饱和链会降低水分子通透性，不过加入适量胆固醇可增加水分子通透性。
测定物质对脂质体膜通透性的方法还有核磁线加宽法(NMR line－broadeningmethod)、电子自旋共振法(ESR)、荧光淬灭法(fluorescene quenching)和氯化银电极法(silver chloride electrode)。
2．利用脂质体膜通透性进行药物包封
利用脂质体膜通透性的变化规律可以进行药物包封(encapsulation)。pH梯度法可用于增加弱酸或弱碱药物的脂质体包封率。它是在初步制备的药物脂质体混悬液(药物为离子态)中加入缓冲溶液，使其外水相的pH改变，外水相中的离子药物变为中性分子，进而可以透过脂质体膜进入内水相。因为内水相中的pH使药物呈离子态，而离子难以通过脂质体膜，所以外水相中的中性药物分子不断进入内水相，内水相中不断聚集药物分子，直至达到高包封率。pH梯度法制备阿霉素脂质体的过程是将盐酸阿霉素溶液制备成脂质体混悬液，然后将混悬液pH调节至弱碱，外水相中的盐酸阿霉素转变为阿霉素中性分子，不断穿透脂质体膜进入内水相，并立刻重新形成盐酸阿霉素，最后达到很高的包封率(＞98%)。目前市场上销售的阿霉素脂质体制剂就是用此法制备。
pH梯度法常用于氨类药物的脂质体制备，包括柔红霉素、阿霉素、表柔比星、米托蒽醌、长春碱、氯丙嗪、丁卡因、利多卡因、奎尼丁、多巴胺、5－羟色胺、丙咪嗪、苯海拉明、奎宁、氯喹，其他还有硫酸间羟异丙肾上腺素，磷酸伯氨喹，托泊替康，ATP。利用季铵盐化合物溴甲胺太林与三氯醋酸盐形成离子对后，可增加在脂质体膜中的溶解，从而提高药物包封率。用醋酸钙梯度法可增加两亲性弱酸的脂质体包封率。
3．利用脂质体膜通透性释药
脂质体膜通透性规律的另一个重要应用是通过控制药物的释放(release)获得环境敏感的脂质体，如热敏脂质体(thermalsensitive liposomes)，pH敏感脂质体(pH－sensitive liposomes)，光敏感脂质体(light－sensitive liposomes)等。
热敏脂质体又称温度敏感脂质体(temperature－sensitive liposomes)，它的原理是磷脂膜发生凝胶液晶相变时膜通透性急剧增加，包封的药物快速释放。如果选择具有适宜相变温度的磷脂，如Tc= 41℃的二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)制备载药脂质体，当它在体内循环到预热至41℃或更高温度的部位时，脂质体发生相变，迅速释放药物。用温度敏感性质的聚合物如聚异丙基丙烯酰胺和聚合磷脂也可以制备得到热敏脂质体。
pH敏感脂质体是利用某种磷脂(如PE)的构象随pH变化，含此磷脂的脂质体在pH发生变化时，膜双分子层结构改变，内部包封的药物释放。实际制备中常采用二油酰磷脂酰乙醇胺(DOPE)。用pH敏感聚合物也可以制备得到pH敏感脂质体。因为肿瘤细胞代谢旺盛，其内部pH值比正常细胞低，所以利用pH敏感脂质体可以将药物靶向释放于肿瘤。
将有光反应活性的1，2－bis［10－(2，4－己二烯氧)癸酰］－sn－甘油－3－磷脂酰胆碱(bis－SorbPC17，17)插入PEG化脂质体中，如果没有紫外线，膜通透性没有变化。但经过254 nm紫外线照射后，膜通透性比37℃黑暗状态下增加28 000倍。原因是紫外线使光反应磷脂发生聚合反应，并进一步和脂质体膜中的饱和磷脂发生相分离，膜通透性急剧增加。光敏感脂质体可用于肿瘤靶向。
三、脂质体的相分离和金属离子的影响
脂质体膜从凝胶态到液晶态的转变不是立即发生并完成，而是涉及两次相变，一次称主相变;比主相变低5度左右还发生一次相变，称预相变。预相变发生时，磷脂分子极性头的朝向会发生改变。预相变焓要远小于主相变焓。不够灵敏的热分析仪器，可能无法发现预相变。在预相变和主相变之间，膜会产生相分离现象，即不同相同时存在。用电子显微镜可以看到膜表面出现皱裙和涟漪。脂质体膜产生相分离时，膜处于不稳定状态，局部有较大空洞，膜通透性急剧增加。
由酸性磷脂(负电荷磷脂)构成的脂质体膜可与正离子，特别是二价正离子如钙和镁强烈结合。后者使原来磷脂膜的静电排斥减小，使双分子层容易聚合。金属离子的结合还使凝胶相磷脂分子堆积密度增加，相变温度增加。因此在室温条件下，某种脂质体中加入正离子可能会使膜从液晶相转变为凝胶相。在由酸性磷脂和中性磷脂共同组成的脂质体中加入正离子，可能会引起相分离。未加正离子前，表现为一个相变;加入正离子使酸性磷脂相变温度改变，而中性磷脂不变，两者相变温度差别增加，出现两次相变。
研究不同荧光标记物在与大单层脂质体共存时不同相分配的差异，用共聚焦显微镜直接观察到相分离现象，同时发现胆固醇可以减弱甚至消除相分离。用荧光显微镜也可以观察到相分离现象。用氘核磁共振技术观察到环糊精胆固醇衍生物可以引起脂质体膜的相分离。
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