结果和讨论

表面压力-脂质在空气中的面积等温线- GO 水性分散界面。 表面压力为 定义为纯水之间的表面张力降低 表面和单层覆盖的表面。 它描述了 空气-水或空气-水的分子堆积密度 界面。 表面压力-面积等温线由下式获得 监测相对于平均分子的表面压力变化 在恒定温度下压缩时的面积。 什么时候 分子在坍缩前紧密堆积，面积为 将表面压力-面积等温线（固相或液相凝聚相）的线性部分外推至零 表面压力（如图 1a 中的虚线所示）为 称为极限分子区域。 29 这个重要的 特征代表占据的平均分子面积 当分子紧密堆积成单层时。 这 极限分子面积通常由 头基和填料的分子间相互作用 的烷基链。 30 图 1 显示了表面压力-面积等温线 带正电的 DODAB (a) 和 DSEPC (b)，中性 带电的 DSPC (c)、带负电的 DSPA (d) 和 SA (e) 在纯水和 GO 水分散体亚相 (0.01, 0.02 和 0.04 毫克/毫升 GO)。 值得注意的是，没有表面 使用 0.01、0.02 和 0.04 在界面处检测压力 mg/mL GO 水分散体作为亚相 传播脂质（数据未显示），表明 GO 本身 本研究中使用的表面活性不足以影响 水的表面张力。 的极限分子区域 纯水带正电荷的 DODAB 和 DSEPC 亚相被确定为 73 和 61 Å2 /分子， 分别如黑色曲线上的虚线所示 在图 1a、b 中。 这些数字与之前的一致 研究。30-32 当这两种脂质沉积在空气中时- GO分散界面，极限分子面积上升为 随着亚相中 GO 浓度从 0.01 到 0.02 到 0.04 mg/mL 的增加，明确观察到。 此外， 液态凝聚相从较高的平均分子面积开始 随着 GO 浓度的增加。 这一观察表明 GO 可以并入或吸附到 DODAB 和 DSEPC，增加平均分子面积。 然而，当带中性电荷的脂质 DSPC 时， 带电荷的脂质 DSPA 和脂肪酸 SA 沉积， GO 分散体的表面压力-面积等温线几乎 与在纯水亚相上获得的等温线完全相同， 如图 1c-e 所示。 在这三种分子的每一种情况下， 表面压力以几乎相同的平均分子上升 区域，并且极限分子区域也非常相似 尽管亚相中 GO 的浓度不同。 这些 观察表明 GO 不能合并或成为 吸附到 DSPC、DSPA 或 SA 的单层中。 两者都不 界面和亚相中 GO 的存在有任何影响 关于这些分子的单层形成。 作为 细胞膜中的磷脂呈阴性或中性 带电，GO可能被细胞吸收到膜中 不应该是由于之间的直接化学相互作用 GO 和磷脂，但通过生物过程，如 内吞作用。8,33

图 1. 空气-水或 GO 分散界面处脂质的表面压力-面积等温线：(a) 带正电荷的 DODAB； (b) 积极 收费 DSEPC； (c) 带中性电荷的 DSPC； (d) 带负电的 DSPA； (e) 带负电的 SA。 请注意，没有表面压力 在空气-GO 分散界面处检测到，而没有在界面处扩散脂质。 每个分子轴面积的虚线的截距 表示每个分子的极限面积。

图 1 清楚地显示了具有不同 电荷对脂质之间的相互作用有深远的影响 去。 疏水尾基被认为不是 参与了这种互动。 这是因为 18 碳 疏水尾应朝向疏水 空气相。 即使尾巴可以在空中与GO接触- 刚沉积后的水界面，对提升没有影响 在观察过程中观察到区域或限制分子区域 DSPC、DSPA 和 SA 等温线上的压缩。 尤其值得注意的是 DSEPC、DSPC 和 DSPA 具有完全相同的 1,2-二硬脂酰-sn-甘油基团 与头组的唯一区别是共同的，因为 方案 1b-d 所示。 因此，控制 GO 和脂质相互作用的因素是头基。 积极地 带电头部基团（铵和乙基磷酸胆碱） 对带负电有很强的静电吸引力 GO 的羧基，导致 GO 的掺入 进入单层。 带中性电荷的首基（磷酸胆碱）或带负电荷的首基（磷酸和 羧基）不吸附GO，因为没有偏爱 静电相互作用。 此外，这些似乎中立 带电和带负电的头部基团可以排斥GO 来自 air-GO 分散界面的薄片。 这解释了为什么 这些脂质的等温线几乎完全相同 GO 在纯水亚相上的分散。 因此，我们 将重点关注 GO 和 DODAB 之间的交互以及 DSEPC 在下面的讨论中。

GO 吸附到 DODAB 的单层和 DSEPC。

尽管 DODAB 和 DSEPC 的两个头组 具有相同数量的正电荷，化学 结构大不相同。 为了进一步表征 带正电荷的头部基团之间的相互作用 DODAB 和 DSEPC 和 GO，GO 吸附研究 在表面压力 20 mN/m 下研究脂质单层，如 如图 2 所示。作为对照实验，单层 DODAB 或 DSEPC 首先被压缩到 20 mN/m 水亚相，然后是表面压力（黑色曲线 图 2a,b) 和表面电位（图 2c,d 中的黑色曲线） 对经过的时间进行监控。 正如预期的那样，DODAB 和 DSEPC 单层最初压缩到 20 mN/m 在纯水亚相中稳定。 在这两种情况下，表面压力都是 6000 秒后仍约为 18 mN/m（图中黑色曲线 2a,b) 前 1000 s 表面压力快速下降 可能是由于后单层松弛 压缩。 类似的表面电位稳定现象 还观察到与时间的关系，如图 2c、d 所示。 为了 在DODAB或DSEPC单层后吸附GO 最初在纯水中压缩至 20 mN/m，小心缓慢注入 600 μL 1 mg/mL GO 分散体 水亚相达到 0.02 mg/mL GO 单层，然后是表面压力（图中红色曲线 2a,b) 或表面电位（图 2c,d 中的红色曲线）变化 对时间进行监控。 值得注意的是， 在亚相中注入 GO 以达到 0.02 mg/mL 导致空气-水界面的表面压力增加 6000 秒。 如图2a、c所示，DODAB的表面压力 单层增加到 21.3 mN/m 而表面电位 在前 500 秒内下降到几乎 0 mV。 值得注意的是 图 2c 中 DODAB（红色）的表面电位曲线为 在 GO 之前最初大约 300 mV 小心而缓慢 注入亚相。 表面压力的变化和 表面电位清楚地表明存在静电 DODAB 正铵基之间的相互作用 和 GO 的负羧基。

图 2. (a) DODAB 和 (b) DSEPC 单层的表面压力与经过时间的关系。 单层的表面电位与经过时间的关系 (c) DODAB 和 (d) DSEPC。 黑色曲线：单层在纯水亚相上被压缩到 20 mN/m 的表面压力。 红色曲线： 将单层压缩至 20 mN/m 后，将 600 μL 1 mg/mL GO 分散体小心缓慢注入单层下方 进入水亚相以达到 0.02 mg/mL 的 GO。

由于 GO 是一个极薄的层（~1 nm），具有大的表面 区域，当它出现时研究它的方向是非常有趣的 与脂质相互作用。 涉及两个可能的方向 此处：“边缘向内”和“正面向内”。 “入边”是指表面 GO表是垂直的，而“face-in”描述的是水平的 方向。 在空气-水/水 界面可以提供一些见解。 我们建议去 片通过插入进入有序的 DODAB 单层 具有“边缘向内”取向的羧基 铵基团之间的静电相互作用 羧基，如图 3a 所示。 也有可能 一些 GO 片与带正电的头部相互作用 使用单层下方的“面朝”方向进行分组。 GO 纳米片不太可能融入 具有“面朝”方向的单层（图 3b）。 第一的， 20 mN/m 的 DODAB 单分子层足够紧密地堆积 GO 更容易挤入边缘（约 1 nm） 比侧面（高达几百纳米）。 第二， 带负电荷的羧基主要存在于边缘， 不在 GO 的侧面。 表面的减少 电位也是由于这种静电相互作用，因为 带负电荷的 GO 与有序 DODAB 的结合 单层中和了 DODAB 的电荷，降低了 界面处的偶极矩。

人们期望观察到类似的表面现象 如果 GO 与 DSEPC 结合，则压力和表面电位 单层通过与 DODAB 相同的方式。 有人发现 DSEPC 单层的表面电位下降到 50 mV 左右 当 GO 被引入亚相时（图 2d，红色曲线），表明 DSEPC 存在偶极矩变化 单层。 然而，表面却非但没有增加，反而减少了 在 DSEPC 实验中观察到压力，如图 图 2b。 由于 DSEPC 具有如此大的疏水尾部 锚定在气水界面，它不太可能失去 DSEPC 分子到亚相。 值得注意的是，在 空气-水界面 DSEPC 的头基是本体 snglycero-3-ethylphosphocholine，带有带正电荷的胆碱 sn-glycero-3-ethylphospho 的基团和强极性基团。 当 GO 从亚相扩散到 DSEPC 单层时 在界面处，带负电的 GO 可能 与 DSEPC 的带正电荷的胆碱部分相互作用 但由于屏蔽而不会渗透到单层中 来自 sn-glycero-3-ethylphospho，如图 3c,d 所示。 这是 GO 也可能与 DSEPC 单层相互作用 下方的“边缘向内”和“面向内”方向 单层，如图 3c 所示。 静电相互作用 GO 不仅中和了正电荷密度 DSEPC 中的头组，但也导致更紧密的包装 界面上的 DSEPC 分子。 这个假设解释了 当表面压力和表面电位同时下降时 GO 从亚相扩散到 DSEPC 单层。

图 3. GO 并入 DODAB (a, b) 和 DSEPC (c, d) 单层时可能取向的示意图 气水界面。

如果我们对不同绑定的假设 GO 对 DODAB 和 DSEPC 单层的行为是 是的，人们会期望观察到更大的表面增加 当初始表面压力较低时，DODAB 的压力。 事实上，发现表面压力增加了大约 2.5 mN/m 在实验中当 GO 与 DODAB 单层结合时 最初压缩到 15 mN/m，如图 4a 所示（粉红色 曲线）。 另一方面，当表面压力为 DODAB 单层够高，GO 没有边 挤入紧密堆积的单层。 如图 4a（黑色曲线），亚相中的GO不会导致表面 当 DODAB 单层被压缩到 25 毫牛/米。 在 DSEPC 的情况下，表面压力降低了 当 GO 注入亚相时为单层。 总之， 这些观察结果验证了我们在图 3 中提出的模型 GO 与 DODAB 和 DSEPC 单层的结合 界面。

图 4. GO 在不同表面的 (a) DODAB 和 (b) DSEPC 单层的吸附研究（表面压力与经过时间） 压力。 单层首先在纯水亚相上压缩到一定的表面压力，然后 600 μL 1 mg/mL GO 分散体 被小心地缓慢注入单层下方的水亚相中。

Langmuir-Blodgett (LB) 薄膜的 AFM 图像。 原子 力显微镜 (AFM) 是一种强大的无损方法 以高分辨率可视化 LB 薄膜的形态。 这 转移到基板上的 LB 薄膜的表面可以是 在不损坏样品的情况下重复成像。 在这项研究中， 表面压力为 20 mN/m 的 DODAB 或 DSEPC 的朗缪尔单层首先从空气-纯水或空气-转移 GO水分散体与新裂解云母的界面 基板，然后在空气中干燥和 AFM 成像。 图 5a 显示了 5 μL 后 GO 纳米片的形态 将 0.02 mg/mL GO 分散体涂在云母上并干燥。 图中的白色曲线显示了提取的轮廓 白色虚线的横截面轨迹。 GO 发现纳米片的高度均匀约为 1 nm 具有大的长度分布。 这证实了 GO 确实是 单层。16,34,35 图 5c 和 5e 显示了 AFM 图像 DODAB 和 DSEPC 的 LB 薄膜以 20 mN/m 的速度转移 分别来自空气-纯水界面。 这些电影是 在这两种情况下都非常一致，表明形成 均质单层。 36 有一些深度为 0.4-0.5 nm 的小孔，可以假设为 DODAB 或 DSEPC 的单分子层。 为了学习 DODAB 和 DSEPC LB 薄膜的形貌 air-GO分散界面，LB膜的控制实验 在相同条件下（面积、压缩速度和提升 率）在不传播 DODAB 或 DSEPC 的情况下执行 空气-GO分散界面。 如图 5b 所示，几乎 观察到裸露的云母表面，表明 GO 纳米片 来自 GO 分散亚相的 转移到云母表面。 这可能是由于 带负电荷的 GO 之间的不利相互作用 纳米片和带负电荷的云母表面。 什么时候 DODAB 或 DSEPC LB 薄膜以 20 mN/m 的速度从 在空气-GO分散界面，在DODAB或DSEPC的LB薄膜中清楚地发现了GO纳米片，如图所示 图 5d 和 5f。 LB膜中GO的高度也是 约 1 纳米。 GO 的存在证实了 GO 纳米片确实吸附或结合到单层 DODAB 或 DSEPC。

图 5. 新鲜切割的云母表面上的 AFM 图像（比例尺 = 1 μm）：（a）干燥后的一滴 GO 分散体； (b) LB的对照实验 在空气-GO 水界面没有脂质沉积的薄膜； (c) 从空气-纯水界面转移的 DODAB LB 薄膜； (d) LB膜 从空气-GO水界面转移的DODAB； (e) 从空气-纯水界面转移的 DSEPC LB 薄膜； (f) LB膜 DSEPC 从空气-GO 水界面转移。 所有脂质 LB 膜都在 20 mN/m 的恒定表面压力下转移。

值得注意的是，脂质 DODAB 和 DSEPC 是 直接沉积在 GO 分散体的亚相上以获得 用于 AFM 成像的 LB 胶片。 关于GO的方向 当与脂质单层结合时（图 5d、f），只有“面朝内” 通过 AFM 成像在 LB 膜上观察到 GO 的取向。 即使可以想象，也应该存在某种“边缘” 当 DODAB 或 DSEPC 沉积在 air-GO 水分散界面，不可能 通过 AFM 可视化此方向。 这是因为 在此过程中可以轻松更改 GO 的方向 的转移。 “边缘向内”方向是最不可能的 仍然可以“站立”在它的边缘，尺寸为 1 nm 当转移到它的大平面上时“躺下” 云母表面。 因此，GO 的“面朝”方向是 观察到并入或吸附在单层中 AFM 图像中的结构。

石墨烯与磷脂之间的作用——摘要、介绍

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