氧化铁纳米颗粒(NPs)及其复合材料是优异的吸附剂及催化剂,并具有超顺磁性和良好的生物相容性,能够进行各种功能化修饰,广泛应用于生物医疗的各个领域。氧化铁NPs普遍和多样化的应用极大地增加了 NPs与生物体直接接触的可能性。因此,研究氧化铁NPs与生物膜的相互作用对评价其对生物的安全性十分必要。真实细胞膜组分多样、结构复杂,具有不对称性及侧向异质性,并且膜整体电位为负但含有少量正电结构域。这些组分和结构特性与NP-膜相互作用密切相关。因此,本研究以膜上带电位点及脂质组成为切入点,以γ-Fe203NPs为研究对象,选取大单层囊泡(GUVs)和小单层囊泡(SUVs)作为模拟细胞膜,探讨NP-膜相互作用。通过调节带电脂质(阳离子脂质DOTAP和阴离子脂质DOPG)的加入量制备一系列不同电荷分布的模拟细胞膜。通过引入不同种类的脂质,如磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰丝氨酸(PS)、鞘磷脂(SM)以及胆固醇(Chol)制备一系列不同脂质组分的模拟细胞膜。模拟细胞膜中的带电位点对NP-膜相互作用产生影响。利用激光扫描共聚焦显微镜及石英晶体微天平(QCM)技术研究NPs对模拟细胞膜形态及完整性的影响。结果表明,当整体电位为负的模拟细胞膜中含有少量正电位点时,γ-Fe203 NPs能够在膜上发生粘附甚至引起膜破裂。即模拟细胞膜上的正电结构域为γ-Fe203 NPs的粘附提供了位点。并且与整体膜电位相比,膜中正电位点的数量决定了负电γ-Fe203 NPs引起的膜损伤程度。此外,利用荧光光谱扫描及广义极化(GP)值计算定量分析NPs对SUVs流动性的影响。结果表明,γ-Fe2O3NPs能够导致SUVs脂质有序性降低,膜流动性增加。利用红外光谱谱图分析NPs对脂质分子结构的影响。结果表明,γ-Fe203 NPs可以通过磷酸二酯及三甲胺基团与膜发生相互作用。模拟细胞膜中脂质种类不同也会导致NP-膜相互作用产生差异。QCM实验表明,尽管SUVs整体电位为负,脂质组分不同时,NP-膜相互作用也不相同。当膜中含有SM或Chol时,负电γ-Fe203NPs能够通过扩散接近膜,导致NPs在膜上发生粘附甚至引起膜破裂。而当膜中同时存在SM与Chol时,Chol能够与SM形成液体有序相(Lo)结构域。该膜结构域能够削弱NP-膜相互作用,增强膜的稳定性。此外,GP值计算结果表明,该液体有序相(Lo)结构域的存在能够维持膜的流动性,抑制,γ-Fe203NPs诱导的膜流动性增加。红外谱图表明,y-Fe203 NPs还可以通过酰胺基团、羟基等结构与膜发生相互作用。此外,当膜中同时引入正电位点及多种脂质组分时,QCM实验及GP值计算结果表明,负电γ-Fe203 NPs与膜之间的相互作用明显增强,NPs在膜上的粘附量增加,甚至能够引起膜破裂。这可能是因为膜上不仅含有正电位点,还含有丰富的脂质种类,γ-Fe203 NPs能够通过影响多种脂质分子结构来影响膜性质,显著增强了 NP-膜的相互作用。本研究揭示了 γ-Fe2O3 NPs与模拟细胞膜可能的作用机制,为预测γ-Fe203 NPs的环境行为和环境归趋提供依据,对了解其生物效应确认其对生物的安全性至关重要。