● 摘要
人类对单分子膜的认识过程，如同人们在浩瀚的大海上进行长期的航海实践和探索的过程。20世纪30年代，Langmuir-Blodgett膜（简称LB膜）技术作为一种新型的研究方法掀起了单分子膜研究的第一个高潮。自此以后，LB膜倍受各国科研人员的青睐，也成为了当前膜与细胞生物物理研究领域的前沿热点问题。
为了加强LB膜与生命活动之间的联系，加深对LB膜性能的研究以及增进LB膜在各个领域中的研究价值，我们让在生命活动中起着重要作用的金属离子与单分子膜相互结合。生物体内的金属离子普遍存在于无机盐之中，无机盐又是组成细胞的必要成分，它既可以调节细胞膜的结构也能够调节细胞周围环境的pH值，又可以维持细胞内外渗透压的平衡，乃至维持整个生命活动的正常。在金属离子与单分子膜结合的过程中，彼此之间会发生相互作用，从而使单分子膜具有了磁性、量子性以及导电性等一系列物理特性。科学研究发现金属离子与单分子膜结合的方式主要有三种：一是通过静电相互作用、二是配位相互作用、三是通过其他主客体与头基形成的界面复合物之间的相互作用进行的。由于金属离子的导入，使得单分子膜两亲分子间的相互作用发生了改变，从而影响了单分子膜的性质。目前，国内外研究人员对金属离子与单分子膜之间的配位相互作用的研究较多，对它们之间的静电相互作用研究相对较少，并且还没有得到普遍性的规律。因此，研究金属离子与单分子膜间的静电相互作用有着重要意义。
本文采用理论分析和实验探究相结合的方式，探讨了以前研究工作中尚未探索的问题，即金属离子对带有电荷的Langmuir膜和Langmuir-Blodgett膜结构及稳定性的影响情况，并针对实验现象给出了相对合理的解释。文章实验探究部分所采用的成膜材料均为磷脂酰甘油，它是一种极性头基上带有一个单位负电荷的有机物质。根据成膜物质磷脂酰甘油分子极性头基的两亲性特征，我们将两亲分子极性头基的结构进行了简化，并建立理想化模型——点电荷模型。在该模型的假设下，利用经典电磁学理论对有效范围内离子间的各种相互作用进行了分析，并对压膜过程中离子的受力情况进行了讨论。在理论层面上得到了金属离子的各种属性对单分子膜等温线特征量影响的变化规律，即亚相溶液中的金属离子半径R越小、金属离子的浓度C越大、金属离子的价态Q越高, 单分子膜所对应的等温曲线的特征量A0将随之减小、相变点c的变化将较为明显、崩溃压的数值将随之变大、曲线外扩程度也会加大；反之亦反。
通过对上述规律的分析，总结出了四种金属离子的三种属性对单分子膜相变特征影响强度的排序。其中，离子价态Q对相变特征的影响程度最大，其次是离子的浓度C，而离子的半径R对单分子膜的影响较小。可以简单地将其表示为：Q>C>R。与此同时，我们运用理论分析的方法，推测出了金属离子对Langmuir-Blodgett膜结构的影响规律。考虑到金属离子与成膜分子间的静电相互作用主要影响了单层膜分子排列的紧密程度以及LB膜与云母片之间的结合程度，因此推测其规律可能是：亚相中金属离子的价态Q越高，离子的半径R越小，离子的浓度C越大，能够转移到云母片上的磷脂酰甘油分子的结构排列越规则、紧密，单层膜分子与云母片之间的结合力度越大，膜的稳定性能越好。最后，应用控制变量法和对比法，设计了验证上述结论的相关实验。通过进行实验，以及观察所得到的实验数据，我们发现金属离子对单分子膜的成膜能力、膜的强度、膜的结构、膜的相态变化和膜的形貌等方面的影响规律与理论分析中得到的规律相符合，进一步佐证了理论分析的合理性和正确性。
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