天然细胞膜因其复杂的组成和由能量驱动的活性特性，始终处于非平衡状态。这种复杂性使得分离并单独研究其组分变得极具挑战性。支撑型脂质双分子层（Supported Lipid Bilayers, SLBs）作为一种简化的模型系统，为特异性研究单一膜组分提供了可能。然而，传统的SLBs由于其与固体基底之间的间距极小（仅约1~2纳米），在负载跨膜蛋白时可能导致蛋白失活。为解决这一问题，近年来的研究引入了一层聚合物缓冲层，置于SLBs与基底之间，以缓解蛋白与基底之间的空间限制。然而，越来越多的证据表明，聚合物层的存在也可能对脂质双分子层的结构和动力学产生显著影响，但其具体机制尚未完全阐明。

近日，德国哥廷根大学的陈涛博士与Joerg Enderlein教授团队通过结合石墨烯诱导能量转移（Graphene-Induced Energy Transfer, GIET）成像技术和线性扫描荧光寿命相关光谱（Linear-Scan Fluorescence Lifetime Correlation Spectroscopy, lsFLCS），深入揭示了聚合物层对支撑型脂质双分子层（Polymer-Supported Lipid Bilayers, p-SLBs）结构与动力学的影响。

GIET技术基于单层石墨烯基底能够诱导荧光分子的能量转移到石墨烯中，从而实现距离依赖性的荧光寿命变化。由于磷脂双分子层本身厚度约为4~5纳米，其上下膜单层距离石墨烯基底不同，因此表现出不同的荧光寿命。通过测量这些差异化的荧光寿命值，可以进一步推导出上下膜单层相对于基底的高度。同时基于不同的荧光寿命，研究团队利用lsFLCS技术分别获取了上层膜和下层膜的荧光相关曲线，并通过拟合分析得到了磷脂分子运动的扩散系数。

研究人员首先以经典的固体支撑型磷脂双分子层（s-SLBs）为对照，验证了该技术的可行性。随后，他们针对三种最常见的聚合物支撑型磷脂双分子层（p-SLBs）展开了详细研究。这三种p-SLBs虽然具有相同的高分子结构，但采用了不同的端固定方法。借助GIET-lsFLCS技术，研究团队成功表征了这三种p-SLBs的结构特征及膜单层相关的扩散系数。通过对所得数据进行比较，作者探讨了不同固定方法对磷脂膜厚度、膜-基底距离以及膜单层扩散系数的具体影响，并据此提出了在实际应用中选择合适的p-SLBs的建议。

该研究采用了一种精巧的技术手段，解决了长期以来困扰该领域的关键问题，同时为不同类型支撑型脂质双分子层的特性提供了全新的见解。更重要的是，GIET-lsFLCS技术展现出了在研究膜及其相关蛋白生物物理性质方面的巨大潜力，为未来膜生物学与仿生膜设计领域的发展奠定了重要基础。

Leaflet-Specific Structure and Dynamics of Solid and Polymer Supported Lipid Bilayers

Narain Karedla, Falk Schneider, Jörg Enderlein, Tao Chen

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202423784