Orientation Correlation and Dielectric Relaxation of the Zwitterionic Head Groups of Dimyristoyl-Lecithin Multi-Bilayer Vesicles
Abstract
enThe spectrum of the complex permittivity of a colloidal aqueous dimyristoyl-lecithin solution has been measured as a function of time. The change in the dielectric properties of bilayers was observed during the growth of the vesicles (after first small aggregates had been produced by sonication). The measurements were performed in the spectral range from 100 kHz to 40 MHz by fast response time domain spectroscopy. The data are phenomenologically treated in terms of a Debye relaxation spectral function and are also discussed on the basis of a theoretical model of the solutions. — The study supports the conception of a domain structure of the bilayer surface. It is shown, that the dielectric domains, which are characterized by a pronounced orientation correlation of the zwitterions, increase in size if the radius of curvature of the bilayers increases. There is also a strong relation between the dielectric relaxation time and the orientation correlation of the head groups. This result indicates that the reorientation of the zwitterions is a collective phenomenon. With respect to the kinetics of the process of vesicle growth, the data show a particularly high rate of increase in the vesicle size near the crystalline/liquid-crystalline phase transition temperature of the bilayer system.
Abstract
deDas Spektrum der komplexen Dielektrizitätszahl einer kolloidalen wäßrigen Dimyristoyllezithin-Lösung wurde als Funktion der Zeit registriert. Dabei wurden — nachdem zunächst kleine Vesikeln durch Ultraschallbehandlung der Probe geschaffen worden waren — die Änderungen der dielektrischen Eigenschaften während des Anwachsens der multilaminaren Aggregate beobachtet. Die Messungen wurden mit Hilfe hochauflösender Zeitbereichsspektroskopie im Spektralbereich 100 kHz bis 40 MHz durchgeführt. Die Daten werden phänomenologisch mit Hilfe der Debye-Relaxationsspektralfunktion beschrieben und auf der Grundlage eines Modells der Lösungen diskutiert. — Die Ergebnisse unterstützen die Annahme einer Domänenstruktur der Doppelschichtoberflächen. Es zeigt sich, daß die durch eine ausgeprägte Richtungskorrelation der Zwitterionen charakterisierten dielektrischen Domänen bei zunehmendem Krümmungsradius der Doppelschichten wachsen. Es stellt sich außerdem eine enge Beziehung zwischen der dielektrischen Relaxationszeit und der Richtungskorrelation der Kopfgruppen heraus; die Umorientierung der Zwitterionen erfolgt kooperativ. Im Hinblick auf die Kinetik des Wachstumsvorgangs zeigen die Daten, daß die Vesikel-Größe besonders rasch in der Umgebung der kristallin/flüssig-kristallinen Umwandlungstemperatur der Doppelschichten zunimmt.
