磷脂囊泡由于其無毒、生物相容性好等優點被廣泛用作藥物載體材料。研究分子與磷脂膜間的相互作用對理解載藥囊泡和真實細胞對藥物分子的吸收和排出機理具有重要的意義。對囊泡表面分子的行為進行實時原位探測是相關動力學過程研究中最重要的一步。近期，哈爾濱工業大學（深圳）干為教授研究組，利用二次諧波技術對囊泡表面染料和藥物分子的吸附和跨膜傳輸行為進行了深入理解并提出了更細致的模型；證實了帶電離子可作為跨磷脂膜被動傳輸的主要遷移形式；利用分子在界面熒光效率的變化將雙光子熒光也作為一種界面選擇性的技術對分子的結構與動力學行為進行了研究；通過單純調節囊泡外鹽離子濃度促進了藥物分子傳輸性能。
作者通過細致的實驗觀測發現，一定濃度下的染料分子D289在磷脂酰甘油囊泡表面的吸附傳輸過程中，二次諧波信號的下降可分為一個秒量級的快過程和一個數百至數千秒量級的慢過程，如下圖顯示。此結果與領域內普遍報道的分子吸附后以單指數動力學規律跨膜傳輸的實驗觀測具有顯著的差異。對此作者提出新的理解：這兩個過程分別對應吸附在囊泡外表面D289分子的快速翻轉及緩慢跨膜遷移兩個過程。通過向已平衡的體系中加水稀釋樣品觀測D289分子的由內向外傳輸，以及向囊泡外加入不同濃度的氯化鈉改變界面的離子間相互作用，得到了預期的實驗結果（下圖），從而驗證了提出的物理圖像。同時，作者通過此實驗證實，具有接近于平面結構的孔雀綠染料分子和棒狀結構的D289分子，均主要以帶電離子的形式參與跨膜傳輸。此實驗幫助澄清了關于帶電分子跨膜傳輸的主要遷移形式是中性、離子對還是帶電狀態的爭議。
該研究組還結合二次諧波和雙光子熒光技術對多柔比星在此囊泡表面的吸附傳輸行為進行了深入的研究，發現在一定的濃度范圍內，水溶液中的多柔比星并不穿透此囊泡進行跨膜傳輸，在較高濃度下，多柔比星的吸附動力學包含數秒和數十秒的兩個不同動力學過程（如下右圖顯示）。結合雙光子熒光信號的顯著變化，作者發現此較快過程是分子在界面的吸附聚集過程，對應雙光子熒光信號的迅速下降；較慢過程是分子聚集體解離并嵌入磷脂膜的過程，對應雙光子熒光信號緩慢上升或下降。結合二次諧波與雙光子熒光這兩種技術，通過兩種方法得到的時間常數之間的相互印證，可得到界面動力學行為的可靠信息。
結合以上理解，作者向囊泡外水溶液中加入毫摩爾量級濃度的鹽離子，使原本沒有傳輸行為的多柔比星發生了跨膜傳輸（如下圖顯示），再次證實了以上提出的物理模型的正確性。
以上研究結果對于研究染料與藥物分子與模擬細胞膜乃至于真實細胞膜表面的復雜相互作用提供了新的思路。這一成果近期發表在Materials Today Physics 和Journal of Physical Chemistry B 上。