从本世纪60年代初起人们对类脂双层进行了广泛的研究。目前，平面的双层类脂膜（缩写为BLM）与球状的类脂双层即脂质体一起在经过适当修饰后已是生物膜的最佳模型。近来，微电子学的进展和人们对包括BLM在内的超薄有机膜的兴趣已导致生物传感器的发展，从而在化学、电子学以及生物学等学科的交叉处产生了一个新的研究领域：生物分子电子学。这个激动人心的新科技领域是发展新的半导体后电子技术即其长期目标是分子计算机的分子电子学的一部分。
当前的微电子学与未来的分子电子学之间的分界线为一微米。在一微米以下，经典的微电子学规律不再成立而量子力学的规律开始起作用。微电子学以半导体薄片为基础，而新型的分子电子学将以分子和原子本身的能力为基础。在分子电子学里有两个主要方向：（1）以分子和原子的性质为基础的分子电子学和（2）应用量子效应的纳电子学。人们预期这些新的领域将发展出比目前PC计算机线路要快10万倍的分子电子线路，在分子电子线路里，分子的信息加工能力将通过电子及其结构的变化来实现。在生物体里，蛋白酶的构象性质可导致配位体－接受体接触（类似锁和钥匙）型的相互作用，以进行分子识别。这种独特的信息加T能力可能用到&展新型的具有模式识别和过程控制能力的计算机。因而在生物分子电子学里，研究者必须开发各种生物分子电子器件，这包括概念上相对简单的生物传感器到很先进的将成为控制中心加工器的“生物电子芯片”。
与生物分子电子学有关，我们要涉及到生物细胞的基本结构－类脂双层。细胞膜具有类脂双层的结构。对活着的有机体具有同等重要性的是细胞间的交流，这是通过细胞膜或在细胞膜间发生的。1961年，Rudin及其合作者报导了从小牛脑里的类脂构筑的平面双层类脂膜（BLM）经过修饰后可作为神经膜的模型。后来人们发现在经过不同方式修饰后可作为其它各种生物膜（包括视网膜和植物光合作用膜）的模型。BLM的厚度小于10纳米，在膜里可嵌入其它组分，如蛋白质、色素等。在生物细胞功能中，最重要的是能量传导。因而，由类脂等分子以及它们的复合物组成的种种能量传，元件必定远在膜里，可把这些能量传导元件称之为生物传感器，如表1里所列：
BLM的早期制备相当简单：把类脂溶液铺展到聚四氟乙烯杯（内室）壁的一个小孔上，这个杯放在一个有机玻璃池子（外室）里，两个室均注满电解质溶液。适当地选择类脂和溶剂，可使BLM的形成是一个自组装过程。通过一个低倍显微镜来观察，发现最初形成的是一个较厚（微米）类脂膜，逐渐减薄并现出彩色的干涉条纹，最后减薄到10纳米以下而变成黑色，因而BLM也称为“黑”膜。人们易于通过各种电的和光电的方法来研究BLM。在过去十年里，循环伏安法成为一种研究BLM的得力电化学方法，以获得BLM体系的热力学和动力学参数，来探讨所研究的膜过程的机理。
脂质体（Liposome）即球状BLMs可通过把磷脂分散到过量水里来制备。与平面BLM比较，脂质体更稳定并易于大量制备，它们对于研究透过率、常规光谱以及气体释放较适宜。然而，由于它们很小（直径小于二十纳米），难以用电学的方法来研究。早期提出的BLM制备方法虽然简单，但所形成的BLM结构上很脆弱、寿命有限。对诸如生物传感器和分子电子器件这样的实际应用，昉提是要有一个长寿命的BLM（或类脂双层）。因此，发展一种产生稳定BLMs的方法是必要的。近来田（Tien）等人报道了一种简单而又新颖的在固体基质上形成自组装BLMs的方法，由此产生的类脂双层具有所期望的动态性质和机械稳定性。这种固体基质支持的BLM（S-BLM）可以各种类脂在不同的有机溶剂里的溶液在同体基质上形成。所用的固体基质可以是直径从0.02到0.2毫米的金属丝，自组装BLM的形成是基于新生的金属表面与两亲类脂分子的相互作用。例如田曾描述了一种在细铂丝上的含锌酞菁的光活性S-BLM可作为生物传感器使用。
分子电子学所用的分子材料（如类脂双层）其中分子保留它们各自的特征，使材料的性质取决于分子的性质、排列及分子间的相互作用。为了发展生物传感器或生物芯片，可以使用BLM体系，特别是S-BLMs，一个生物传感器是一种把生物的检测元件与适宜的传感器紧密地结合在一起的分析器件，能把专门化合物的浓度转换成数字式电子信号，迄今发展的大多数生物传感器是置入一个酶作为生物的检测元件，例如葡萄糖氧化酶。将葡萄糖氧化酶置人类脂双层，结合氧电极，通过检测葡萄糖为酶催化氧化时氧的减少来测量葡萄糖在血液或其它体液里的浓度。生物传感器成功的关键是其中的生物组分与传感器部分的有效耦合常规的金属电极对生物组分的氧化或还原并不好，必须对电极表面加以修饰，而类脂双层就是其中一种很重要而有效的方法。因为类脂双层是生物膜的基本结构，而生物膜的功能相当于自然界的传感器和电子器件，它是通过离子和电子从膜的一侧到另一侧的选择性输送进行工作的。此外，生物环境的检测需要通过一个与生物兼容的类似生物膜的元件来实行。大量工作表明：以适当材料修饰后的BLM显示出电子电导性，可在膜的两个界面发生氧化还原反应，即氧化发生在膜面向阴极的一侧而还原发生在面向阳极的一侧，BLM的作用实质上类似一个双极性氧化还原电极。用色素分子修饰的膜会产生光敏性，这种光活性的BLM把光能转换为电能。
用二硝基苯酚修饰的BLM对氢离子有选择性。用各种多肽抗生素如缬氨霉素等即使以极微量存在于BLM里不仅能大大降低膜电阻，而且使膜对钾离子有选择性、含碘的BLM对碘离子有选择性。其机理是在膜结构里形成了专门的离子通道，这可在发展相应的生物传感器里得到应用。
对近来提出的高稳定性的固体支撑的BLM（S-BLM），在铂丝电极表面涂有含8-CB（一种热致液晶）和TCNQ（一种有机导体）的BLM后与裸电极比较，检测溶液中铅离子的灵敏度增加三个数量级。
当一个可溶的抗原加入BLM时可观察到明显的瞬态阻抗改变，如果把该抗原和抗体同时加入就观察不到阻抗的变化。这个技术可用来在医疗中检测糖尿病人胰岛素中的抗体。这种抗原－抗体复合物对BLM作用的实验，基于电化学测量和免疫试验方法的结合。可以发展出一种利用人工BLM的伏安免疫试验方法，基本原理是任何在BLM处发生的免疫反应将改变其电性质而给出一个检测得到的电信号。
应用BLM体系研究药物一膜相互作用已卓有成效。药物与膜的结合可能影响离子通道状态，从而触发生理作用。这也可以用来检验新合成的药物。
将有机导体、半导体微粒、以及卟啉等色素置入BLM体系时，赋予BLM体系非线性的电子特性，其中一些表现出光敏性。进而，沉积在BLM表面的金属和半导体层可作为直接与膜接触的电极。这些有可能发展出类似场效应管的分子器件。
对在纸或计算机上在实际合成前设计的具有某种特性的化合物分子，一旦合成后应在诸如BLM体系那样的分子环境中去检验。如上所述，一个隔开两个水溶液厚度小于10毫微米的BLM是一元的纳米结构，可提供一个直接的手段去检验诸如分子线、二极管、开关、光活性组分等分子设计的化合物。
我们正在发展的生物分子电子器件是在S-BLM的类脂双层里置入接受体，当该接受体与溶液里的配位体由于接触作用而结合时，就会产生一个电信号，这个电信号可以通过适当的技术来放大、传送、检测和显示出来。在类脂双层里的接受体可以是酶、抗体、蛋白复合物、载体、通道等，其相应的配位体可以是基质、抗原、激素、离子等。模拟具有光合作用功能的绿色植物类囊体膜的能量传感功能，将太阳能转化为电能和化学能；模拟视网膜光接受器的检测光子能力；模拟细胞和细胞器的原生质膜的选择离子和提供特定位置形成抗原－抗体的种种配位体与接受体接触相互作用的功能等等。平面的BLM和球状的脂质体，特别是近来发展的固体支撑的类脂双层体系（S-BLM），具有易于形成和稳定的特点，为开发一代的生物传感器和生物分子电子器件提供了新的可能性。
[Biomedical Engineering，1991年5月18日]