脂质双层囊泡代使用微流控喷射
February 21st, 2014
对液滴界面脂双层微流体喷射提供了一种可靠的方法来产生囊泡膜多不对称，跨膜蛋白的结合，以及材料的封装控制。该技术可用于研究多种生物系统，其中隔离的生物分子是理想的。
该程序的总体目标是生成磷脂双层囊泡，并增加对膜、unla、摩尔浓度、单分散性和内部内容物的控制。使用 cad，由亚克力板和天然橡胶制造腔室。通过将脂质和溶液加载到腔室中来产生悬浮的脂质双层。
接下来，使用喷射装置设置包含待封装溶液的喷墨打印机。一旦建立了适当的设置，喷射流体脉冲将产生脂质双层囊泡。最终，微流体喷射产生可重复的单分散双层囊泡。
与电形成、乳化或液滴生成等现有方法相比，该技术的主要优点是提高了控制膜、单侧摩尔浓度、单分散性和内部内容物的控制水平。演示该程序的是实验室的研究生 Johanna Harrow，本科生 Kara Patel 将协助使用 CAD 软件，使用激光切割机先钻一个可以由亚克力制成的腔室形状，在组装好的亚克力腔室的两侧有一个 16 英寸的通孔。这将排到无限形状的井。
其次，用剪刀从 0.2 毫米的亚克力板上剪出一个小矩形，作为无限形状的底部。用快干粘合剂将其固定到位，确保不要让胶水进入观察区域。亚克力板应冲洗到腔室壁上并固定在腔室底部。
第三，使用速干胶将一块薄薄的天然橡胶板粘在钻孔上。用镊子将它们压入到位。测试所有胶合接缝是否有泄漏。
不应该有任何。最后，使用 23 号针头，通过钻孔在橡胶上戳孔，压电喷墨尖端将插入这些孔。原液磷脂应溶于氯仿中，并在零下 20 摄氏度下储存。
D-P-H-P-C 或 DOPC。本演示中使用了脂质。将溶解在氯仿中的脂质转移到玻璃瓶中，同时以一定角度握住小瓶，在氩气或氮气下轻轻干燥脂质。
然后将瓶盖略微松动的样品瓶在真空下放置 1 到 2 小时，以去除残留溶剂。干燥剂也可用于此步骤。现在溶解端部甲板中的脂质，使最终脂质浓度为 25 毫克/毫升。
涡旋溶液。用 param 短暂密封瓶盖，然后超声处理 15 分钟。将此溶液储存在零下 20 摄氏度。
接下来，制备具有生理学渗透压的蔗糖储备液。这就是喷射点胶解决方案。考虑在溶液中加入一滴深色食用染料或荧光珠，以增加对比度或荧光。
将蔗糖溶液装入 1 毫升注射器中，以去除滞留的空气。轻弹注射器，使任何气泡上升到诱饵开口并可以排出。接下来，将 33 毫米 0.22 微米的过滤器连接到注射器上，并将一个液滴推出穿过过滤器。
现在拧下喷墨打印机的母诱饵适配器并将其压在过滤器的末端。推出一些液体以去除任何滞留的空气。最后，将注射器连接到喷墨流体的顶部。
如果注射器已正确连接，则应移动到喷墨喷嘴。首先，将注射器组件安装到显微镜载物台上，并为本实验连接喷墨控制器。载物台和注射器需要独立控制，载物台和注射器都在三个维度上移动以实现可视化。
设置一个每秒至少 1000 帧的高速摄像机。将其设置为使用基于图像的自动触发来启动录制。现在，用胶带将腔室固定在载物台上，并小心地将喷墨尖端与腔室侧面橡胶板上的孔对齐。
首先，通过肉眼调整，然后使用显微镜进行微调。对齐后，沿一个维度向后拉出注射器，以加载无限形状。然后对柱塞施加轻微的压力，使喷嘴上形成液滴。
这提供了一些初始背压。需要设置喷射参数。接下来，梯形双极波的具体值在屏幕上显示，施加的电压和每个触发的射流脉冲数控制囊泡大小。
现在在十年末期向腔室中加载 25 至 30 微升脂质溶液，覆盖无限形状的整个表面。然后，将 25 微升葡萄糖溶液添加到最外缘，缓慢平稳地移液，葡萄糖不应混入脂质溶液中。在 10 分钟内，脂质双层将在腔室中心形成。
设置双层是最关键的步骤，因为双层不稳定，并且可能会根据准备工作而断裂。要有耐心。一旦你练习几次填充腔室，它就会起作用。
现在，当喷墨喷头距离液滴界面 200 微米以内时，小心地将喷墨喷头插回腔室。双层，开始喷射过程并使用喷墨记录数据，从而深入了解囊泡生成过程。例如，改变喷墨喷嘴和脂质双层之间的距离会影响使膜变形的力。关闭。
靠近双层会聚焦射流并防止膜将能量从囊泡生成点分散出去。此外，涡流行程随着施加到压电电动执行器的电压而增加。囊泡形成被可视化为它们形成后的一系列事件。
囊泡稳定性往往随囊泡直径而变化，较小的囊泡更稳定。看完这个视频后，您应该对如何使用微流控喷射生成脂质违规囊泡有了很好的了解。
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概述
本文讨论了一种使用微流控射流技术在液滴界面脂质双层膜上生成磷脂双层小泡的方法。该技术允许对膜的不对称性、跨膜蛋白的整合以及材料的包封进行精确控制。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生物物理学
- 生物技术
背景
- 磷脂双层小泡对于研究区隔化的生物分子至关重要。
- 微流控技术增强了小泡形成的可重复性和控制性。
- 了解膜的性质对于各种生物应用至关重要。
- 射流技术可以简化小泡生成的过程。
研究目的
- 生成具有受控膜特性的小泡。
- 促进特定蛋白质的整合到双层中。
- 实现各种材料的包封以供研究目的使用。
使用的方法
- 用亚克力板和天然橡胶制造一个腔室。
- 通过向腔室装载脂质和溶液来生成悬浮的脂质双层。
- 设置喷墨设备以包封溶液。
- 建立适当的喷流流体脉冲设置以创建小泡。
主要结果
- 微流控射流产生可重复的单分散双层小泡。
- 该方法允许对小泡的性质进行精确控制。
- 材料的包封得以有效实现。
- 小泡可以为各种生物研究量身定制。
结论
- 微流控射流是一种可靠的小泡生成技术。
- 对膜的不对称性和蛋白质整合的控制得到增强。
- 该方法对于研究区隔化的生物分子具有重要意义。
常见问题
Executive Industry Relevance
Microfluidic jetting enables precise control over lipid bilayer vesicle generation, supporting reproducible production of giant unilamellar vesicles (GUVs) with defined membrane composition and encapsulation capacity. This capability addresses a key challenge in synthetic biology and drug delivery research by providing a tunable platform for modeling cellular systems and testing bioactive compounds. The method enhances predictive confidence in early-stage target validation by allowing systematic interrogation of membrane-dependent processes.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through controlled membrane asymmetry and transmembrane protein incorporation.
- Operational Value: Supports functional target validation by generating reproducible vesicle systems for pathway clarification.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by providing quantitative readouts on lipid-protein interactions and encapsulation efficiency.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by producing mono-dispersed vesicles with tunable size and internal content.
- Operational Value: Addresses assay standardization and reproducibility through precise jetting parameters that control vesicle formation.
- Screening Readiness: Highlights platform scalability and reuse for reliable compound evaluation across multiple conditions.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Discusses disease relevance through the use of physiological-like osmolarity solutions and fluorescent tracking for vesicle monitoring.
- Preclinical Alignment: Describes continuity from discovery through preclinical validation by enabling encapsulation of therapeutic candidates for stability and release studies.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports decision-making by providing measurable outputs on vesicle stability and diameter-dependent performance.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early hypothesis testing to lead identification, particularly in assays requiring controlled membrane environments and encapsulated compound delivery.
- Discovery Biology: Explains how the method supports hypothesis testing by enabling systematic variation of lipid composition and transmembrane protein incorporation to clarify pathway dependencies.
- Screening: Describes assay readiness through the generation of mono-dispersed vesicles that ensure consistent compound exposure and reproducible readouts.
- Analytics: Highlights quantitative measurements such as vesicle size, formation rate, and encapsulation efficiency that help teams compare experimental conditions.
- Translational Research: Connects the method to preclinical continuity by enabling encapsulation of drugs or biomolecules for stability testing and release profiling.
- Enterprise Reuse: Frames the method as a reusable capability rather than a single-use technique, adaptable across multiple projects requiring synthetic vesicle platforms.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity in membrane-related mechanisms.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of vesicle production for high-throughput applications.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk through early de-risking of delivery mechanisms.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on vesicle performance data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidics, lipid handling, and microscopy for chamber assembly and bilayer formation.
- Depends on instrumentation including piezo-actuated inkjet devices, high-speed cameras, and vacuum drying systems.
- Necessitates cross-team standardization of lipid solutions, jetting parameters, and chamber alignment procedures.
- Involves adaptation considerations for different lipid types, transmembrane proteins, and encapsulation agents across model systems.
- Includes practical limitations such as bilayer instability during setup and sensitivity to environmental vibrations during jetting.
