Name: 设计磁响应稀土离子螯合磷脂组件的制备方法及双折射测量 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-01-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: 学习制备高磁响应性镧系离子螯合多分子组装体的方法，利用双折射测量技术监测其磁响应特性。该方法可用于药物递送和成像等生物医学应用领域。

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作者感谢瑞士国家科学基金会对SMhardBi项目（项目编号200021_150088/1）的资助。小角中子散射（SANS）实验在瑞士保罗谢勒研究所（Paul Scherrer Institute）位于维利根的瑞士散裂中子源SINQ完成。作者衷心感谢Joachim Kohlbrecher博士在SANS实验方面的指导。在强磁场下进行双折射测量的实验装置设计灵感来源于荷兰奈梅亨的高场磁实验室（HFML）现有的装置。我们感谢Bruno Pfister在双折射装置电子系统开发中的帮助，感谢Jan Corsano和Daniel Kiechl在构建激光精密且便捷对准所需框架方面的工作，以及Bernhard Koller博士在技术上的持续支持。

<ol><li>Sanders, C. R., Hare, B. J., Howard, K. P., Prestegard, J. H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/007965659480012X">Magnetically-oriented phospholipid micelles as a tool for the study of membrane-associated molecules.</a> Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 26, 421-444 (1994).</li>
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<li>Dürr, U. H. N., Soong, R., Ramamoorthy, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((When+detergent+meets+bilayer%3A+birth+and+coming+of+age+of+lipid+bicelles%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Nucl.+Magn.+Reson.+Spectrosc%22%5BJournal%5D)">When detergent meets bilayer: birth and coming of age of lipid bicelles.</a> Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 69, 1-22 (2013).</li>
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<li>Liebi, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Tailored+phospholipid+bicelles+to+generate+magnetically+switchable+material%22">Tailored phospholipid bicelles to generate magnetically switchable material</a>. , ETH Zürich. Switzerland. PhD Thesis n° 21048, ISBN 978-3-905609-55-4 (2013).</li>
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<li>Liebi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alignment+of+bicelles+studied+with+high-field+magnetic+birefringence+and+small-angle+neutron+scattering+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Alignment of bicelles studied with high-field magnetic birefringence and small-angle neutron scattering measurements.</a> Langmuir. 29, 3467-3473 (2013).</li>
<li>Prosser, R. S., Hwang, J. S., Vold, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetically+aligned+phospholipid+bilayers+with+positive+ordering%3A+a+new+model+membrane+system%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">Magnetically aligned phospholipid bilayers with positive ordering: a new model membrane system.</a> Biophys J. 74, 2405-2418 (1998).</li>
<li>Prosser, R. S., Bryant, H., Bryant, R. G., Vold, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lanthanide+chelates+as+bilayer+alignment+tools+in+NMR+studies+of+membrane-associated+peptides%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Lanthanide chelates as bilayer alignment tools in NMR studies of membrane-associated peptides.</a> J. Magn. Reson. 141, 256-260 (1999).</li>
<li>Liebi, M., Kohlbrecher, J., Ishikawa, T., Fischer, P., Walde, P., Windhab, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cholesterol+increases+the+magnetic+aligning+of+bicellar+disks+from+an+aqueous+mixture+of+DMPC+and+DMPE-DTPA+with+complexed+thulium+ions%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Cholesterol increases the magnetic aligning of bicellar disks from an aqueous mixture of DMPC and DMPE-DTPA with complexed thulium ions.</a> Langmuir. 28 (29), 10905-10915 (2012).</li>
<li>Liebi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cholesterol-diethylenetriaminepentaacetate+complexed+with+thulium+ions+integrated+into+bicelles+to+increase+their+magnetic+alignability%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Cholesterol-diethylenetriaminepentaacetate complexed with thulium ions integrated into bicelles to increase their magnetic alignability.</a> J. Phys. Chem. B. 117 (47), 14743-14748 (2013).</li>
<li>Isabettini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+bicelle+morphology+and+thermal+stability+with+lanthanide-chelating+cholesterol+conjugates%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Tailoring bicelle morphology and thermal stability with lanthanide-chelating cholesterol conjugates.</a> Langmuir. 32, 9005-9014 (2016).</li>
<li>Isabettini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mastering+the+magnetic+susceptibility+of+magnetically+responsive+bicelles+with+3%CE%B2-Amino-5-Cholestene+and+complexed+lanthanide+ions%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Mastering the magnetic susceptibility of magnetically responsive bicelles with 3β-Amino-5-Cholestene and complexed lanthanide ions.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 10820-10824 (2017).</li>
<li>De Angelis, A. A., Opella, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bicelle+samples+for+solid-state+NMR+of+membrane+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protoc%22%5BJournal%5D)">Bicelle samples for solid-state NMR of membrane proteins.</a> Nat. Protoc. 2 (10), 2332-2338 (2007).</li>
<li>Son, W. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%22Q-Titration%22+of+long-chain+and+short-chain+lipids+differentiates+between+structured+and+mobile+residues+of+membrane+proteins+studied+in+bicelles+by+solution+NMR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">"Q-Titration" of long-chain and short-chain lipids differentiates between structured and mobile residues of membrane proteins studied in bicelles by solution NMR spectroscopy.</a> J. Magn. Reson. 214, 111-118 (2012).</li>
<li>Avanti Polar Lipids Inc. Bicelle Preparation. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation/bicelle-preparation">https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation/bicelle-preparation</a> (2017).</li>
<li>Isabettini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+Generating+Highly+Magnetically+Responsive+Lanthanide-Chelating+Phospholipid+Polymolecular+Assemblies%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Methods for Generating Highly Magnetically Responsive Lanthanide-Chelating Phospholipid Polymolecular Assemblies.</a> Langmuir. 33, 6363-6371 (2017).</li>
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<li>Prosser, R. S., Volkov, V. B., Shiyanovskaya, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solid-state+NMR+studies+of+magnetically+aligned+phospholipid+membranes%3A+taming+lanthanides+for+membrane+protein+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Biochem.+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Solid-state NMR studies of magnetically aligned phospholipid membranes: taming lanthanides for membrane protein studies.</a> Biochem. Cell Biol. 76, 443-451 (1998).</li>
<li>Prosser, R. S., Volkov, V. B., Shiyanovskaya, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+chelate-induced+magnetic+alignment+of+biological+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Novel chelate-induced magnetic alignment of biological membranes.</a> Biophys. J. 75, 2163-2169 (1998).</li>
<li>Shklyarevskiy, I. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+alignment+of+self-assembled+anthracene+organogel+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Magnetic alignment of self-assembled anthracene organogel fibers.</a> Langmuir. 21, 2108-2112 (2005).</li>
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<li>Shklyarevskiy, I. O. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Deformation+and+ordering+of+molecular+assemblies+in+high+magnetic+fields%22">Deformation and ordering of molecular assemblies in high magnetic fields</a>. , Nijmegen University. The Netherlands. PhD Thesis, ISBN 90-9018956-4 (2005).</li>
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<li>Walde, P., Cosentino, K., Engel, H., Stano, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Giant+vesicles%3A+preparations+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22ChemBioChem%22%5BJournal%5D)">Giant vesicles: preparations and applications.</a> ChemBioChem. 11, 848-865 (2010).</li>
<li>Avanti Polar Lipids Inc. Liposome Preparation. , Available from:
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<li>Avanti Polar Lipids Inc. Preparing Large, Unilamellar Vesicles by Extrusion (LUVET). , Available from:
 <a target="_blank" href="https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation/luvet">https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation/luvet</a> (2017).</li>
<li>Isabettini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+engineering+of+lanthanide+ion+chelating+phospholipids+generating+assemblies+with+a+switched+magnetic+susceptibility%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Molecular engineering of lanthanide ion chelating phospholipids generating assemblies with a switched magnetic susceptibility.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 20991-21002 (2017).</li>
<li>Battaglia, M. R., Ritchie, G. L. D. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/1977/f2/f29777300209">Molecular magnetic anisotropies from the Cotton-Mouton effect.</a> J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2. 73 (2), 209-221 (1977).</li>
<li>Sprunt, S., Nounesis, G., Litster, J. D., Ratna, B., Shashidhar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-field+magnetic+birefringence+study+of+the+phase+behavior+of+concentrated+solutions+of+phospholipid+tubules%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">High-field magnetic birefringence study of the phase behavior of concentrated solutions of phospholipid tubules.</a> Phys. Rev. E. 48 (1), 328-339 (1993).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+paranematic+ordering+of+rigid+and+semiflexible+amyloid-Fe3O4+hybrid+fibrils+in+an+external+magnetic+field%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Continuous paranematic ordering of rigid and semiflexible amyloid-Fe3O4 hybrid fibrils in an external magnetic field.</a> Biomacromolecules. 17 (8), 2555-2561 (2016).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

Isabettini 等23详细描述了如何将双折射测量与小角中子散射（SANS）实验相结合，用于评估制备具有高磁响应性的Ln3+螯合磷脂组装体的方法。所提出的制备方案同样适用于由较长链的DPPC和DPPE-DTPA磷脂组成的组装体，或其双分子层中含有化学修饰类固醇衍生物的组装体11,12,17,18,19。唯一的要求是在步骤1.3.2、1.3.3、1.3.4和1.4.2中将样品逐步加热至足够高的温度。该温度必须足以使双分子层中的脂质进入液态无序相，以确保干燥脂质膜或样品再生过程中的充分水合。例如，DPPC/DPPE-DTPA/Tm3+（摩尔比4:1:1）组装体需加热至超过DPPC相变温度42 °C的温度，而...

双分子层小盘是由多种脂质混合物形成的盘状多分子聚集体。1,2,3,4,5 它们被广泛用于通过核磁共振波谱法对膜生物分子进行结构表征。6,7 然而，近期的研究致力于拓展其可能的应用领域。5,8,9 最受研究的bicelle体系由1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酰胆碱（DMPC），构成组装体的平面部分，以及1,2-二己酰基-sn-甘油-3-磷脂酰胆碱（DHPC）磷脂覆盖边缘。1,2,3 构成双层结构的磷脂分子几何构型决定了自组装多分子结构的构架。4,5 用 DMPE-DTPA 替代 DHPC 可制备出具有高磁响应性和可调控性的bicelle体系。10,11 DMPC/DMPE-DTPA/Ln3+ （摩尔比4:1:1）的bicelles可结合更多的顺磁性镧系离子（Ln3+在双层膜表面产生增强的磁响应。10 此外，将水溶性的DHPC分子替换为DMPE-DTPA/Ln3+ 能够形成抗稀释的bicelles。11
平面多分子组装体的磁取向性由其整体磁能决定，
<img alt="静磁平衡方程 E_mag=-nΔχB²/2μ₀Nₐ，用于教学的示意图。" src="/files/ftp_upload/56812/56812eq1v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 1"> (1)
其中 B 为磁场强度， <img alt="磁导率方程 μ₀=4π×10⁻⁷；物理概念图中的关键公式" src="/files/ftp_upload/56812/56812eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 2"> 磁常数，n 为聚集数 <img alt="静态平衡方程中的Δχ；ΣFx=0；方法示意图；教学用途。" src="/files/ftp_upload/56812/56812eq3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 3"> 脂质双层组分的分子抗磁化率各向异性。因此，DMPC/DMPE-DTPA/Ln 的响应3+ 通过改变螯合的镧系元素（Ln）的种类，可轻易调节双层磁性脂质体（bicelles）对磁场的响应性，这种响应性由其尺寸（聚集数 n）和分子抗磁化率各向异性 Δχ 所决定。3+.12,13,14,15 在双分子层中引入胆固醇（Chol-OH）或其他类固醇衍生物，可调节聚集体数量 n 和组装体的磁化率 Δχ。11,16,17,18,19 对于特定的脂质组成，较大的组装体含有更多能够对E产生贡献的脂质磁 （较大的聚集体数量 n），从而产生更多可比对的物种。例如，DMPC/DHPC 双层磁取向微粒（bicelles）的尺寸通常通过优化其组成脂质的比例或总浓度来控制。20,21,22 尽管这在DMPC/DMPE-DTPA/Ln中是可能的3+ 双分子层小片，其在加热时可发生从双分子层小片到囊泡的热可逆转变，从而提供额外的调控选择。通过膜滤器挤出等机械方法可实现对囊泡形态的塑造。冷却后，磁可取向的双分子层小片得以重新形成 5 °C 其尺寸由囊泡前体决定。11 本文重点探讨采用DMPC/DMPE-DTPA/Tm的机械法制备工艺的潜力3+ （摩尔比 4:1:1）或 DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm3+ （摩尔比16:4:5:5）作为参照体系。当使用其他Ln时，该过程以类似方式进行。3+ 高于 Tm3+这些技术所提供的广泛可能性在下文中被重点强调 图1 并在其他地方进行了广泛讨论。23
<img alt="脂质膜水合与挤出过程示意图；DMPC，胆固醇；温度效应；囊泡形成。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56812/56812fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图1"> 
图1：可能的制备流程示意图。 所研究的磁性可取向 Ln3+ 螯合多分子组装体由 DMPC/DMPE-DTPA/Tm3+（摩尔比 4:1:1）或 DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm3+（摩尔比 16:4:5:5）组成。干燥的脂质膜用 pH 7.4 的 50 mM 磷酸盐缓冲液进行水合，总脂质浓度为 15 mM。脂质膜的有效水合需要经过冻融循环（FT）或加热-冷却循环（H&amp;C）。在最后一次冻融步骤后，或对于长期冷冻保存后拟使用且无需进一步挤出的样品，需进行 H&amp;C 循环以实现再生。这些步骤已在 Isabettini et al.23 的研究中被广泛讨论。通过调控脂质组成，可获得最大磁取向性的多分子组装体，并形成不同的组装结构。通过纳米孔膜过滤器挤出（Ext）可调节双层微粒（bicelle）的尺寸和磁取向性。所示的取向因子 Af 是基于经 800、400、200 或 100 nm 孔径挤出的 DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm3+（摩尔比 16:4:5:5）样品的二维小角中子散射（SANS）图谱计算得出。SANS 测量是一种量化双层微粒取向程度的补充手段，本文不对此做进一步详细讨论。11,16 Af 的取值范围为 -1（中子散射呈平行分布，即双层微粒相对于磁场方向垂直取向）至 0（各向同性散射）。<a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56812/56812fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
双分子层结构（bicelles）的结构已通过多种表征技术得到了广泛研究。13 对于暴露在磁场中的双分子层结构，其取向性可通过核磁共振（NMR）波谱法或小角中子散射（SANS）实验进行定量分析。5,10,11,12,13,16,17,18,19,24,25 然而，在存在 Ln3+ 的情况下，NMR 谱峰的位移和展宽对该方法构成了严重限制。15,26,27,28 尽管 SANS 实验不受此限制，但仍需要其他更简便易行的技术，以实现对溶液中磁诱导组装取向的常规定量分析。双折射测量是一种可行且相对简单的方法。与 NMR 实验类似，双折射测量可提供有关双分子层中脂质重排及脂质相变的有价值信息。此外，还可监测多分子组装体在温度等环境条件变化时发生的几何形变。11,12,13,16 磁诱导双折射 Δn′ 已被用于研究多种类型的磷脂体系。13,29,30 基于磁场中相位调制技术的双折射测量，是一种检测双分子层结构取向的有效方法。12,16,18,29,31,32 M. Liebi et al. 还证明了在高达 35 T 的强磁场下利用双折射研究双分子层结构的可能性。13
当偏振光进入各向异性材料时，会被折射为寻常波和非寻常波。11 这两列波具有不同的传播速度，并因延迟量 δ 而产生相位偏移。通过测量延迟量 δ，并将其转换为双折射信号 <img alt="Δn', 折射率变化, 光学研究, 公式, 光子学, 光谱拟合图" src="/files/ftp_upload/56812/56812eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 5">，可利用以下公式量化材料的各向异性程度：
<img alt="折射率变化方程 Δn'=-δλ/2πd；光学测量分析公式。" src="/files/ftp_upload/56812/56812eq6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 6"> (2)
其中 λ 为激光的波长，d 为样品的厚度。磷脂具有光学各向异性，其光轴与其长分子轴一致，与烃链尾部平行。11,12 若磷脂在溶液中随机取向，则测不到延迟效应。当磷脂相互平行排列时，可测得延迟效应。磁诱导双折射 <img alt="Δn', refractive index change, optical study, formula, photonics, spectral fitting diagram." src="/files/ftp_upload/56812/56812eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 5"> 的符号可正可负，取决于分子在磁场中的取向；见图2。沿 x 轴平行排列的磷脂将产生负的 <img alt="Δn', refractive index change, optical study, formula, photonics, spectral fitting diagram." src="/files/ftp_upload/56812/56812eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 5">，而沿 z 轴排列的磷脂则产生正的 <img alt="Δn', refractive index change, optical study, formula, photonics, spectral fitting diagram." src="/files/ftp_upload/56812/56812eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 5">。当光轴与光传播方向一致时（即磷脂平行于 y 轴排列），不观察到双折射现象。
<img alt="光源自、磁场（B）、布朗运动、Δn' 方程的静态平衡示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56812/56812fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图2"> 
图2：磷脂分子的取向及其对应的磁致双折射符号<img alt="Δn' 符号，光学研究中折射率变化的概念。" src="/files/ftp_upload/56812/56812eq12.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程12">。 所测得的<img alt="Δn' 符号，光学研究中折射率变化的概念。" src="/files/ftp_upload/56812/56812eq12.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程12">符号取决于磷脂分子在磁场中的取向。虚线表示分子的光轴。入射光偏振方向为45°，沿y方向传播。磁场B沿z方向。本图改编自M. Liebi11。<a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56812/56812fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
对于各向同性的bicelle胶体悬浮液，由于双层中磷脂排列所诱导的取向将消失，导致延迟δ为零。为了使双层中的光学活性磷脂发生取向，bicelle必须实现定向排列，从而引起偏振光的延迟δ。因此，双折射是一种灵敏的工具，可用于量化多分子组装体的磁取向能力。当bicelle垂直于磁场方向排列时，将产生正的<img alt="Δn', 折射率变化, 光学研究, 公式, 光子学, 光谱拟合图" src="/files/ftp_upload/56812/56812eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 5">；而当其平行于磁场排列时，则产生负的<img alt="Δn', 折射率变化, 光学研究, 公式, 光子学, 光谱拟合图" src="/files/ftp_upload/56812/56812eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 5">。该符号取决于实验装置的取向，可通过参考样品进行验证。

<table><tbody><tr><td>1,2-二肉豆蔻酰基-&lt;em&gt;sn&lt;/em&gt;二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DMPC）</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td>850345P</td><td>&gt;99%</td></tr><tr><td>1,2-二肉豆蔻酰基-&lt;em&gt;sn&lt;/em&gt;二亚乙基三胺五乙酸-二甲基磷乙醇胺己铵盐（DMPE-DTPA）</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td>790535P</td><td>&gt;99%</td></tr><tr><td>氯化铥(III)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>439649</td><td>无水，粉末，99.9% 痕量金属基准</td></tr><tr><td>氯化镝(III)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>325546</td><td>无水，粉末，99.9% 痕量金属基准</td></tr><tr><td>氯化镱(III)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>439614</td><td>无水，粉末，99.9% 痕量金属基准</td></tr><tr><td>氯仿</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>319988</td><td>含乙醇作为稳定剂，ACS级试剂， &amp;ge;99.8%</td></tr><tr><td>甲醇</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>34860</td><td>&amp;ge;99.9%</td></tr><tr><td>胆固醇</td><td>Amresco</td><td>433</td><td>超纯级</td></tr><tr><td>D2O</td><td>ARMAR 化学品</td><td>1410</td><td>99.8 原子百分比 D</td></tr><tr><td>超纯水</td><td>Millipore</td><td></td><td>Synergy pak2 (SYPK0SIX2)，Millipack GP (MPGP02001)</td></tr><tr><td>电子pH计</td><td>Metrohm</td><td>17440010</td><td></td></tr><tr><td>Whatmann Nuclepore 25 mm 100 nm 膜滤器</td><td>VWR</td><td>515-2028</td><td></td></tr><tr><td>Whatmann Nuclepore 25 mm 200 nm 膜滤器</td><td>VWR</td><td>515-2029</td><td></td></tr><tr><td>Whatmann Nuclepore 25 mm 400 nm 膜滤器</td><td>VWR</td><td>515-2030</td><td></td></tr><tr><td>Whatmann Nuclepore 25 mm 800 nm 膜滤器</td><td>VWR</td><td>515-2032</td><td></td></tr><tr><td>沃特曼滤纸</td><td>VWR</td><td>230600</td><td></td></tr><tr><td>25 ml 圆底烧瓶</td><td>VWR</td><td>201-1352</td><td>14/23 染色体易位</td></tr><tr><td>3 ml 玻璃扣盖管</td><td>VWR</td><td>548-0554</td><td>ND18，18×30毫米</td></tr><tr><td>2.5 ml 玻璃注射器</td><td>Hamilton</td><td></td><td></td></tr><tr><td>磷酸二氢钠二水合物</td><td>Merk</td><td>1.06342</td><td>用于配制磷酸盐缓冲液的盐</td></tr><tr><td>磷酸氢二钠</td><td>Merk</td><td>1.06586</td><td>用于制备磷酸盐缓冲液的盐</td></tr><tr><td>液氮</td><td>Carbagas</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>加压氮气</td><td>Carbagas</td><td>-</td><td>200 巴气瓶</td></tr><tr><td>10 ml 脂质挤出器</td><td>Lipex</td><td>-</td><td>配备完整的热筒装置</td></tr><tr><td>高压PVC管</td><td>GR NETUM</td><td>-</td><td>必须能承受超过 4 MPa 的压力</td></tr><tr><td>Serto 适配器</td><td>Sertot</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>腈纶手套</td><td>VWR</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>2 ml 玻璃移液管</td><td>VWR</td><td>612-1702</td><td>230 毫米长</td></tr><tr><td>二极管激光器</td><td>纽波特</td><td>LPM635-25C</td><td></td></tr><tr><td>DSP双相锁相放大器</td><td>SRS</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>光电二极管检测器</td><td>Silonex Inc.</td><td>SLSD-71N5</td><td>5 mm²，硅，光电导</td></tr><tr><td>5.5 T 低温磁体</td><td>Cryogenic/Oerlikon 公司</td><td>-</td><td>12 巴氦气冷却。RW4000/6000 压缩机，RGD 5/100 TA 冷头</td></tr><tr><td>二阶低通滤波器</td><td>自制</td><td>-</td><td>线性电源 24V 直流，二阶，Sallen-Key 型，截止频率 360 Hz，±12V，最大电流 10 mA</td></tr><tr><td>光弹性调制器</td><td>Hinds Instruments</td><td>PEM-90</td><td></td></tr><tr><td>格兰-汤普森方解石偏振器</td><td>纽波特</td><td>10GT04</td><td>25.4 mm 直径</td></tr><tr><td>石英样品比色皿</td><td>赫尔马</td><td>165-10-40</td><td>温度控制样品池，0.8 ml，10 mm 光程</td></tr><tr><td>温度探针</td><td>温度控制</td><td>-</td><td>K型，0.5 mm直径，Thermocoax</td></tr><tr><td>非偏振镜</td><td>纽波特</td><td>50326-1002</td><td>25.4 mm</td></tr><tr><td>RS 232 电缆</td><td>国家仪器公司</td><td>189284-02</td><td>用于连接 Compact FieldPoint 控制器前面板上的 RS-232 端口</td></tr><tr><td>BNC 50 &amp;Omega; 电缆和连接器</td><td>国家仪器公司</td><td>763389-01</td><td></td></tr><tr><td>cFP-AI-110</td><td>国家仪器公司</td><td>777318-110</td><td>Compact FieldPoint 的 8 通道模拟电压和电流输入模块</td></tr><tr><td>cFP-CB-1</td><td>国家仪器公司</td><td>778618-01</td><td>用于 Compact FieldPoint I/O 接线的集成连接器模块</td></tr><tr><td>cFP-CB-3</td><td>国家仪器公司</td><td>778618-03</td><td>用于将热电偶连接至 cFP-TC-120 模块的集成等温连接块</td></tr><tr><td>cFP-TC-120</td><td>国家仪器公司</td><td>777318-120</td><td>Compact FieldPoint 8通道热电偶输入模块</td></tr><tr><td>cFP-1804</td><td>国家仪器公司</td><td>779490-01</td><td>NI Compact FieldPoint 的以太网/串行接口</td></tr><tr><td>LabView 2010</td><td>国家仪器公司</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>工业电源</td><td>Traco Power</td><td>TCL 060-124</td><td>100-240V 交流电</td></tr><tr><td>水浴锅</td><td>Julabo</td><td>FP40-HE</td><td>制冷/加热循环器</td></tr></tbody></table>

磁响应性镧系离子螯合磷脂组装体的设计、制备工艺与双折射测量

Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies

双分子层小盘（bicelles）是由多种脂质混合物形成的可调控的盘状多分子组装体。其应用范围广泛，从利用核磁共振（NMR）进行膜蛋白结构研究，到包括形成光学活性和磁性可切换凝胶在内的纳米技术开发。此类技术需要对组装体的尺寸、磁响应性和热稳定性进行高度控制。1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酰胆碱（DMPC）与其镧系离子（Ln3+）螯合磷脂偶联物1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酰乙醇胺-二乙烯三胺五乙酸（DMPE-DTPA）的混合物可组装成具有高度磁响应性的双分子层小盘，例如DMPC/DMPE-DTPA/Ln3+（摩尔比4:1:1）小盘。在双分子层中引入胆固醇（Chol-OH）和类固醇衍生物则可形成另一类具有独特物理化学性质的组装体。对于特定脂质组成，磁取向能力与双分子层小盘的尺寸成正比。Ln3+的络合导致磁响应在强度和取向方向上均达到前所未有的水平。加热时，盘状结构可逆地塌缩为囊泡，从而可通过具有特定孔径的膜滤器挤出，以调控组装体的尺寸。通过冷却至5 °C可重新生成具有磁取向性的双分子层小盘，其组装尺寸由囊泡前体决定。本文详细说明了该制备方法，并在5.5 T磁场下通过双折射测量对组装体的磁取向能力进行量化。源自磷脂双分子层的双折射信号还可用于监测双分子层中发生的多分子变化。这一简单技术可作为常用于表征双分子层小盘的核磁共振实验的有力补充。

在5.5 T磁场下，监测了非挤出DMPC/DMPE-DTPA/Tm3+（摩尔比4:1:1）样品在5至40 °C之间以1 °C/min的速率进行升温和降温循环过程中的双折射信号（图6）。双折射结果证实，在5 °C时具有较高的磁取向性，其值为1.5 × 10-5，是已报道的挤出体系的两倍。6,7,23 当温度超过DMPC的相变温度Tm（24 °C）时，双折射信号归零，这是由于形成了无法取向的囊泡。液态无序相的出现引发了多分子组装体的重大重排，这些重排具有热可逆性。当降温至Tm以下时，可取向物种重新生成，双折射信号的变化趋势与升温时相同。在Tm附近出现的明显峰标志着可取向组装体被不可取向囊泡所取代。<sup class="xr...

本文介绍了制备具有高度磁响应性的镧系离子螯合多分子组装体的方法。其磁响应性由组装体的尺寸决定，而尺寸可通过纳米孔膜挤出过程进行调控。通过双折射测量监测组装体的磁取向能力及温度诱导的结构变化，该方法可作为核磁共振和小角中子散射技术的有力补充。

双分子层圆盘是可调节的盘状多分子聚集体，由多种脂质混合物形成。其应用范围涵盖膜蛋白结构……

本实验的总体目标是制备具有高度磁响应性的镧系离子螯合多分子组装体，并通过双折射测量简便地监测其磁响应行为。双折射测量可为磁响应性多分子组装体（如bicelle）的设计提供关键信息，通过提供一种替代且相对简便的取向监测手段，有助于解答相关科学问题。此类多分子组装体的主要优势在于，通过结合多个磁性镧系离子，可在低至一到两特斯拉的磁场强度下实现显著且可调控的磁响应。尽管双折射检测器的监测为bicelles的设计提供了重要信息，但它实际上也可应用于其他磁响应系统的研究，例如掺杂氧化铁纳米颗粒的神经结晶型sedolos或淀粉样纤维。开始实验时，使用2.5毫升玻璃注射器和3毫升带卡扣盖的样品瓶，量取所需量的DMPC、DMPE-DTPA、胆固醇和氯化铥(III)储备溶液。将这些储备溶液混合至25毫升圆底烧瓶中。用2.5毫升对应储备液所用的溶剂冲洗每个小瓶，并将冲洗液全部转移至圆底烧瓶中。将烧瓶固定在旋转蒸发仪上。在40摄氏度、30,000帕斯卡的条件下除去混合物中的溶剂，直至仅剩一层黏稠透明的薄膜。将压力降低至100帕斯卡，继续抽样至少两小时，以获得干燥的脂质膜。然后用氩气冲洗烧瓶一分钟。用石蜡膜密封烧瓶，并将样品储存在18摄氏度下。准备重新水化脂质时，向烧瓶中加入3毫升15毫摩尔、pH 7.4的磷酸盐缓冲液。将烧瓶置于液氮浴中旋转，直至样品完全冻结，以液氮不再沸腾为标志。随后，将烧瓶在60摄氏度的水浴中旋转5分钟。待样品完全液化后，涡旋振荡样品30秒。最后一次冷冻步骤完成后，通过两次加热-冷却循环使样品稳定。首先，获取所需孔径的径迹蚀刻聚碳酸酯膜滤器用于挤出。使用硅胶尖镊子辅助，开始组装一个带有夹套样品容器的10毫升脂质挤出器。滴加几滴磷酸盐缓冲液以润湿支撑网和聚酯排水盘，从而便于膜过滤器的准确定位。小心地将O形圈放置在膜过滤器上。确保膜表面无任何折叠或折痕。完成脂质挤出器的组装，并将夹套样品容器连接至温度可控的水循环系统。将循环水浴加热至 60 摄氏度，并开始循环。使用高压PVC管和快速接头将挤出器连接至加压氮气瓶。根据膜孔径大小设定合适的挤出压力。用2 mL玻璃移液管将样品加入夹套容器中。关闭容器，使样品平衡30至60秒。将样品出口管的末端放入样品瓶中。然后，在保持样品出口管稳定的同时，向挤出机通入氮气。样品挤出完成后，释放挤出机压力，使用同一支两毫升玻璃移液管将挤出后的样品转移至夹套容器中。以这种方式完成10次挤出循环。每当膜滤器开始堵塞时，及时更换新的滤器。根据需要，依次通过更小孔径的挤出器重复挤出。开启并设置双折射测量装置，然后将样品置于光程长度为10毫米的温度控制石英比色皿中。将比色皿连接至设定为5°C的外部水浴。通过盖子上的孔口将一支0.5毫米厚的K型热电偶插入样品中。根据热电偶的读数调节水浴温度，直至样品达到5°C。将比色皿放入磁体的孔腔中。通过在比色皿

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科研

JoVE Journal

Engineering

工程

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学习制备高磁响应性镧系离子螯合多分子组装体的方法，利用双折射测量技术监测其磁响应特性。该方法可用于药物递送和成像等生物医学应用领域。

磁响应性镧系离子螯合磷脂组装体的设计、制备工艺与双折射测量

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