Wir berichten über ein Protokoll zur Herstellung einer Hybrid-Lipidmembran an der Wasser-Luft-Schnittstelle, indem wir die Lipid-Doppelschicht mit Kupfer (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-Phthalocyanin (CuPc) Molekülen dopen. Die resultierende Hybrid-Lipidmembran hat eine Lipid/CuPc/Lipid-Sandwichstruktur. Dieses Protokoll kann auch auf die Bildung anderer funktioneller Nanomaterialien angewendet werden.
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Methodenartikel
Selbstmontage von Hybrid-Lipidmembranen, dotiert mit hydrophoben organischen Molekülen an der Wasser-Luft-Schnittstelle
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften, einschließlich einer ultradünnen Dicke (3-4 nm), ultrahohem Widerstand, Fließfähigkeit und Selbstmontagefähigkeit, können Lipid-Doppelschichten leicht funktionalisiert werden und wurden in verschiedenen Anwendungen wie Biosensoren und Bio-Geräten verwendet. In dieser Studie haben wir ein planares organisches Molekül eingeführt: Kupfer (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-Phthalocyanin (CuPc) um Lipidmembranen zu dope. Die CuPc/lipid Hybridmembran bildet sich per Selbstmontage an der Wasser-Luft-Schnittstelle. In dieser Membran befinden sich die hydrophoben CuPc-Moleküle zwischen den hydrophoben Schwänzen von Lipidmolekülen und bilden eine Lipid/CuPc/Lipid-Sandwichstruktur. Interessanterweise kann eine luftstabile Hybrid-Lipid-Bilayer leicht gebildet werden, indem die Hybridmembran auf ein Si-Substrat übertragen wird. Wir berichten über eine einfache Methode zur Integration von Nanomaterialien in ein Lipid-Bilayer-System, das eine neue Methode für die Herstellung von Biosensoren und Biogeräten darstellt.
Einleitung
Als wesentliche Sanurnrahmen werden das Innere der Zellen durch ein Lipid-Doppelschichtsystem vom Äußeren getrennt. Dieses System besteht aus amphiphilen Phospholipiden, die aus hydrophilen Phosphorester-"Köpfen" und hydrophoben Fettsäuren "Schwänzen" bestehen. Aufgrund der bemerkenswerten Fließfähigkeit und Selbstmontagefähigkeit von Lipid-Doppelschichten in wässriger Umgebung1,2können künstliche Lipid-Doppelschichten mit einfachen Methoden gebildet werden3,4. Verschiedene Arten von Membranproteinen, wie Ionenkanäle, Membranrezeptoren und Enzyme, wurd....
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Protokoll
1. Vorbereitung einer Hybridlösung
- Waschen Sie vier 4 ml Einwegglasfläschchen und Schraubverschlüsse (mit PTFE-beschichteten Dichtungen) in einem Ultraschallbad für 10 min in destilliertem Wasser (gereinigt mit einem Filtersystem), gefolgt von Ethanol bzw. Chloroform. Trocknen Sie die Glasfläschchen und Kappen in einem Strom von Stickstoffgas.
- In einer anaeroben Handschuhbox eine CuPc-Stammlösung (10 mg/ml) in einer gewaschenen Glasdurchstechflasche vorbereiten, indem Sie pulverisierte CuPc in Chloroform auflösen.
- Filtern Sie die CuPc-Lösung durch eine 0,2 m Polytetrafluorethylen-Membran (PTFE).
- Bewahren Sie die gefilterte Lösun....
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Ergebnisse
Die as-formed Membran hat eine einheitliche hellblaue Farbe aufgrund der Anwesenheit von CuPc-Molekülen. Die Fläche der farbigen Membran beträgt in der Regel mehrere Quadratzentimeter. In Abbildung 1A und Abbildung 1Bzeigen wir ein mikroskopisches Bild und ein Atomkraftmikroskop (AFM) (einschließlich eines Höhenprofils) der Hybrid-Lipidmembran auf einem Si-Substrat. Im AFM-Bild ist die Membran oben links dick, mit einer Dicke von 79,4 nm und die unten rechts ist.......
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Diskussion
In der Vorläuferlösung der Hybridmembran wird ein gemischtes organisches Lösungsmittel (Chloroform und Hexan) anstelle von reinem Chloroform verwendet, um Lipide und CuPc aufzulösen. Bei Verwendung von reinem Chloroform wäre die Dichte der Vorläuferlösung höher als bei Wasser. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass die Lösung auf den Grund des Wassers sinken würde, anstatt sich auf der Wasseroberfläche auszubreiten. Die Zugabe von Hexan, einem Lösungsmittel mit geringer Dichte, zur Vorläuferlösung stellt sicher, dass die.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde durch das CREST-Programm der Japan Science and Technology Agency (JPMJCR14F3) und Grant in-Aids von der Japan Society for the Promotion of Science (19H00846 und 18K14120) unterstützt. Diese Arbeiten wurden teilweise am Labor für Nanoelektronik und Spintronik, Forschungsinstitut für elektrische Kommunikation, Tohoku Universität durchgeführt.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Chloroform | Wako Chemikalien | 033-08631 | |
| CuPc | Sigma-Aldrich | 423165 | |
| DPhPc | Avanti Polar Lipids | 850356C | |
| Glasfläschchen mit Schraubverschluss | Nichiden-Rike Glass Co., Ltd | 6-29801 | |
| Hexan | Wako Chemie | 084-03421 | |
| Membranfilter | Merck Millipore Ltd. | ||
| Mikrospritze | Hamilton | 80530 | |
| Schlauchpumpe | Tokyo Rikakikai Co., Ltd. | ||
| Vortex-Mischer | Scientific Industries, Inc. | SI-0286 |
Referenzen
- Israelachvili, J. N., Mitchell, D. J., Ninham, B. W. Theory of self-assembly of lipid bilayers and vesicles. Biochimica Et Biophysica Acta-Biomembranes. 470 (2), 185-201 (1977).
- Venable, R. M., Zhang, Y., Hardy, B. J., Pastor, R. W.
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Nachdrucke und Genehmigungen
