Selbstmontage von Hybrid-Lipidmembranen, dotiert mit hydrophoben organischen Molekülen an der Wasser-Luft-Schnittstelle

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.

Unser Protokoll zeigt eine einfache Methode zur Herstellung organischer Molekül dotierter Hybrid-Lipidmembranen. Die luftstabile Eigenschaft der Membran kann die Anwendung der Lipid-Doppelschichtstruktur auf Festkörpergeräte ausdehnen. Wir verwenden ein Selbstmontageverfahren, um Hybrid-Lipidmembranen mit einer Dicke von mehreren Nanometern zu bilden.

Dieses Protokoll ist einfach und einfach zu befolgen und erfordert keine komplizierte Ausrüstung. Diese Methode kann verwendet werden, um andere biohybride Lipidmembranen herzustellen und kann leicht sowohl für Sensoren als auch für andere Sensorgeräte verwendet werden. In einem anaeroben Handschuhkasten arbeiten, lösen Sie Kupferphthalocyanin in Chloroform in einer gewaschenen Glasdurchstechflasche auf, um eine 10 Milligramm pro Milliliter Kupferphthalocyanin-Stammlösung vorzubereiten.

Filtern Sie die Lösung durch eine 0,2 Mikrometer PTFE-Membran. Mischen Sie die DPHPC-Lösung mit einem Wirbelmischer bei 2, 300 RPM für 10 Sekunden. Spülen Sie dann fünfmal eine Glasmikrospritze mit Chloroform aus und übertragen Sie damit 200 Mikroliter der Lösung in eine vorgewaschene Glasflasche.

Verdampfen Sie das Lösungsmittel in der Durchstechflasche mit einem sanften Stickstoffstrom. Spülen Sie eine weitere Glasmikrospritze mit Chloroform, dann verwenden Sie es, um 200, 2,6 Mikroliter Chloroform in die Glasflasche mit DPHPC hinzuzufügen. Fügen Sie 47,4 Mikroliter der gefilterten Kupferphthalocyanin-Stammlösung in die DPHPC-Lösung ein, was zu einem Molverhältnis von 10 zu einem DPHPC zu Phthalocyanin führen sollte.

Verwenden Sie eine andere saubere Spritze, um 250 Mikroliter Hexan in die Lösung einzutragen. Dann mischen Sie es mit einem Wirbelmischer bei 2, 300 RPM für 10 Sekunden. Filtern Sie die vorbereitete Lösung durch eine 0,2 Mikrometer PTFE-Membran.

Drei mal drei Zentimeter Siliziumsubstrate aus einem Siliziumwafer schneiden. Dann reinigen Sie sie in einem Ultraschallbad für 10 Minuten in gereinigtem Wasser, gefolgt von Ethanol, und dann Chloroform. Behandeln Sie die Substrate fünf Minuten lang mit Sauerstoffplasma, um adsorbierte organische Materialien von der Oberfläche zu entfernen und die Hydrophilie zu verbessern.

Waschen Sie einen PTFE Becher mit fließendem gereinigtem Wasser für drei Minuten. Dann legen Sie das gereinigte Siliziumsubstrat in den Becher mit einem kleinen Winkel gekippt. Gießen Sie eine ausreichende Menge gereinigten Wassers in das Becherglas, bis das gesamte Siliziumsubstrat unterGetaucht ist.

Nehmen Sie die vorbereitete Hybridlösung aus dem Gefrierschrank und lassen Sie sie auf Raumtemperatur erwärmen. Dann rühren Sie es mit einem Wirbelmischer bei 2, 300 Umdrehungen pro Minute für 15 Sekunden. Verwenden Sie eine spülte 50-Mikroliter-Mikrospritze, um drei bis fünf Mikroliter der Hybridlösung auf die Wasseroberfläche zu werfen und eine schwimmende Hybrid-Lipidmembran zu bilden.

Um die Membran auf das Siliziumsubstrat zu übertragen, verdampfen Sie das organische Lösungsmittel und pumpen Sie das Wasser mit einer Peristaltikpumpe mit einer Rate von drei Millilitern pro Minute aus dem Becher. Nach Abschluss des Transfervorgangs das Siliziumsubstrat auf einen Reinraumwischer legen und das gesamte Restwasser verdampfen lassen. Die als gebildete Hybrid-Lipidmembran hat eine einheitliche hellblaue Farbe aufgrund der Anwesenheit von Kupferphthalocyanin-Molekülen, und eine Fläche von mehreren Quadratzentimetern.

Hier sind konfokale Mikroskopiebilder und Atomkraftmikroskopiebilder der Membran auf einem Siliziumsubstrat zu sehen. Im AFM-Bild ist die Membran oben links mit einer Dicke von 79,4 Nanometern dick, und die unten rechts ist mit einer Dicke von 4,9 Nanometern dünn. Die dünne Membran weist eine Oberflächenrauheit von 0,4 Nanometern auf, die in der des gereinigten Siliziumsubstrats liegt.

Die energiedispersive Röntgenanalyse wurde verwendet, um die Zusammensetzung der Hybridmembran auf dem Siliziumsubstrat weiter zu untersuchen. Die Atomverhältnisse repräsentativer Elemente wie Kupfer, Phosphor, Stickstoff und Kohlenstoff betragen 0,33, 0,97, 4,06 bzw. 68,56 %. Das theoretische Molverhältnis von Kupfer zu Phosphor, zu Stickstoff, zu Kohlenstoff sollte eins, zu drei, bis 11, bis 192 sein, was nahe am gemessenen Elementverhältnis in der Hybridmembran liegt, was darauf hindeutet, dass das Verhältnis zwischen den Lipiden und den Kupferphthalocyaninmolekülen nach den Filmbildungs- und -übertragungsprozessen beibehalten wird.

Durch Dotierung der Lipidmembranen mit anderen Nanomaterialien wie Graphen oder Menthol-Nanopartikeln können Nanohybridmembranen mit verschiedenen Funktionen leicht gebildet werden.