הרכבה ואפיון מבוקרי טמפרטורה של Bilayer ממשק טיפה

Summary

פרוטוקול זה מפרט את השימוש במערכת חימום מבוקרת טמפרטורת משוב כדי לקדם הרכבה מונולאייר השומנים ואת היווצרות bilayer ממשק טיפה עבור שומנים עם טמפרטורות התכה גבוהות, ומדידות קיבוליות לאפיון שינויים מונחי טמפרטורה בקרום.

Abstract

שיטת bilayer ממשק טיפה (DIB) להרכבת bilayers השומנים (כלומר, DIBs) בין טיפות מימיות מצופות שומנים בשמן מציע יתרונות מרכזיים לעומת שיטות אחרות: DIBs הם יציבים ולעתים קרובות לאורך זמן, אזור bilayer ניתן לכוונן באופן הפיך, אסימטריה עלון נשלטת בקלות באמצעות קומפוזיציות טיפה, רשתות כמו רקמות של bilayers ניתן להשיג על ידי הסמוך טיפות רבות. יצירת DIBs דורש הרכבה ספונטנית של שומנים לתוך monolayers השומנים בצפיפות גבוהה על פני השטח של טיפות. בעוד זה קורה בקלות בטמפרטורת החדר עבור שומנים סינתטיים נפוצים, monolayer מספיק או bilayer יציב אינו מצליח להיווצר בתנאים דומים עבור שומנים עם נקודות התכה מעל טמפרטורת החדר, כולל כמה תמציות שומנים הסלולר. התנהגות זו הגבילה ככל הנראה את ההרכבים – ואולי גם את הרלוונטיות הביולוגית – של DIBs במחקרי קרום מודל. כדי לטפל בבעיה זו, פרוטוקול ניסיוני מוצג כדי לחמם בזהירות את מאגר הנפט המארח טיפות DIB ולאפיין את ההשפעות של הטמפרטורה על קרום השומנים. באופן ספציפי, פרוטוקול זה מראה כיצד להשתמש גוף אלומיניום מוליך תרמית ואלמנטים חימום התנגדותי נשלט על ידי לולאת משוב לרשום טמפרטורות גבוהות, אשר משפר הרכבה monolayer היווצרות bilayer עבור קבוצה רחבה יותר של סוגי שומנים. מאפיינים מבניים של הממברנה, כמו גם את המעברים שלב תרמוטרופי של השומנים המרכיבים את bilayer, הם מכמתים על ידי מדידת השינויים קיבוליות חשמלית של DIB. יחד, הליך זה יכול לסייע בהערכת תופעות ביופיזיות בקרומי מודל על פני טמפרטורות שונות, כולל קביעת טמפרטורת התכה יעילה (T_M) עבור תערובות שומנים רב רכיבים. יכולת זו תאפשר כך שכפול קרוב יותר של מעברי פאזה טבעיים בקרומי מודל ותעודד היווצרות ושימוש בקרומי מודל ממגוון רחב יותר של מרכיבי קרום, כולל אלה הלוכדים טוב יותר את ההטרוגניות של עמיתיהם התאיים.

Introduction

ממברנות הסלולר הן מחסומים חדירים באופן סלקטיבי המורכבים מאלפי סוגי שומנים¹, חלבונים, פחמימות וטרולים העוטפים ומחלקים את כל התאים החיים. הבנת האופן שבו הרכביהם משפיעים על תפקודיהם וחושפים כיצד מולקולות טבעיות וסינתטיות מתקשרות, דבקות, משבשות ומשתנות קרום תאי, ולכן תחומי מחקר חשובים בעלי השלכות רחבות היקף בביולוגיה, רפואה, כימיה, פיזיקה והנדסת חומרים.

מטרות אלה לגילוי נהנות ישירות מטכניקות מוכחות להרכבה, מניפולציה ולימוד של ממברנות מודל – כולל ביליאריות שומנים המורכבות משומנים סינתטיים או טבעיים – המחקות את ההרכב, המבנה ותכונות ההובלה של מקביליהם התאיים. בשנים האחרונות, ממשק טיפה bilayer (DIB) שיטה²

Protocol

1. הכנת מתקן מחומם

1. לאסוף 2 חתיכות של גומי מבודד בעובי 1 מ"מ קצוץ ל 25 מ"מ x 40 מ"מ רוחב ואורך, בהתאמה, 2 חתיכות של גומי 6 מ"מ עבה כי הם גם 25 מ"מ x 40 מ"מ, מכלול בסיס אלומיניום מוכן, מאגר שמן אקרילי שמתאים בחלון הצפייה של גוף בסיס אלומיניום (ראה איורים S1, S2, ו S3 לפרטים על ייצור תצוגה מתפוצצת של הרכבה). הכינו תחילה את גוף האלומיניום על ידי הצמדה לתחתית המתקן חלון צפייה מכוסה זכוכית עם דבק UV לריפוי ודבק 1 גוף חימום התנגדותי לחלק העליון של כל אוגן צד 25 מ"מ x 25 מ"מ של המתקן.
2. מניחים את חתיכות הגומי הדקות יותר על במת המיקרוסקופ כך שהקצה הארוך של כל חתיכה משיק לפתיחת הבמה כפי שמוצג ב -איור 1.
3. ....

Results

איור 1 מראה כיצד גוף האלומיניום ומאגר הנפט האקרילי מוכנים על במת המיקרוסקופ להיווצרות DIB. שלבי ההרכבה 1.2-1.4 משמשים לבידוד תרמי של המתקן מהבמה לחימום יעיל יותר. שלבים 1.5-1.7 מראים כיצד לחבר כראוי את התרמופול למתקן ולמקם את מאגר הנפט, וצעדים 1.8-1.9 מראים מיקומים מומלצים לחלוקת שמן לחתיכות אלה.

איור 2 מתאר את הרכיבים המשמשים ליצירת בקרת טמפרטורת משוב ולביצוע מדידות חשמליות ב- DIB: מחשב, מגבר כוח להגברה קבועה, מגבר מהדק תיקון ומערכת .......

Discussion

הפרוטוקול המתואר בזאת מספק הוראות להרכבה ותפעול של מערכת ניסיונית לשליטה בטמפרטורת השמן והטיפות המשמשות ליצירת DIBs. זה מועיל במיוחד עבור הפעלת היווצרות DIB באמצעות שומנים כי יש טמפרטורות נמס מעל RT. יתר על כן, על ידי שינוי מדויק של הטמפרטורה של מאגר הנפט, טמפרטורת bilayer ניתן לתפעל כדי ללמוד את ההשפעות של טמפרטורות גבוהות על תכונות ממברנה שונות ומאפיינים, כולל קיבוליות, אזור, עובי, שינויים תרמוטרופיים המושרה שלב, קינטיקה של מינים פעילים קרום, ואת האנרגטיקה של הידבקות של ממשק bilayer^37,

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
25 מ"מ x 40 מ"מ x 1 מ"מ גומי מבודד (x2)	כל		מבודד את החלק התחתון של מתקן האלומיניום משלב המיקרוסקופ
25 מ"מ x 40 מ"מ x 6 מ"מ גומי מבודד (x2)	כל		מגן על גופי החימום מפני נזק על ידי מהדקי שלב המיקרוסקופ ומבודד את החלק העליון של גופי החימום.
3-(N-מורפולינו) חומצה פרופנסולפונית	Sigma Aldrich	M3183	חומר חציצה לתמיסת שומנים
מצע אקרילי	מיוצר בבית	HTD_STG_2	~ 1000 uL באר אקרילית עם פרופיל חיצוני poka-yoke לתיקון כיוון
מתקן אלומיניום	מיוצר בבית	HTD_STG_1	מתקן בסיס עם באר שמן המחזיקה את המתקן האצילי וכולל שתי רפידות שטוחות הצמודות לבאר הנפט לגופי החימום
תמצית שומנים כוללת למוח	Avanti	131101C-100 מ"ג	25 מ"ג/מ"ל תמצית שומנים חזיריים
מארז DAQ קומפקטי (cDAQ)	מכשירים לאומיים	cDAQ-9174	מארז המכיל סוגים מרובים של מודולי מדידת חיישנים או פלט
מערכת איסוף נתונים (DAQ)	התקנים מולקולריים	דיגידאטה 1440A	ממיר אנלוגי לדיגיטלי ברזולוציה גבוהה
מגבר/ספק כוח	Hewlitt Packard	HP 6826A	מגביר את פלט מתח DC ממודול פלט המתח
כיסוי זכוכית	Slip Corning	CLS284525	אוטם את תחתית בסיס האלומיניום ומאפשר אפיון אופטי של גוף החימום הדו-שכבתי
(x2)	Omega	KHLV-101/5	25 מ"מ x 25 מ"מ סרט פולימיד גוף חימום קפטון עם מגבלת הספק של 5 וואט.
בורג נירוסטה M3	McMaster Carr	90116A150	מאבטח צמד תרמי למתקן אלומיניום
מגבר מהדק תיקון	התקנים מולקולריים	AxoPatch 200B	מודד זרם ויציאות מתח לראש הבמה
מחשב אישי	כל		מחשב עם יציאות USB מרובות במהירות גבוהה ומינימום של 6 ג'יגה-בייט של זיכרון RAM
אשלגן כלורי	סיגמא אולדריץ'	P3911	תמיסת אלקטרוליטים של יונים מנותקים
מודול קלט טמפרטורה מכשירים	לאומיים	NI 9211	מאפשר מדידות צמד תרמי צומת פתוח וקר עבור שלדת cDAQ
צמד תרמי	אומגה	JMTSS-020U-6	צמד תרמי מסוג U בקוטר 0.02 אינץ' ואורך 6 אינץ'
דבק הניתן לריפוי UV	Loctite	19739	מאבטח את כיסוי הזכוכית למתקן בסיס אלומיניום
מודול פלט מתח	National Instruments	NI 9263	מודול פלט מתח אנלוגי לשימוש עם שלדת cDAQ
מחולל צורות גל	Agilent	33210A	משמש ליציאת צורת-גל סינוסואידית של 10 mV 10 הרץ