我々は、脂質二重層を銅(II)2,9,16,23-テトラ-tert-ブチル-29H,31H-フタロシアニン(CuPc)分子でドーピングすることにより、水/空気界でハイブリッド脂質膜を産生するためのプロトコルを報告する。得られたハイブリッド脂質膜は、脂質/CuPc/脂質サンドイッチ構造を有する。このプロトコルは、他の機能性ナノ材料の形成にも適用することができる。
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この記事について
サマリー
要約
極薄な厚さ(3-4 nm)、超高抵抗、流動性、自己集合性などの特性により、脂質二重層は容易に機能し、バイオセンサーやバイオデバイスなどの様々な用途に使用されています。本研究では、銅(II)2,9,16,23-テトラ-タートブチル-29H,31H-フタロシアニン(CuPc)を導入し、脂質膜をドープする平面有機分子を導入しました。CuPc/脂質ハイブリッド膜は自己組立によって水/空気インターフェイスで形成される。この膜では、疎水性CuPc分子は脂質分子の疎水性の尾の間に位置し、脂質/CuPc/脂質サンドイッチ構造を形成する。興味深いことに、空気安定型ハイブリッド脂質二重層は、ハイブリッド膜をSi基板上に移すことによって容易に形成することができる。ナノ材料を脂質二重層系に組み込む方法を簡単に報告し、バイオセンサーやバイオデバイスの製造に関する新しい方法論を示す。
概要
細胞膜の不可欠なフレームワークとして、細胞の内部は脂質二重層システムによって外装から分離される。このシステムは、親水性リン脂質から構成され、親水性リンエステル「ヘッド」と疎水性脂肪酸「尾」で構成されています。水性環境における脂質二重層の流動性と自己集合性が顕著に原因で、1,2、人工脂質二重層は、簡単な方法3、4を用いて形成することができる。イオンチャネル、膜受容体および酵素などの様々なタイプの膜タンパク質が人工脂質二重層に組み込まれ、細胞膜5,6の機能を模倣・研究している。最近では、脂質二重層がナノ材料(例えば、金属ナノ粒子、グラフェン、およびカーボンナノチューブ)を用いて、機能性ハイブリッド膜7、8、9、10、11、12、13を形成している。
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プロトコル
1. ハイブリッドソリューションの調製
- 4 mL の使い捨てガラスバイアルとスクリューキャップ(PTFE コーティングシール付き)を、蒸留水(ろ過システムで精製)で 10 分間超音波浴に洗浄し、次にエタノールとクロロホルムを洗います。ガラスバイアルとキャップを窒素ガスの流れで乾燥させます。
- 嫌気性グローブボックスで、粉末状のCuPcをクロロホルムに溶解して、洗浄ガラスバイアルにCuPcストック溶液(10mg/mL)を調製します。
- CuPc溶液を0.2 μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜でフィルター処理します。
- ろ過した溶液を窒素で満たされた洗浄ガラスバイアルに保管し、バイアルをパラフィルムで密封します。
- 購入した1,2-ジフィタノイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DPhPC)クロロホルム溶液(25mg/mL)を-80°C冷蔵庫から取り出し、室温まで温めます。
- 2300 rpmで10 sの場合は、ボルテックスミキサーを使用してDPhPC溶液を攪拌します。
- クロロホルムでガラスマイクロ注射器を5回リンスします。
- DPhPCクロロホルム溶液200μLを洗浄したシリンジを使用して、あらかじめ洗浄されたガラスバイアルに移します。窒素の穏やかな流れとバイアル内の溶媒を蒸発させます。
- クロロホルムでガラスマイクロシリンジを5回リンスします。 ....
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結果
この形成された膜はCuPc分子の存在により均一な水色を有する。着色膜の面積は、通常、数平方センチメートルです。 図1A および 図1Bにおいて、Si基板上のハイブリッド脂質膜の顕微鏡像及び原子間力顕微鏡(AFM)像(高さプロファイルを含む)を示す。AFM画像では、左上の膜は厚く、厚さは79.4nmで、右下は薄く、厚さは4.9nmです。薄膜は、洗浄されたSi基材の表面粗さを示すRa=0.4nmの表面粗さを示す。さらに、複数の測定値に基づいて、膜厚は5nmインクリメント18の離散分布を示す。報告されたDPhPC脂質二重層膜の厚さは約4nm19であるため、5nmの薄膜はCuPcドープ脂質二重層膜であり、厚い膜はドープ脂質二重層のスタックで構成されていると結論付けることができる。
エネルギー分散型X線(EDX)分析を用いて、Si基質上のハイブリッド膜の組成をさらに調べた。
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ディスカッション
ハイブリッド膜の前駆体溶液では、純粋なクロロホルムではなく混合有機溶媒(クロロホルムとヘキサン)を用いて脂質とCuPcを溶解する。純粋なクロロホルムを使用する場合、前駆体溶液の密度は水よりも高くなります。そのため、水面に広がるのではなく、水の底に沈む可能性が高いです。前駆体溶液に低密度溶媒であるヘキサンを添加すると、溶液が水面に浮遊し、溶媒の蒸発後に均一なハイブリッド膜を形成することが保証されます。また、溶液が水面に接触した直後に、膜の広がりや有機溶媒による表面波が常に観測され、水の表面張力が変化する可能性もあることにも留意すべきである。ハイブリッド膜は極めて薄く壊れやすいので、小さな乱れは目に見える亀裂が形成されている膜の無傷性を損なうであろう。そのため、さらなる損傷を防ぐためには、膜の周りの気流を最小限に抑え、ハイブリッド膜の形成後の水の振動を避けることは非常に重要です。可能であれば、テフロンビーカーは振動分離テーブルの上に置く必要があります。
よく確立されたLangmuir-Blodgett(LB)法は、疎水性の尾部が空気に向いている間、脂質の親水性頭部が水に向いている水/空.......
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開示事項
著者らは開示するものは何もない。
謝辞
本研究は、日本科学技術庁のCRESTプログラム(JPMJCR14F3)と日本科学振興会の助成(19H00846、18K14120)によって支援されました。この研究の一部は東北大学電気通信研究所ナノエレクトロニクス・スピントロニクス研究所で行われました。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| クロロホルム | 和光 化学薬品 | 033-08631 | |
| CuPc | Sigma-Aldrich | 423165 | |
| DPhPc | Avanti Polar Lipids | 850356C | |
| スクリューキャップ付きガラスバイアル | 日電理硝子有限公司 | 6-29801 | |
| ヘキサン | 和光 化学薬品 | 084-03421 | |
| メンブレンフィルター | Merck Millipore Ltd. | ||
| シリンジ | ハミルトン | 80530 | |
| 蠕動ポンプ | 東京理垣会 | ||
| ボルテックスミキサー | サイエンティフィック・インダストリーズ・インク | SI-0286 |
参考文献
- 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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再版と許可
