Name: 물/공기 인터페이스에서 소수성 유기 분자와 함께 도핑 하이브리드 지질 막의 자체 조립 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-05-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 28 s
Description: 배우세요 물/공기 인터페이스에서 자체 조립으로 구리(II) 프탈로시아닌을 도핑한 하이브리드 지질 막을 제조하는 방법을. 이 프로토콜은 고체 상태 장치 및 센서 응용을 위한 공기 안정성 막을 제공합니다.

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이 작품은 일본과학기술청(JPMJCR14F3)의 CREST 프로그램과 일본과학진흥협회(19H00846, 18K14120)의 교부금 프로그램에 의해 지원되었다. 이 작품은 부분적으로 나노 전자 및 스핀 트로닉스연구소, 도호쿠 대학 전기 통신 연구소에서 수행되었다.

1. 하이브리드 솔루션 의 준비
<ol><li>4mL 일회용 유리 바이알과 나사 캡 4개(PTFE 코팅 씰)를 초음파 욕조에 넣고 증류수(여과 시스템으로 정제)한 다음 에탄올과 클로로폼을 각각 세척합니다. 질소 가스의 스트림에 유리 바이알과 캡을 건조.</li>
	<li>혐기성 장갑 상자에 는 클로로폼에 분말 CuPc를 용해하여 세척 유리 유리 바이알에 CuPc 스톡 솔루션 (10 mg /mL)을 준비하십시오.</li>
	<li>0.2 μm 폴리테트라플루오로로틸렌(PTFE) 멤브레인을 통해 CuPc 용액을 필터링합니다.</li>
	<li>여과된 용액을 질소로 채워진 세척 유리 유리 바이알에 보관하고 바이알을 파라필름으로 밀봉합니다.</li>
	<li>-80°C 냉장고에서 구입한 1,2-디피타노일-센-글리세로-3-인포콜린(DPhPC) 클로로폼 용액(25 mg/mL)을 타고 실온으로 따뜻하게 해주도록 한다.</li>
	<li>10s에 대한 2300 rpm에서 소용돌이 믹서를 사용하여 DPhPC 솔루션을 저어.</li>
	<li>유리 마이크로 주사기를 클로로폼으로 5회 헹구는 다.</li>
	<li>DPhPC 클로로폼 용액의 200 μL을 세척된 주사기를 사용하여 미리 세척된 유리 바이알로 옮기습니다. 부드러운 질소 스트림으로 유리병에서 용매를 증발시다.</li>
	<li>유리 마이크로 주사기를 클로로폼으로 5번 헹구습니다.</li>
	<li>청소된 주사기를 사용하여 DPhPC를 사용하여 유리 바이알에 클로로폼 202.6 μL을 추가합니다.</li>
	<li>DPhPC 용액에 필터링된 10 mg/mL CuPc 용액의 47.4 μL을 추가합니다. DPhPC대 CuPc의 어금니 비율은 10:1이어야 합니다.</li>
	<li>유리 마이크로 주사기를 클로로폼으로 5번 헹구는 다.</li>
	<li>주사기를 사용하여 용액에 헥산 250 μL을 추가합니다. 용액의 최종 농도는 10 mg /mL이어야합니다.</li>
	<li>10 s에 대한 2300 rpm에서 소용돌이 믹서를 사용하여 준비 된 솔루션을 혼합합니다.</li>
	<li>0.2 μm 폴리테트라플루오로로틸렌(PTFE) 멤브레인을 통해 CuPc 용액을 필터링합니다.</li>
	<li>파라필름으로 유리 유리병을 밀봉합니다. 질소로 채워진 그립 밀봉 가방에 넣고 -20 °C의 냉동실에 그립 밀봉 가방을 놓습니다. 참고: 1.13단계 후, DPhPC와 CuPc는 클로로폼과 헥산(1:1의 부피 비율)으로 구성된 혼합 용매에 용해되었다. 또한, DPhPC대 CuPc의 어금니 비율은 10:1로 제한되지 않는다. 지질의 일정한 농도 (10 mg/mL), 다른 어금니 비율을 사용할 수 있습니다. 이전 실험 결과에 따르면, 10:1에서 3:1까지의 범위는 고품질 하이브리드 지질 막을 형성하는 것이 바람직하다.</li>
</ol>2. 물/공기 인터페이스에서 하이브리드 멤브레인 형성
<ol><li>Si 웨이퍼에서 Si 기판 (3cm x 3cm)을 잘라냅니다.</li>
	<li>3cm x 3cm Si 기판을 초음파 욕조에서 10 분 동안 정화 된 물에 청소한 다음 에탄올과 클로로폼을 청소하십시오. Si 기판을O2 플라즈마로 5분 동안 치료하여 표면에서 흡착된 유기 물질을 제거하고 친성성을 개선합니다.</li>
	<li>3 분 동안 흐르는 정제 수와 7.5cm의 내지름7.5cm로 테플론 비커를 씻으라.</li>
	<li>세척 된 PTFE 비커에 세척 된 Si 기판을 넣습니다. 기판은 수평으로 30°의 각도로 기울어져 있습니다.</li>
	<li>전체 Si 기판이 침수될 때까지 테플론 비커에 충분한 양의 정제수를 붓습니다.</li>
	<li>준비된 하이브리드 용액을 냉동실에서 꺼내 실온으로 따뜻하게 해보세요.</li>
	<li>15s에 대한 2300 rpm에서 소용돌이 믹서를 사용하여 하이브리드 솔루션을 저어.</li>
	<li>유리 마이크로 주사기 (50 μL)를 클로로폼으로 5 번 헹구습니다.</li>
	<li>주사기를 사용하여 주사기를 사용하여 유체 표면에 하이브리드 용액의 3-5 μL을 떨어뜨려 부동 하이브리드 지질 막을 형성합니다. 참고: 용액을 떨어뜨리면 물방울을 수면(1cm 미만)에 가깝게 유지하는 것이 중요합니다. 또한 단일 층 하이브리드 멤브레인이 육안으로는 보이지 않지만 다층 하이브리드 멤브레인이 얇고 푸른 색 필름으로 나타납니다. 다층 하이브리드 멤브레인을 Si 기판으로 전송하기 위해서는, Si 기판에 가능한 한 가깝게 혼합 용액을 떨어뜨리는 것이 중요하다.</li>
</ol>3. 막을 시 기판으로 옮기다
<ol><li>유기 용매의 증발 후 (2 초 미만소요될 것이다), 연동 펌프에 의해 구동되는 고무 튜브를 통해 물을 펌핑하여 3mm / 분의 속도로 수위를 낮추고, 시 기판에 부동 하이브리드 멤브레인을 전송합니다.</li>
	<li>이송 과정이 완료된 후(약 5분) 시기기판을 클린룸 와이퍼에 놓고 잔류물이 모두 증발하도록 한다. 참고: 이러한 낮은 속도로 수위를 낮추는 것은 물의 난류를 최소화하고 멤브레인을 보호하는 역할을 합니다.</li>
</ol>

<ol><li>Israelachvili, J. N., Mitchell, D. J., Ninham, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+self-assembly+of+lipid+bilayers+and+vesicles%5BTitle%5D)+AND+%22Biochimica+Et+Biophysica+Acta-Biomembranes%22%5BJournal%5D)">Theory of self-assembly of lipid bilayers and vesicles.</a> Biochimica Et Biophysica Acta-Biomembranes. 470 (2), 185-201 (1977).</li>
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</ol>

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하이브리드 멤브레인의 전구체 용액에서, 순수한 클로로폼이 아닌 혼합 유기 용매(클로로폼 및 헥산)가 지질및 CuPc를 용해하는 데 사용된다. 순수 클로로폼을 사용하는 경우 전구체 용액의 밀도가 물보다 높을 것입니다. 따라서 용액이 수면에 퍼지기보다는 물 바닥으로 가라앉을 가능성이 높습니다. 저밀도 용매인 헥산을 전구체 용액에 첨가하여 용액이 용매의 증발 후 수면에 떠 균일한 하이브리드 멤브레인을 형성하도록 합니다. 또한 용액이 수면과 접촉한 직후, 멤브레인과 유기 용매의 확산으로 인해 수면의 장력을 변화시킬 수 있는 약간의 표면파가 항상 관찰된 것으로 나타났습니다. 하이브리드 멤브레인은 초박하고 깨지기 쉽기 때문에 작은 교란으로 눈에 띄는 균열이 형성되는 멤브레인의 손상이 손상됩니다. 따라서, 추가 손상을 방지하기 위해, 멤브레인 주위의 공기 흐름을 최소화하고 하이브리드 멤브레인의 형성 후 물의 진동을 방지하는 것이 매우 중요하다. 가능하면 테플론 비커를 진동 격리 테이블에 배치해야 합니다.
<p class="jove_c...

세포막의 필수적인 프레임 워크로, 세포의 내부는 지질 이중 층 시스템에 의해 외부에서 분리된다. 이 시스템은 수혈성 인지질로 구성되어 있으며, 이는 소수성 인에스테르 "머리"와 소수성 지방산 "꼬리"로 구성됩니다. 수성 환경에서 지질 양층의 놀라운 유동성 및 자체 조립 능력으로 인해1,2,인공 지질 양층은 간단한 방법을 사용하여 형성 될 수있다3,4. 이온 채널, 막 수용체 및 효소와 같은 다양한 유형의 막 단백질이 인공 지질 바이레이어에 통합되어 세포막5,6의기능을 모방하고 연구하고 있다. 최근에는 지질 이중층이 나노물질(예: 금속 나노입자, 그래핀 및 탄소 나노튜브)으로 도핑되어 기능성 하이브리드멤브레인7,8, 9,10,11,12, 13을형성하고 있다. 이러한 하이브리드 멤브레인을 형성하는 데 널리 사용되는 방법은 변형된 Au-나노입자7 또는 탄소나노튜브(11)와같은 소수성 물질을 포함하는 도프 지질 소포의 형성을 포함하고, 그 결과 소포는 그 때 평면 지원 지질 이중층으로 융합된다. 그러나 이 방법은 복잡하고 시간이 많이 소요되어 이러한 하이브리드 멤브레인의 잠재적 사용을 제한합니다.
이 작품에서 지질 막은 자체 조립에 의해 물/공기 인터페이스에서 형성된 하이브리드 지질 막을 생성하기 위해 유기 분자로 도핑되었습니다. 이 프로토콜은 혼합 용액의 준비, 물/공기 인터페이스에서 하이브리드 멤브레인 형성, 막을 Si 기판으로 옮기는 세 가지 단계를 포함합니다. 이전에 보고된 다른 방법에 비해 여기에 설명된 방법은 더 간단하며 정교한 계측이 필요하지 않습니다. 이 방법을 사용하여, 더 큰 면적을 가진 공기 안정하이브리드 지질 막은 짧은 시간에 형성될 수 있다. 본 연구에서 사용되는 나노 물질은 반전도 유기 분자, 구리 (II) 2,9,16,23-테트라 -테르트 부틸-29H,31H -phthalocyanine (CuPc)이며, 태양 전지, 광검출기, 가스 센서 및 촉매14,15을포함한 다수의 응용 분야에서 널리 사용된다. CuPc, 평면 구조를 가진 작은 유기 분자, 그것의 소수성 특성에 인지질 듀오의 "꼬리"에 대 한 높은 친화력을 가지고. 다른 그룹은 CuPc 분자가 고도로 정렬된 구조물16, 17의형성을 가진 단결정 표면에 자가 조립할 수 있다는 것을보고했습니다. 따라서, CuPc 분자가 자기 조립을 통해 지질 이중층으로 통합될 가능성이 높다.
우리는 멤브레인을 형성하고 원활하게이 절차를 구현하기위한 몇 가지 제안을 제공하는 데 사용되는 절차에 대한 자세한 설명을 제공합니다. 또한, 우리는 하이브리드 지질 막의 몇 가지 현재 의 결과를 제시하고,이 방법의 잠재적 인 응용 프로그램에 대해 논의.

<table><tbody><tr><td>클로로포름</td><td>와코&nbsp; 화학물질</td><td>033-08631</td><td></td></tr><tr><td>CuPc</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>423165</td><td></td></tr><tr><td>DPhPc</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td>850356C</td><td></td></tr><tr><td>스크류 캡이 있는 유리 바이알</td><td>Nichiden-Rike Glass Co., Ltd</td><td>6-29801</td><td></td></tr><tr><td>Hexane</td><td>Wako&nbsp; 화학 물질</td><td>084-03421</td><td></td></tr><tr><td>멤브레인 필터</td><td>Merck Millipore Ltd.</td><td></td><td></td>R8CA42836</tr><tr><td>마이크로 시린지</td><td>Hamilton</td><td>80530</td><td></td></tr><tr><td>연동 펌프</td><td>도쿄 리카키카이 주식회사</td><td></td><td></td>11914199</tr><tr><td>소용돌이 믹서</td><td>Scientific Industries, Inc.</td><td>시-0286</td><td></td></tr></tbody></table>

물/공기 인터페이스에서 소수성 유기 분자와 함께 도핑 하이브리드 지질 막의 자체 조립

Self-Assembly of Hybrid Lipid Membranes Doped with Hydrophobic Organic Molecules at the Water/Air Interface

초박형 두께(3-4nm), 초고저항성, 유동성 및 자체 조립 능력을 포함한 독특한 특성으로 인해 지질 이중층은 쉽게 기능화될 수 있으며 바이오 센서 및 바이오 장치 와 같은 다양한 응용 분야에서 사용되었습니다. 이 연구에서는, 우리는 평면 유기 분자를 소개했습니다: 구리 (II) 2,9,16,23-테트라 테르트 부틸-29H,31H-phthalocyanine (CuPc) 지질 막을 도프. CuPc/지질 하이브리드 멤브레인은 자체 조립에 의해 물/공기 인터페이스에서 형성됩니다. 이 막에서 소수성 CuPc 분자는 지질 분자의 소수성 꼬리 사이에 위치하여 지질 /CuPc / 지질 샌드위치 구조를 형성합니다. 흥미롭게도, 공기 안정하이브리드 지질 이중층은 하이브리드 멤브레인을 Si 기판으로 이송하여 쉽게 형성될 수 있다. 우리는 생체 센서 및 바이오 장치의 제조를위한 새로운 방법론을 나타내는 지질 이중 층 시스템에 나노 물질을 통합하기위한 간단한 방법을보고합니다.

형성된 멤브레인은 CuPc 분자의 존재로 인해 균일한 밝은 파란색을 가지고 있습니다. 색깔의 멤브레인의 영역은 일반적으로 여러 평방 센티미터입니다. 도 1A 및 도 1B에서,우리는 Si 기판상에서 하이브리드 지질 막의 현미경 영상및 원자력 현미경(AFM) 영상(높이 프로파일 포함)을 나타낸다. AFM 이미지에서 왼쪽 상부의 멤브레인은 두께가 79.4nm이고 오른쪽 하단에는 두께가 4.9nm인 얇은 것으로 두껍습니다. 얇은 멤브레인은 세척된 Si 기판에 가까운 Ra = 0.4 nm의 표면 거칠기를 보여줍니다. 또한, 다중 측정에 기초하여 멤브레인 두께는 5-nm증분(18)을가진 이산 분포를 나타낸다. DPhPC 지질 이중층 멤브레인의 보고된 두께는 약 4nm19이므로,5nm 얇은 멤브레인은 CuPc 도핑 지질 이중층 멤브레인이며 두꺼운 멤브...

우리는 구리 (II) 2,9,16,23 테트라 - 테르트 - 부틸 -29H,31H -phthalocyanine (CuPc) 분자와 지질 이중 층을 도핑하여 물 / 공기 인터페이스에서 하이브리드 지질 막을 생산하기위한 프로토콜을보고합니다. 그 결과 하이브리드 지질 막에는 지질/CuPc/지질 샌드위치 구조가 있습니다. 이 프로토콜은 또한 다른 기능성 나노 물질의 형성에 적용될 수 있다.

Because of their unique properties, including an ultrathin thickness (3-4 nm), ultrahigh resistivity, fluidity and self-assembly ability, lipid bilayers ...

우리의 프로토콜은 유기 분자 도핑 하이브리드 지질 막을 제조하는 간단한 방법을 보여줍니다. 멤브레인의 공기 안정특성은 지질 이중층 구조의 적용을 고체 상태 장치로 확장할 수 있다. 우리는 자기 조립 공정을 사용하여 여러 나노미터두께의 하이브리드 지질 막을 형성합니다.이 프로토콜은 간단하고 따라하기 쉬우며 복잡한 장비가 필요하지 않습니다. 이 방법은 다른 동일한 생체 하이브리드 지질 멤브레인을 제조하는 데 사용할 수 있으며 센서 및 기타 감지 장치 모두에 쉽게 채택 될 수 있습니다. 혐기성 장갑 상자에서 작업, 밀린 유리 바이알 내부 클로로 폼에 구리 phthalocyanine을 용해하여 밀리리터 구리 phthalocyanine 재고 용액 당 10 밀리그램을 준비합니다.0.2 마이크로미터 PTFE 멤브레인을 통해 용액을 필터링합니다. DPHPC 용액을 2, 300 RPM에서 10초 동안 소용돌이 믹서와 혼합합니다. 그런 다음 클로로폼으로 유리 마이크로 주사기를 5번 헹구고 용액 200 마이크로리터를 미리 세척된 유리 바이알로 전송하는 데 사용합니다.부드러운 질소 스트림으로 유리병에서 용매를 증발시다. 클로로폼으로 또 다른 유리 마이크로 주사기를 헹구고 DPHPC를 사용하여 유리 유리 병병에 200, 2.6 마이크로리터의 클로로폼을 추가합니다. 여과된 구리 프탈로시아닌 스톡 용액의 47.4 마이크로리터를 DPHPC 솔루션에 추가하여 프탈로시아닌에 10 대 1DPHPC의 어금니 비율을 초래합니다.또 다른 깨끗한 주사기를 사용하여 용액에 헥산 250 마이크로리터를 추가합니다. 그런 다음 2, 300 RPM에서 10초 동안 소용돌이 믹서와 섞습니다. 0.2 마이크로미터 PTFE 멤브레인을 통해 준비된 용액을 필터링합니다.실리콘 웨이퍼에서 3센티미터 실리콘 기판을 3센티미터 잘라냅니다. 그런 다음 정화된 물에 10 분 동안 초음파 욕조에서 청소한 다음 에탄올을 한 다음 클로로폼을 청소하십시오. 표면에서 흡착된 유기 물질을 제거하고 친성성을 개선하기 위해 5 분 동안 산소 플라즈마로 기판을 치료하십시오.PTFE 비커를 흐르는 정화물로 3분간 세척합니다. 그런 다음 작은 각도로 기울어진 비커에 세척 된 실리콘 기판을 넣습니다. 전체 실리콘 기판이 침수될 때까지 충분한 양의 정제수를 비커에 붓습니다.준비된 하이브리드 용액을 냉동실에서 꺼내 실온으로 따뜻하게 해보세요. 그런 다음 2, 300 RPM에서 15초 동안 소용돌이 믹서

self-assembly-hybrid-lipid-membranes-doped-with-hydrophobic-organic

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연구

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Chemistry

화학

지원되는 지질 이중층과 천연 막 입자는 세포막의 특성을 근사 할 수 있고 분석 다양한 전략에 통합 될 편리한 시스템이다. 여기에서 우리는 지원 지질 이중층 코팅 된 SiO2로 비즈, 인지질 막 소포 또는 천연 입자로 구성된 마이크로 어레이를 제조하는 방법을 보여준다.

스퀴지 기반의 조립 방법과 생체막 마이크로 어레이의 형성

우리는 지질 소포를 사용하지 않고 고체 기판 상에지지 지질 이중층을 형성하는 실험 프로토콜을 제시한다. 우리는 다양한 생물학적 응용을위한 콜레스테롤이 풍부한 도메인과 지질 이산화 규소 및 골드 이중층뿐만 아니라지지 막을 형성하는 하나의 단계 방법을 보여준다.

용매를 이용한 지질 이중층 (SALB) 방법에 의해 생체막 제작

우리는 코어에 자체 조립 나노 구조를 포함하는 지질 입자의 운동 안정화를 위한 탄소 나노튜브의 스마트 응용에 대해 보고합니다. 지질 입자의 준비에는 약물 전달과 같은 생물 의학 응용 분야에 사용할 수 있는 다소 낮은 농도의 탄소 나노튜브가 필요합니다.

탄소 나노 튜브에 의해 안정화 내부 자기 조립 된 지질 입자의 용이 한 제조

우리는 보유, 수송 지질 이중층 형성 시스템을 보여준다. 냉동 막 전구체는 상온 상태로 전환하면 지질 이중층 막을 80 % 성공률 1 시간 내에 형성 될 수있다. 이 시스템은 이온 채널과 관련된 힘드는 과정과 전문​​ 지식을 줄일 수 있습니다.

폴리 디메틸 실록산 박막을 사용하여 자동화 지질 이중층 제막

우리 제공 프로토콜 시험관에 마음과 나의 자기 조직 분석 오픈 챔버에 지원된 지질 bilayer에. 또한, 우리는 vivo에서 조건 반응 감 금에 의해 모방 PDMS microcompartments 지질 입은에 분석 결과 포함 하는 방법을 설명 합니다.

생체 외에서 자가 지원된 지질 Bilayers에 단백질 패턴 구성의 재구성

이 프로토콜은 높은 용융 온도와 지질에 대한 지질 단층 조립 및 방울 인터페이스 이중 층 형성을 촉진하기 위해 피드백 온도 제어 가열 시스템의 사용을 자세히 설명, 멤브레인의 온도 중심변화를 특성화하는 커패시턴스 측정.

온도 제어 어셈블리 및 방울 인터페이스 Bilayer의 특성화

이 프로토콜은 유니 지질 및 다중 지질 소포, 지원지질 이중층 및 일시 중단 된 지질 이중 층을 모방 하는 세포의 형성을 설명 합니다. 이러한 체외 모델은 다양한 지질 유형을 통합하도록 조정할 수 있으며 다양한 분자 및 거대 분자 상호 작용을 조사하는 데 사용할 수 있습니다.

분자 상호 작용 연구를 위한 세포 모방 지원 및 중단된 지질 이중층 모델의 조립

여기에서는 단일 분자 전반사 형광(smTIRF) 현미경을 사용하여 인공 군집 지질 막에서 단일 분자의 결합, 이동성 및 조립을 수행하고 분석하는 프로토콜이 제시됩니다.

단일 분자 확산 및 폴리머가 밀집된 지질 막에서의 조립

본 프로토콜은 생체적합성 리포솜을 생성하기 위한 미세유체 기술인 옥탄올 보조 리포솜 어셈블리(OLA)를 설명합니다. OLA는 효율적인 캡슐화를 통해 단분산 미크론 크기의 리포솜을 생산하여 즉각적인 온칩 실험이 가능합니다. 이 프로토콜은 합성 생물학 및 합성 세포 연구에 특히 적합할 것으로 예상됩니다.

생명공학을 위한 온칩 옥탄올 보조 리포솜 어셈블리

구조와 구성의 막 지질 다양성은 세포 과정에 중요한 기여를 하며 질병의 표지자가 될 수 있습니다. 분자 역학 시뮬레이션을 통해 원자 분해능에서 멤브레인과 생체 분자와의 상호 작용을 연구할 수 있습니다. 여기에서는 복잡한 멤브레인 시스템을 구축, 실행 및 분석하기 위한 프로토콜을 제공합니다.

시뮬레이션 연구에서 복잡한 지질 혼합물을 사용한 사실적인 막 모델링

배우세요 물/공기 인터페이스에서 자체 조립으로 구리(II) 프탈로시아닌을 도핑한 하이브리드 지질 막을 제조하는 방법을. 이 프로토콜은 고체 상태 장치 및 센서 응용을 위한 공기 안정성 막을 제공합니다.

물/공기 인터페이스에서 소수성 유기 분자와 함께 도핑 하이브리드 지질 막의 자체 조립

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