$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Sztuczna dwuwarstwowa błona lipidowa, lub błona lipidowa (BLM), jest ważnym narzędziem do wyjaśnienia mechanizmów działania błon komórkowych i kanałów jonowych, a także do zrozumienia interakcji między kanałami jonowymi a jonami/cząsteczkami. 1-7 Chociaż metoda patch-clamp jest często uważana za złoty standard w badaniach błon komórkowych, jest pracochłonna i wymaga wysoko wykwalifikowanych operatorów do pomiarów kanałów jonowych. 8 Podczas gdy sztucznie odtworzone dwuwarstwowe błony lipidowe pojawiły się jako alternatywne narzędzia do badań kanałów jonowych,9,10 są one również związane z pracochłonnymi procesami i specyficzną wiedzą specjalistyczną. Ponadto membrany są podatne na zakłócenia mechaniczne. W związku z tym wprowadzone do tej pory technologie dwuwarstwowe lipidów mają ograniczone zastosowania praktyczne. 11
W celu zwiększenia wytrzymałości i trwałości dwuwarstwowych błon lipidowych, Costello i wsp.12, a Ide i Yanagida13 opracowały wolnostojącą dwuwarstwę lipidową wspartą hydrożelami. Pomimo zwiększonej trwałości (< 24 godzin), wytrzymałość dwuwarstwowa nie uległa poprawie. Jeon i wsp.W ramach projektu 14 opracowano hydrożelową membranę kapsułkowaną (HEM) z intymnym kontaktem hydrożelowo-lipidowym, co skutkuje wydłużeniem żywotności (do kilku dni). Aby jeszcze bardziej wydłużyć żywotność HEM, Malmstadt i Jeon i in. stworzyli membranę otoczoną hydrożelem z wiązaniem hydrożelowo-lipidowym poprzez koniugację kowalencyjną in-situ (cgHEM). 15 W obu systemach żywotność membrany znacznie się wydłużyła (> 10 dni). Jednak systemy tworzenia błon nie były wystarczająco wytrzymałe i nie mogły być przechowywane ani dostarczane tam, gdzie było to wymagane, aby uwolnić wiedzę specjalistyczną do wykorzystania dwuwarstw lipidowych.
Rozwój dwuwarstwowej platformy lipidowej koncentrował się przede wszystkim na zwiększeniu wytrzymałości i długowieczności BLM. Chociaż żywotność BLM została ostatnio znacznie zwiększona, ich zastosowania były ograniczone ze względu na brak możliwości transportu i przechowywania. Aby przezwyciężyć te problemy, Jeon i in. stworzyli system membranowy, który można przechowywać, i wprowadzili prekursor membranowy (MP). 16 Aby skonstruować MP, przygotowali mieszaninę n-dekanu i heksadekanu zawierającą 3% DPhPC (1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-fosfatydylocholiny) w celu kontrolowania temperatury zamarzania roztworu lipidowego w taki sposób, aby zamarzał on w temperaturze ~14 °C (poniżej temperatury pokojowej, powyżej typowej temperatury lodówki). W tym eksperymencie MP rozprowadzono na małym otworze na folii z politetrafluoroetylenu (PTFE), a następnie zamrożono w lodówce w temperaturze 4 °C. Kiedy MP został doprowadzony do temperatury pokojowej, MP rozmroził się i automatycznie utworzyła się dwuwarstwa lipidowa, eliminując wiedzę specjalistyczną zwykle związaną z tworzeniem błony. Jednak wskaźnik sukcesu BLM wykonanego z MP wynosił zaledwie ~27%, a czas tworzenia membrany był niespójny (od 30 minut do 24 godzin), co ograniczało jego praktyczne zastosowania.
W tym badaniu, zamiast konwencjonalnych hydrofobowych cienkich warstw (PTFE, polioksymetylen, polistyren) użyto cienkiej warstwy polidimetylosiloksanu (PDMS), aby (a) kontrolować czas produkcji i (b) zwiększyć wskaźnik sukcesu tworzenia BLM, jak wcześniej zgłaszali Ryu i inni.17 W tym przypadku tworzenie błony było ułatwione przez ekstrakcję rozpuszczalników ze względu na porowaty charakter PDMS, a czas potrzebny do utworzenia membrany był z powodzeniem kontrolowany w tym badaniu. W tym systemie, gdy roztwór lipidowy został wchłonięty przez cienką warstwę PDMS, osiągnięto stały czas tworzenia błony. Co więcej, żywotność membrany została wydłużona ze względu na powolną absorpcję rozpuszczalników do cienkiej warstwy PDMS, w wyniku dodania skwalenu do roztworu lipidowego. Przeprowadziliśmy pomiary optyczne i elektryczne, aby sprawdzić, czy membrany uformowane tą techniką nadają się do badań kanałów jonowych.