Name: Samoorganizacja hybrydowych błon lipidowych domieszkowanych hydrofobowymi cząsteczkami organicznymi na granicy faz woda/powietrze (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-05-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 28 s
Description: Poznaj metodę samoorganizacji hybrydowych błon lipidowych domieszkowanych ftalocyjaniną miedzi na granicy faz woda/powietrze. Protokół umożliwia wytwarzanie stabilnych membran o grubości kilku nanometrów bez skomplikowanego sprzętu.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez program CREST Japońskiej Agencji Nauki i Technologii (JPMJCR14F3) oraz Grant in-Aids od Japońskiego Towarzystwa Promocji Nauki (19H00846 i 18K14120). Prace te zostały częściowo przeprowadzone w Laboratorium Nanoelektroniki i Spintroniki Instytutu Badawczego Komunikacji Elektrycznej Uniwersytetu Tohoku.

1. Przygotowanie rozwiązania hybrydowego
<ol>
	<li>Umyć cztery jednorazowe szklane fiolki o pojemności 4 ml i nakrętki (z uszczelkami pokrytymi PTFE) w kąpieli ultradźwiękowej przez 10 minut w wodzie destylowanej (oczyszczonej za pomocą systemu filtracji), a następnie odpowiednio etanolem i chloroformem. Wysuszyć szklane fiolki i nakrętki w strumieniu gazowego azotu.</li>
	<li>W beztlenowej komorze rękawicowej przygotować roztwór podstawowy CuPc (10 mg/ml) w umytej szklanej fiolce, rozpuszczając sproszkowany CuPc w chloroformie.</li>
	<li>Przefiltrować roztwór CuPc przez membranę z politetrafluoroetylenu (PTFE) o grubości 0,2 μm.</li>
	<li>Przefiltrowany roztwór należy przechowywać w umytej szklanej fiolce wypełnionej azotem i zamknąć fiolkę parafilmem.</li>
	<li>Zakupiony roztwór chloroformu 1,2-difitanoilo-sn-glicero-3-fosfocholiny (DPhPC) (25 mg/ml) wyjąć z lodówki w temperaturze -80 °C i pozostawić do ogrzania do temperatury pokojowej.</li>
	<li>Mieszać roztwór DPhPC za pomocą mieszalnika wirowego z prędkością 2300 obr./min przez 10 sekund.</li>
	<li>Opłucz szklaną mikrostrzykawkę chloroformem 5 razy.</li>
	<li>Przenieść 200 μl roztworu chloroformu DPhPC do wstępnie umytej szklanej fiolki za pomocą umytej strzykawki. Odparować rozpuszczalnik znajdujący się w fiolce delikatnym strumieniem azotu.</li>
	<li>Przepłukać szklaną mikrostrzykawkę 5 razy chloroformem.</li>
	<li>Dodać 202,6 μl chloroformu do szklanej fiolki z DPhPC za pomocą oczyszczonej strzykawki.</li>
	<li>Dodać 47,4 μl przefiltrowanego roztworu CuPc o stężeniu 10 mg/ml do roztworu DPhPC. Stosunek molowy DPhPC do CuPc powinien wynosić 10:1.</li>
	<li>Przepłukać szklaną mikrostrzykawkę 5 razy chloroformem.</li>
	<li>Dodać 250 μl heksanu do roztworu za pomocą strzykawki. Końcowe stężenie roztworu powinno wynosić 10 mg/ml.</li>
	<li>Przygotowany roztwór mieszać za pomocą mieszalnika wirowego z prędkością 2300 obr./min przez 10 s.</li>
	<li>Przefiltrować roztwór CuPc przez membranę z politetrafluoroetylenu (PTFE) o grubości 0,2 μm.</li>
	<li>Uszczelnić szklaną fiolkę parafilmem. Umieścić go w szczelnie zamkniętej torbie wypełnionej azotem i umieścić zapieczętowaną torebkę w zamrażarce w temperaturze -20 °C. 
	UWAGA: Po kroku 1.13 DPhPC i CuPc rozpuszczono w zmieszanym rozpuszczalniku, który składał się z chloroformu i heksanu (stosunek objętości 1:1). Ponadto stosunek molowy DPhPC do CuPc nie jest ograniczony do 10:1. Przy stałym stężeniu lipidów (10 mg/ml) można stosować różne proporcje molowe. Zgodnie z wcześniejszymi wynikami eksperymentów, do tworzenia wysokiej jakości hybrydowej błony lipidowej preferowany jest zakres od 10:1 do 3:1.</li>
</ol>
2. Tworzenie hybrydowej membrany na granicy wody i powietrza
<ol>
	<li>Wytnij podłoża Si (3 cm x 3 cm) z wafla Si.</li>
	<li>Podłoża Si o wymiarach 3 cm x 3 cm należy oczyścić w kąpieli ultradźwiękowej przez 10 minut w oczyszczonej wodzie, a następnie w etanolu, a następnie chloroformie. Podłoże Si należy traktować plazmąO2 przez 5 minut, aby usunąć zaadsorbowane materiały organiczne z powierzchni i poprawić hydrofilowość.</li>
	<li>Zlewkę teflonową o średnicy wewnętrznej 7,5 cm myć płynącą oczyszczoną wodą przez 3 minuty.</li>
	<li>Oczyszczone podłoże Si umieścić w umytej zlewce z PTFE. Podłoże jest nachylone pod kątem 30° do poziomu.</li>
	<li>Wlej odpowiednią ilość oczyszczonej wody do zlewki teflonowej, aż całe podłoże Si zostanie zanurzone.</li>
	<li>Wyjmij przygotowany roztwór hybrydowy z zamrażarki i pozwól mu ogrzać się do temperatury pokojowej.</li>
	<li>Mieszaj roztwór hybrydowy za pomocą mieszalnika wirowego z prędkością 2300 obr./min przez 15 sekund.</li>
	<li>Przepłukać szklaną mikrostrzykawkę (50 μl) 5 razy chloroformem.</li>
	<li>Upuść 3-5 μl roztworu hybrydowego na powierzchnię wody za pomocą strzykawki, aby utworzyć pływającą hybrydową błonę lipidową. 
	UWAGA: Po upuszczeniu roztworu ważne jest, aby trzymać kroplę blisko (mniej niż 1 cm) powierzchni wody. Należy również zauważyć, że jednowarstwowa membrana hybrydowa nie jest widoczna gołym okiem, ale wielowarstwowa membrana hybrydowa wygląda jak cienka, niebieska folia. W celu przeniesienia wielowarstwowej membrany hybrydowej na podłoże Si, ważne jest, aby upuścić zmieszany roztwór jak najbliżej podłoża Si.</li>
</ol>
3. Przenoszenie membrany na podłoże Si
<ol>
	<li>Po odparowaniu rozpuszczalnika organicznego (zajmie to mniej niż 2 sekundy) należy obniżyć poziom wody z prędkością 3 mm/min, wypompowując wodę przez gumową rurkę, która jest napędzana pompą perystaltyczną, aby przenieść pływającą membranę hybrydową na podłoże Si.</li>
	<li>Po zakończeniu procesu przenoszenia (około 5 minut) umieść podłoże Si na wycieraczce do pomieszczeń czystych i poczekaj, aż cała pozostała woda odparuje. 
	UWAGA: Obniżenie poziomu wody przy tak niskim tempie służy zminimalizowaniu turbulencji wody i ochronie membrany.</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>
<li>Venable, R. M., Zhang, Y., Hardy, B. J., Pastor, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+dynamics+simulations+of+a+lipid+bilayer+and+of+hexadecane%3A+an+investigation+of+membrane+fluidity%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Molecular dynamics simulations of a lipid bilayer and of hexadecane: an investigation of membrane fluidity.</a> Science. 262 (5131), 223-226 (1993).</li>
<li>Ide, T., Ichikawa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+method+for+artificial+lipid-bilayer+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+and+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">A novel method for artificial lipid-bilayer formation.</a> Biosensors and Bioelectronics. 21 (4), 672-677 (2005).</li>
<li>Funakoshi, K., Suzuki, H., Takeuchi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lipid+bilayer+formation+by+contacting+monolayers+in+a+microfluidic+device+for+membrane+protein+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Lipid bilayer formation by contacting monolayers in a microfluidic device for membrane protein analysis.</a> Analytical Chemistry. 78 (24), 8169-8174 (2006).</li>
<li>Kongsuphol, P., Fang, K. B., Ding, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lipid+bilayer+technologies+in+ion+channel+recordings+and+their+potential+in+drug+screening+assay%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">Lipid bilayer technologies in ion channel recordings and their potential in drug screening assay.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 185, 530-542 (2013).</li>
<li>Demarche, S., Sugihara, K., Zambelli, T., Tiefenauer, L., Voros, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Techniques+for+recording+reconstituted+ion+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Techniques for recording reconstituted ion channels.</a> Analyst. 136 (6), 1077-1089 (2011).</li>
<li>Sakaguchi, N., Kimura, Y., Hirano-Iwata, A., Ogino, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Au-nanoparticle-embedded+lipid+bilayer+membranes+supported+on+solid+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Au-nanoparticle-embedded lipid bilayer membranes supported on solid substrates.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 121 (17), 4474-4481 (2017).</li>
<li>Schulz, M., Olubummo, A., Binder, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beyond+the+lipid+bilayer%3A+interaction+of+polymers+and+nanoparticles+with+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Beyond the lipid bilayer: interaction of polymers and nanoparticles with membranes.</a> Soft Matter. 8 (18), 4849-4864 (2012).</li>
<li>Wang, J., Wei, Y., Shi, X., Gao, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cellular+entry+of+graphene+nanosheets%3A+the+role+of+thickness%2C+oxidation+and+surface+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">Cellular entry of graphene nanosheets: the role of thickness, oxidation and surface adsorption.</a> RSC Advances. 3 (36), 15776-15782 (2013).</li>
<li>Vögele, M., Köfinger, J., Hummer, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+dynamics+simulations+of+carbon+nanotube+porins+in+lipid+bilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Faraday+Discussions%22%5BJournal%5D)">Molecular dynamics simulations of carbon nanotube porins in lipid bilayers.</a> Faraday Discussions. 209, 341-358 (2018).</li>
<li>Kanomata, K., Deguchi, T., Ma, T., Haseyama, T., Miura, M., Yamaura, D., Tadaki, D., Niwano, M., Hirano-Iwata, A., Hirose, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photomodulation+of+electrical+conductivity+of+a+PCBM-doped+free-standing+lipid+bilayer+in+buffer+solution%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electroanalytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Photomodulation of electrical conductivity of a PCBM-doped free-standing lipid bilayer in buffer solution.</a> Journal of Electroanalytical Chemistry. 832, 55-58 (2019).</li>
<li>Barnoud, J., Rossi, G., Monticelli, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lipid+Membranes+as+Solvents+for+Carbon+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Lipid Membranes as Solvents for Carbon Nanoparticles.</a> Physical Review Letters. 112, 068102(2014).</li>
<li>Dichello, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+liposomes+containing+small+gold+nanoparticles+using+electrostatic+interactions%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Pharmaceutical+Sciences%22%5BJournal%5D)">Preparation of liposomes containing small gold nanoparticles using electrostatic interactions.</a> European Journal of Pharmaceutical Sciences. 105, 55-63 (2017).</li>
<li>Sullivan, P., Heutz, S., Schultes, S. M., Jones, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+codeposition+on+the+performance+of+CuPc%E2%88%92C60+heterojunction+photovoltaic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Influence of codeposition on the performance of CuPc−C60 heterojunction photovoltaic devices.</a> Applied Physics Letters. 84 (7), 1210-1212 (2004).</li>
<li>Miyata, T., Kawaguchi, S., Ishii, M., Minami, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+sensitivity+chlorine+gas+sensors+using+Cu%E2%88%92phthalocyanine+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">High sensitivity chlorine gas sensors using Cu−phthalocyanine thin films.</a> Thin Solid Films. 425 (1-2), 255-259 (2003).</li>
<li>Barrena, E., de Oteyza, D. G., Dosch, H., Wakayama, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((2D+supramolecular+self-assembly+of+binary+organic+monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22ChemPhysChem%22%5BJournal%5D)">2D supramolecular self-assembly of binary organic monolayers.</a> ChemPhysChem. 8 (13), 1915-1918 (2007).</li>
<li>Xiao, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-induced+orientation+control+of+CuPc+molecules+for+the+epitaxial+growth+of+highly+ordered+organic+crystals+on+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Surface-induced orientation control of CuPc molecules for the epitaxial growth of highly ordered organic crystals on graphene.</a> Journal of the American Chemical Society. 135 (9), 3680-3687 (2013).</li>
<li>Feng, X., Ma, T., Yamaura, D., Tadaki, D., Hirano-Iwata, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+and+characterization+of+air-stable+lipid+bilayer+membranes+incorporated+with+phthalocyanine+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Formation and characterization of air-stable lipid bilayer membranes incorporated with phthalocyanine molecules.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 123 (30), 6515-6520 (2019).</li>
<li>Wu, Y., He, K., Ludtke, S. J., Huang, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((X-ray+diffraction+study+of+lipid+bilayer+membranes+interacting+with+amphiphilic+helical+peptides%3A+diphytanoyl+phosphatidylcholine+with+alamethicin+at+low+concentrations%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">X-ray diffraction study of lipid bilayer membranes interacting with amphiphilic helical peptides: diphytanoyl phosphatidylcholine with alamethicin at low concentrations.</a> Biophysical Journal. 68 (6), 2361-2369 (1995).</li>
<li>Zaitseva, S. V., Bettini, S., Valli, L., Kolker, A. M., Borovkov, N. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atypical+film-forming+behavior+of+soluble+tetra-3-nitro-substituted+copper+phthalocyanine%5BTitle%5D)+AND+%22ChemPhysChem%22%5BJournal%5D)">Atypical film-forming behavior of soluble tetra-3-nitro-substituted copper phthalocyanine.</a> ChemPhysChem. 20 (3), 422-428 (2019).</li>
<li>Ghani, F., Gojzewski, H., Riegler, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nucleation+and+growth+of+copper+phthalocyanine+aggregates+deposited+from+solution+on+planar+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Nucleation and growth of copper phthalocyanine aggregates deposited from solution on planar surfaces.</a> Applied Surface Science. 351, 969-976 (2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W roztworze prekursorowym membrany hybrydowej do rozpuszczania lipidów i CuPc stosuje się mieszany rozpuszczalnik organiczny (chloroform i heksan), a nie czysty chloroform. W przypadku użycia czystego chloroformu gęstość roztworu prekursora byłaby wyższa niż wody. Dlatego jest wysoce prawdopodobne, że roztwór opadnie na dno wody, a nie rozprzestrzeni się na powierzchni wody. Dodanie heksanu, rozpuszczalnika o niskiej gęstości, do roztworu prekursora zapewnia, że roztwór będzie unosił się na powierzchni wody i utworzył je...

Jako podstawowe struktury błon komórkowych, wnętrze komórek jest oddzielone od zewnętrznej przez dwuwarstwowy system lipidowy. System ten składa się z amfifilowych fosfolipidów, które składają się z hydrofilowych "głów" estrów fosforowych i "ogonów" hydrofobowych kwasów tłuszczowych. Ze względu na niezwykłą płynność i zdolność do samoorganizacji dwuwarstw lipidowych w środowisku wodnym1,2, sztuczne dwuwarstwy lipidowe mogą być tworzone przy użyciu prostych metod3,4. Różne rodzaje białek błonowych, takie jak kanały jonowe, receptory błonowe i enzymy, zostały włączone do sztucznej dwuwarstwy lipidowej w celu naśladowania i badania funkcji błon komórkowych5,6. Niedawno dwuwarstwy lipidowe zostały domieszkowane nanomateriałami (np. nanocząstkami metali, grafenem i nanorurkami węglowymi) w celu utworzenia funkcjonalnych membran hybrydowych7,8,9,10,11,12,13. Szeroko stosowana metoda tworzenia takich błon hybrydowych polega na tworzeniu domieszkowanych pęcherzyków lipidowych, które zawierają materiały hydrofobowe, takie jak zmodyfikowane nanocząstki Au7 lub nanorurki węglowe11, a powstałe pęcherzyki są następnie łączone w płaskie dwuwarstwy lipidowe. Podejście to jest jednak złożone i czasochłonne, co ogranicza potencjalne zastosowania takich membran hybrydowych.
W tej pracy, błony lipidowe zostały domieszkowane cząsteczkami organicznymi, aby wytworzyć hybrydowe błony lipidowe, które powstały na granicy wody i powietrza przez samoorganizację. Protokół ten obejmuje trzy etapy: przygotowanie zmieszanego roztworu, utworzenie membrany hybrydowej na granicy faz woda/powietrze oraz przeniesienie membrany na podłoże Si. W porównaniu z innymi wcześniej opisanymi metodami, opisana tutaj metoda jest prostsza i nie wymaga skomplikowanego oprzyrządowania. Dzięki tej metodzie w krótszym czasie można utworzyć stabilne powietrznie hybrydowe błony lipidowe o większej powierzchni. Nanomateriałem wykorzystanym w tym badaniu jest półprzewodnikowa cząsteczka organiczna, miedź (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-ftalocyjanina (CuPc), która jest szeroko stosowana w wielu zastosowaniach, w tym w ogniwach słonecznych, fotodetektorach, czujnikach gazów i katalizie14,15. CuPc, mała cząsteczka organiczna o płaskiej budowie, ma wysokie powinowactwo do "ogonów" duetu fosfolipidów do swoich właściwości hydrofobowych. Inne grupy donoszą, że cząsteczki CuPc mogą samoorganizować się na powierzchniach monokryształów, tworząc wysoce uporządkowane struktury16,17. Dlatego jest wysoce prawdopodobne, że cząsteczki CuPc mogą zostać włączone do dwuwarstw lipidowych poprzez samoorganizację.
Dostarczamy szczegółowy opis procedur używanych do formowania membran i podajemy kilka sugestii, jak płynnie wdrożyć tę procedurę. Ponadto przedstawiono przedstawiono wyniki badań hybrydowych błon lipidowych oraz omówiono potencjalne zastosowania tej metody.

<table><tbody><tr><td>Chloroform</td><td>Wako&nbsp; Chemikalia</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>Fiolki szklane z nakrętką</td><td>Nichiden-Rike Glass Co., Ltd</td><td>6-29801</td><td></td></tr><tr><td>Hexane</td><td>Wako&nbsp; Chemikalia</td><td>084-03421</td><td></td></tr><tr><td>Filtry membranowe</td><td>Merck Millipore Ltd.</td><td></td><td></td>R8CA42836</tr><tr><td>Mikrostrzykawka</td><td>Hamilton</td><td>80530</td><td></td></tr><tr><td>Pompa perystaltyczna</td><td>Tokyo Rikakikai Co., Ltd.</td><td></td><td></td>11914199</tr><tr><td>Mieszalnik Vortex</td><td>Scientific Industries, Inc.</td><td>SI-0286</td><td></td></tr></tbody></table> powiedział:

samoorganizacja hybrydowych błon lipidowych domieszkowanych hydrofobowymi cząsteczkami organicznymi na granicy faz woda/powietrze

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

Ze względu na ich unikalne właściwości, w tym ultracienką grubość (3-4 nm), ultrawysoką rezystywność, płynność i zdolność do samoorganizacji, dwuwarstwy lipidowe mogą być łatwo funkcjonalizowane i były używane w różnych zastosowaniach, takich jak biosensory i biourządzenia. W tym badaniu wprowadziliśmy płaską cząsteczkę organiczną: 2,9,16,23-tetra-tert-butylo-29H,31H-ftalocyjaninę miedzi (II) do domieszkowania błon lipidowych. Hybrydowa membrana CuPc/lipid tworzy się na granicy faz woda/powietrze w procesie samoorganizacji. W tej błonie hydrofobowe cząsteczki CuPc znajdują się między hydrofobowymi ogonami cząsteczek lipidów, tworząc strukturę warstwową lipid/CuPc/lipid. Co ciekawe, stabilną powietrznie hybrydową dwuwarstwę lipidową można łatwo utworzyć, przenosząc błonę hybrydową na podłoże Si. Przedstawiamy prostą metodę włączania nanomateriałów do dwuwarstwowego systemu lipidowego, która stanowi nową metodologię wytwarzania bioczujników i biourządzeń.

Nowo utworzona membrana ma jednolity jasno niebieski kolor ze względu na obecność cząsteczek CuPc. Obszar zabarwionej membrany wynosi zazwyczaj kilka centymetrów kwadratowych. Na Rysunku 1A oraz Rysunku 1B przedstawiono obraz mikroskopowy oraz obraz z mikroskopu sił atomowych (AFM) (wraz z profilem wysokości) hybrydowej membrany lipidowej na podłożu Si. Na obrazie AFM membrana w górnym lewym rogu jest gruba, o grubości 79,4 nm, natomiast ta w dolnym prawym rogu ...

Przedstawiamy protokół wytwarzania hybrydowej błony lipidowej na granicy woda/powietrze poprzez domieszkowanie dwuwarstwy lipidowej cząsteczkami miedzi (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-ftalocyjaniny (CuPc). Powstała hybrydowa błona lipidowa ma strukturę warstwową lipid/CuPc/lipid. Protokół ten może być również stosowany do tworzenia innych funkcjonalnych nanomateriałów.

Samoorganizacja hybrydowych błon lipidowych domieszkowanych hydrofobowymi cząsteczkami organicznymi na granicy faz woda/powietrze

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

Nasz protokół demonstruje prostą metodę wytwarzania hybrydowych błon lipidowych domieszkowanych cząsteczkami organicznymi. Stabilność powietrzna membrany może rozszerzyć zastosowanie dwuwarstwowej struktury lipidowej do urządzeń półprzewodnikowych. Wykorzystujemy proces samoorganizacji do tworzenia hybrydowych błon lipidowych o grubości kilku nanometrów.Ten protokół jest prosty i łatwy do naśladowania i nie wymaga skomplikowanego sprzętu. Metoda ta może być stosowana do wytwarzania innych takich samych biohybrydowych błon lipidowych i może być łatwo zaadaptowana zarówno do czujników, jak i innych urządzeń czujnikowych. Pracując w beztlenowej komorze rękawicowej, rozpuść ftalocyjaninę miedzi w chloroformie w umytej szklanej fiolce, aby przygotować roztwór podstawowy ftalocyjaniny miedzi o stężeniu 10 miligramów na mililitr.Przefiltrować roztwór przez membranę PTFE o grubości 0,2 mikrometra. Mieszaj roztwór DPHPC z mieszalnikiem wirowym przy 2, 300 obr./min przez 10 sekund. Następnie przepłukać szklaną mikrostrzykawkę pięciokrotnym chloroformem i użyć jej do przeniesienia 200 mikrolitrów roztworu do wstępnie umytej szklanej fiolki.Odparować rozpuszczalnik znajdujący się w fiolce delikatnym strumieniem azotu. Opłucz kolejną szklaną mikrostrzykawkę chloroformem, a następnie użyj jej do dodania 200, 2,6 mikrolitra chloroformu do szklanej fiolki z DPHPC. Dodać 47,4 mikrolitrów przefiltrowanego roztworu podstawowego ftalocyjaniny miedzi do roztworu DPHPC, co powinno dać stosunek molowy 10 do jednego DPHPC do ftalocyjaniny.Użyj innej czystej strzykawki, aby dodać 250 mikrolitrów heksanu do roztworu. Następnie mieszaj go mikserem wirowym przy 2 300 obr./min przez 10 sekund. Przefiltruj przygotowany roztwór przez membranę PTFE o grubości 0,2 mikrometra.Wytnij podłoża krzemowe o wymiarach trzy na trzy centymetry z płytki krzemowej. Następnie oczyść je w kąpieli ultradźwiękowej przez 10 minut w oczyszczonej wodzie, a następnie w etanolu, a następnie chloroformie. Traktuj podłoża plazmą tlenową przez pięć minut, aby usunąć zaadsorbowane materiały organiczne z powierzchni i poprawić hydrofilowość.Myć zlewkę z PTFE płynącą oczyszczoną wodą przez trzy minuty. Następnie oczyszczone podłoże silikonowe umieścić w zlewce przechylonej pod niewielkim kątem. Wlać odpowiednią ilość oczyszczonej wody do zlewki, aż całe podłoże krzemowe zostanie zanurzone.Wyjmij przygotowany roztwór hybrydowy z zamrażarki i pozwól mu ogrzać się do temperatury pokojowej. Następnie mieszaj mikserem wirowym z prędkością 2 300 obr./min przez 15 sekund. Użyj wypłukanej mikrostrzykawki o pojemności 50 mikrolitrów, aby upuścić od trzech do pięciu mikrolitrów roztworu hybrydowego na powierzchnię wody, tworząc pływającą hybrydową błonę lipidową.Aby przenieść membranę na podłoże krzemowe, odparuj rozpuszczalnik organiczny i wypompuj wodę ze zlewki za pomocą pompy perystaltycznej z szybkością trzech mililitrów na minutę. Po zakończeniu procesu przenoszenia umieść podłoże silikonowe na wycieraczce do pomieszczenia czystego i pozwól, aby cała pozostała woda odparowała. Utworzona hybrydowa błona lipidowa ma jednolity jasnoniebieski kolor dzięki obecności cząsteczek ftalocyjaniny miedzi i powierzchni kilku centymetrów kwadratowych.Pokazano tutaj obrazy z mikroskopii konfokalnej i obrazy z mikroskopii sił atomowych membrany na podłożu krzemowym. Na zdjęciu AFM membrana w lewym górnym rogu jest gruba o grubości 79,4 nanometra, a ta w prawym dolnym rogu jest cienka o grubości 4,9 nanometra. Cienka membrana wykazuje chropowatość powierzchni 0,4 nanometra, która jest zbliżona do chropowatości oczyszczonego podłoża krzemowego.Analiza rentgenowska z dyspersją energii została wykorzystana do dalszego zbadania składu membrany hybrydowej na podłożu krzemowym. Stosunki atomowe reprezentatywnych pierwiastków, takich jak miedź, fosfor, azot i węgiel, wynoszą odpowiednio 0,33, 0,97, 4,06 i 68,56%. Teoretyczny stosunek molowy miedzi, do fosforu, azotu i węgla powinien wynosić jeden, do trzech, do 11, do 192, co jest zbliżone do zmierzonego stosunku pierwiastków w błonie hybrydowej, co wskazuje, że stosunek między lipidami a cząsteczkami ftalocyjaniny miedzi utrzymuje się po procesach tworzenia filmu i przenoszenia.Poprzez domieszkowanie błon lipidowych innymi nanomateriałami, takimi jak nanocząstki grafenu lub mentolu, można łatwo tworzyć membrany nanohybrydowe o różnych funkcjach.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Obsługiwane dwuwarstwy lipidowe i naturalne cząsteczki błony to wygodne systemy, które mogą przybliżać właściwości błon komórkowych i być włączane do różnych strategii analitycznych. W tym miejscu demonstrujemy metodę przygotowania mikromacierzy złożonych z podpartych dwuwarstwowych kulek SiO2 pokrytych dwuwarstwą lipidową, pęcherzyków fosfolipidowych lub naturalnych cząstek błonowych.

Tworzenie mikromacierzy biomembranowych metodą montażu opartą na ściągaczce

Przedstawiamy eksperymentalny protokół tworzenia dwuwarstwy lipidowej na stałych podłożach bez użycia pęcherzyków lipidowych. Demonstrujemy jednoetapową metodę tworzenia dwuwarstwy lipidowej na dwutlenku krzemu i złocie, a także na membranach nośnych z domeną wzbogaconą w cholesterol do różnych zastosowań biologicznych.

Wytwarzanie biomembrany metodą dwuwarstwy lipidowej wspomaganej rozpuszczalnikiem (SALB)

Demonstrujemy system tworzenia dwuwarstwowych lipidów, który można przechowywać, przenośny. Dwuwarstwowa błona lipidowa może powstać w ciągu 1 godziny z ponad 80% skutecznością, gdy zamrożony prekursor błony zostanie doprowadzony do temperatury otoczenia. System ten ograniczy pracochłonne procesy i wiedzę specjalistyczną związaną z kanałami jonowymi.

Zautomatyzowane tworzenie dwuwarstwowej błony lipidowej za pomocą cienkiej warstwy polidimetylosiloksanu

Tutaj prezentujemy dwa ultraszybkie protokoły do rekonstytucji białek błonowych w fuzogenne proteoliposomy oraz fuzji takich proteoliposomów z docelowymi dwuwarstwami lipidowymi w celu bezdetergentowego dostarczania tych białek błonowych do dwuwarstwy pofuzyjnej. Połączenie tych podejść umożliwia szybki i łatwy w obsłudze montaż złożonych, wieloskładnikowych systemów membranowych.

Ultraszybka rekonstytucja białek błonowych w dwuwarstwach lipidowych bez użycia fusogenicznych proteoliposomów naładowanych komplementarnie.

Celem protokołu jest wiarygodny pomiar właściwości mechanicznych membrany gigantycznych pęcherzyków za pomocą aspiracji mikropipet.

Wykrywanie gigantycznych jednopłytkowych pęcherzyków hybrydowych przez elektroformację i pomiar ich właściwości mechanicznych za pomocą aspiracji mikropipetami

Ten protokół szczegółowo opisuje użycie systemu ogrzewania sterowanego temperaturą sprzężenia zwrotnego do promowania składania monowarstw lipidowych i tworzenia dwuwarstwowych warstw na granicy kropelek dla lipidów o podwyższonych temperaturach topnienia, oraz pomiary pojemności w celu scharakteryzowania zmian w membranie sterowanych temperaturą.

Montaż i charakterystyka dwuwarstwy z powierzchnią kropelkową w kontrolowanej temperaturze

Ten protokół opisuje tworzenie się komórek naśladujących pęcherzyki jedno- i wielolipidowe, dwuwarstwy lipidowe wspierane i dwuwarstwy lipidowe zawieszone. Te modele in vitro można dostosować do różnych typów lipidów i można je wykorzystać do badania różnych interakcji molekuł i makrocząsteczek.

Montaż dwuwarstwowych modeli lipidowych naśladujących i zawieszonych w powietrzu do badania oddziaływań molekularnych

Tutaj przedstawiono protokół do wykonywania i analizy wiązania, mobilności i składania pojedynczych cząsteczek na sztucznych zatłoczonych błonach lipidowych za pomocą mikroskopii smTIRF (smTIRF) z wykorzystaniem pojedynczej cząsteczki całkowitego wewnętrznego odbicia.

Dyfuzja i montaż pojedynczych cząsteczek na błonach lipidowych stłoczonych w polimerach

Obecny protokół opisuje montaż liposomów wspomagany oktanolem (OLA), technikę mikroprzepływową do generowania biokompatybilnych liposomów. OLA wytwarza monorozproszone liposomy o rozmiarach mikronów z wydajną enkapsulacją, co pozwala na natychmiastowe eksperymentowanie na chipie. Przewiduje się, że protokół ten będzie szczególnie przydatny w biologii syntetycznej i badaniach nad komórkami syntetycznymi.

Wbudowany zespół liposomów wspomagany oktanolem do bioinżynierii

Przedstawiono protokół eksperymentalny do składania, stymulacji elektrycznej i analizy kropli dwuwarstwy lipidowych zmodyfikowanych gramicydyną A. Relacje struktura-funkcja lipidów i białek są ilościowo określane poprzez pomiar zmian w obszarze błony, przepływie jonowym i przewodnictwie pojedynczego kanału oraz odniesienie tych reakcji do zmian przypominających plasticzne zmiany w przewodnictwie jonowym w modelu błony inspirowanym synapsami elektrycznymi.

Charakterystyka struktury i funkcji błony lipidowo-białkowej z wykorzystaniem warstw dwubiegunowych interfejsu kropelkowego

Poznaj metodę samoorganizacji hybrydowych błon lipidowych domieszkowanych ftalocyjaniną miedzi na granicy faz woda/powietrze. Protokół umożliwia wytwarzanie stabilnych membran o grubości kilku nanometrów bez skomplikowanego sprzętu.

Samoorganizacja hybrydowych błon lipidowych domieszkowanych hydrofobowymi cząsteczkami organicznymi na granicy faz woda/powietrze (Wideo) | JoVE Journal

Samoorganizacja hybrydowych błon lipidowych domieszkowanych hydrofobowymi cząsteczkami organicznymi na granicy faz woda/powietrze

Przeglądaj więcej filmów