Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

גיבוש ליפידים אוטומטי bilayer ממברנה באמצעות סרט polydimethylsiloxane רזה

Published: July 10, 2016 doi: 10.3791/54258

Summary

אנו מדגימים מערכת היווצרות bilayer שומנים שאפשר לשמור, יבילה. קרום bilayer השומנים יכול להיווצר בתוך שעה 1 עם למעלה מ -80% אחוזי הצלחה כאשר מבשר קרום קפוא מובא טמפרטורת הסביבה. מערכת זו תפחית תהליכי מייגע ומומחיות הקשורים תעלות יונים.

Abstract

Bilayer שומנים מלאכותי, או קרום שומנים שחור (BLM), הוא כלי רב עצמה ללימוד תעלות יוני אינטראקציות חלבון, כמו גם עבור יישומי biosensor. עם זאת, טכניקות היווצרות BLM קונבנציונליות יש כמה חסרונות ולעתים קרובות הם דורשים מומחיות ספציפית ותהליכים מייגעים. בפרט, BLMs הקונבנציונלי סובל משיעורי הצלחת היווצרות נמוכים וזמן היווצרות קרום עקבי. הנה, אנחנו מדגימים מערכת היווצרות BLM שאפשר לשמור יביל עם זמן דליל יוצא שיהיה בשליטת וקצב היווצרות BLM משופרת על ידי החלפת סרטים כמקובל בשימוש (polytetrafluoroethylene, polyoxymethylene, קלקר) כדי polydimethylsiloxane (PDMS). בניסוי זה, פולימר נקבובי מובנה כגון סרט דק PDMS משמש. בנוסף, בניגוד ממסים כמקובל בשימוש עם צמיגות נמוכה, השימוש הסקוואלין מותר זמן דליל-אאוט נשלט באמצעות קליטת ממס איטית ידי PDMS, הארכת חי קרום. במודעהdition, באמצעות תערובת של סקוואלין hexadecane, נקודת הקיפאון של הפתרון השומנים הוגדל (~ 16 ° C), בנוסף, מבשרי קרום הופקו שניתן לאחסן ללא הגבלת זמן והובל בקלות. מבשרי קרום אלה צמצמו זמן היווצרות BLM של <1 hr והשיגו קצב היווצרות BLM של ~ 80%. יתר על כן, ניסויי ערוץ יון באות A gramicidin הדגימו את ההיתכנות של מערכת הממברנה.

Introduction

קרום bilayer שומנים מלאכותי, או קרום שומנים שחור (BLM), הוא כלי חשוב עבור הבהרת מנגנונים של קרום תא תעלות יונים, כמו גם להבנת אינטראקציות בין תעלות יונים ויונים / מולקולות. 1-7 למרות ששיטת תיקון- clamp לעתים קרובות נחשב את תקן הזהב עבור מחקרים קרום התא, זה מייגע ודורש מפעילים מיומנים מאוד למדידות ערוץ יון. 8 בעוד ממברנות bilayer השומנים מחדש באופן מלאכותי התפתחו כמו כלים חלופיים ללימודי ערוץ יון, 9,10 הם קשורים גם עם מייגע תהליכי התמחות ספציפית. יתר על כן, ממברנות רגישים להפרעות מכאניות. לפיכך, טכנולוגיות bilayer שומנים הציגו עד כה יישומים מעשיים מוגבלות. 11

על מנת לשפר את חוסנו ואת תוחלת החיים של ממברנות bilayer השומנים, קוסטלו et al. 12, ו אידה Yanagida et al. 14 פתח קרומי כמוס הידרוג'ל (HEM) עם קשר bilayer הידרוג'ל-שומנים אינטימיים, וכתוצאה מכך אריכות ימים משופרים (עד כמה ימים). כדי להגביר עוד יותר את משך החיים של שולי, Malmstadt ו ג'און et al. נוצר קרום כמוס-הידרוג'ל עם שומנים בדם הידרוג'ל מחייב באמצעות in-situ נטיה קוולנטיים (cgHEM). 15 בשני מערכות, חיים הממברנה גדל באופן משמעותי (> 10 ימים) . עם זאת, מערכות היווצרות קרום לא היו מספיק חזקות, ולא יכולות להיות מאוחסנות או מועברות שבו נדרשו לשחרר מומחיות לשימוש של bilayers השומנים.

פיתוח פלטפורמת bilayer שומנים סבב בעיקר סביב איתנות הגדלת תוחלת חיים של BLMs. למרות תוחלת החיים של BLMs כבר substantially משופר לאחרונה, הבקשות שלהן עדיין מוגבלות בשל חוסר יביל ו storability. כדי להתגבר על בעיות אלה, ג'און et al. יצר מערכת קרום שאפשר לשמור והציג מבשר הממברנה (MP). 16 כדי לבנות MP, הכינו תערובת של decane n- ו hexadecane המכיל 3% DPhPC (1,2-diphytanoyl- SN -glycero-3-phosphatidylcholine) לשלוט נקודת הקיפאון של הפתרון השומנים כך שהוא יקפיא ב ~ 14 ° C (מתחת לטמפרטורת החדר, מעל טמפרטורת המקרר אופייני). בניסוי זה, חבר הפרלמנט התפרש על צמצם קטן על סרט polytetrafluoroethylene (PTFE) ובהמשך קפוא במקרר ב 4 ° C.. כאשר MP הובא לטמפרטורת חדר, חבר הפרלמנט מופשר לבין bilayer שומנים הוקם באופן אוטומטי, ביטול המומחיות הקשורות בדרך כלל היווצרות קרום. עם זאת, שיעור ההצלחה של BLM עשוי MP היה נמוך כמו ~ 27%, ואת קרום formation הזמן היה עקבי (30 דק 'ל -24 שעות), הגבלת היישומים המעשיים שלה.

במחקר זה, polydimethylsiloxane (PDMS) סרט דק משמש במקום סרטים קונבנציונאלי הידרופובי דק (PTFE, polyoxymethylene, קלקר) עד (א) בקרת זמן ייצור (ב) להגדיל את שיעור ההצלחה של היווצרות BLM כפי שדווח בעבר על ידי ריו et al. 17 בזאת, היווצרות קרום התאפשרה על ידי מיצוי בממסים בשל האופי הנקבובי של PDMS, ואת הזמן הנדרש להיווצרות קרום נשלט בהצלחה במחקר זה. במערכת זו, כפתרון השומנים נטמע הסרט הדק PDMS, זמן היווצרות קרום עקבי הושג. יתר על כן, חי קרום הוארכו עקב ספיגה איטית של ממסים לתוך PDMS סרט דק, עקב תוספת הסקוואלין לפתרון השומנים. ערכנו מדידות אופטיות וחשמליות לאמת כי קרומים נוצרו באמצעות טכניקה זו מתאימים iעל מחקרי ערוצים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. פתרון כנה

  1. הכנת פתרון חיץ:
    1. כדי לגבש פתרון חיץ, לפזר 1 M KCl (פוטסיום כלוריד), 10 מ"מ טריס- HCl (טריס-hydrochloride), ו 1 mM EDTA (חומצה Ethylenediaminetetraacetic) במים מזוקקים כדי להתאים את pH 8.0.
    2. סנן את הפתרון באמצעות מסנן 0.20 מיקרומטר. כדי לעקר, חיטוי הפתרון ב 121 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות.
  2. הכנת פתרון שומנים עבור ציור מראש:
    1. כדי לגבש את הפתרון השומנים עבור ציור מראש, לפזר 3% DPhPC (1,2-diphytanoyl- SN -glycero-3-phosphatidylcholine) שומנים בדם (w: נ) בתערובת של 2: 8 n -decane ו hexadecane (נ: v). מערבבים לילה באמצעות הכתף.
  3. הכנת פתרון שומנים להיווצרות קרום:
    1. כדי לגבש את הפתרון השומנים להיווצרות קרום, לפזר 0.1% DPhPC (1, 2-diphytanoyl- SN -glycero-3-phosphatidylcholine) שומנים בדם (w: נ) בתערובת של 2: 8 מ"רualene ו hexadecane (v: v). מערבבים לילה באמצעות הכתף.

2. כינונה של סרט דק PDMS

  1. מערבבים PDMS וסוכן ריפוי בתוך 9: 1 (w / w) יחס בכוס ערבוב כדי ליצור את prepolymer PDMS. הוסף 5 גרם של prepolymer PDMS כדי בצלחת פטרי כדי ליצור את PDMS סרט דק (עובי 200 - 250 מיקרומטר). מורחים PDMS מראש פולימר באמצעות coater ספין ב 800 סל"ד במשך 10 שניות כדי ליצור סרט דק.
  2. מניחים את צלחת פטרי לתוך ואקום ייבוש בלחץ של 100 mTorr עבור שעה 2 כדי להסיר בועות אוויר. כדי לפלמר סרט דק מראש פולימר, ואופים בתנור במשך 5 שעות על 70 מעלות צלזיוס.
  3. כדי לעשות סרט מרובע PDMS דק, לחתוך את סרט דק PDMS polymerized לתוך 2 x 2 ס"מ 2 ריבועים. השתמש אגרוף מייקרו 500 מיקרומטר לעשות צמצם במרכז של PDMS סרט דק. פתחים טרום צבע עם 3% DPhPC שומני פתרון מעורב 2: 8 n- decane ו hexadecane.

3. ייצור קאמרי Assembly

  1. כדי לפברק תא BLM, עיצוב שני רחובות סימטרי של החדר באמצעות תוכנת ציור 3D עם מידות החיצוני של 4 ס"מ x 1.5 ס"מ x 1 ס"מ ומימדים הפנימי היטב של 1.5 ס"מ x 1.3 ס"מ x 0.8 ס"מ 17.
  2. לעצב את החדר באמצעות בלוק PTFE עם מכונת CNC ופעל לפי הוראות היצרן.

4. אסיפה קאמרית

  1. כדי להרכיב את התא, למקם את הסרט הדק מראש צבוע-PDMS בין שני גושי PTFE כך הצמצם על סרט PDMS הדק מיושר עם החור בתא.
  2. חותם את הקצוות החיצוניים של החדר באמצעות זכוכית לכסות עם גריז (הקלת תצפית אופטית). לשתק את התא נאסף באמצעות ברגים ואומים.
    הערה: ודא הקאמרי הוא חתום היטב כך שאין דליפת נוזלים.

גיבוש 5. של המבשר ממברנה עם דחוף הרכבה עצמית גיבוש (השגיאות המרביות המותרות)

  1. בעזרת פיפטה, להפקיד 0.5μl של שומני 0.1% DPhPC המעורבים 2: 8 n -decane: hexadecane על הצמצם של סרט PDMS הדק התאסף עם הקאמרי.
  2. לפני השימוש, לאחסן בתא במקפיא או במקרר מתחת ל -10 מעלות צלזיוס.

6. גיבוש ממברנה ואימות

  1. כדי ליצור BLM עם השגיאות המרביות המותרות, למשוך את תא מהמקרר להשעות 2 מ"ל של תמיסת חיץ בכל צד של החדר. הגדר את התא בצד <10 דק 'עד מבשר הקרום הקפוא מפשיר.
  2. מניחים את החדר על micromanipulator לשלוט העלאת דווקא ביחס למקור אור המיקרוסקופ. להאיר צד אחד של החדר כמקור אור באמצעות פנס סיבים אופטי הלוגן כדי להאיר את הצמצם של PDMS הסרט דק להסתכלות אופטית של תהליך היווצרות BLM.
  3. בצד השני, למקם מיקרוסקופ דיגיטלי אנכי ביחס למקור האור להתבונן היווצרות BLM (להגדיל ב -200x).
  4. כדי לאשר היווצרות BLM, להשקיף על מרכז של הצמצם שבו הצבע הופך בהיר יותר annulus.

7. הקלטת חשמל

  1. למדידת חשמל, להכין אלקטרודות Ag / Cl באמצעות חוט כסף בעובי מיקרומטר 208 וחומר הלבנת חומצת סודיום> 1 דקות. הנח את האלקטרודות Ag / Cl לתוך מכל צד של החדר העמוק מספיק כדי להיות טבל פתרון החיץ.
  2. חברו את האלקטרודות למגבר microelectrode. באמצעות תוכנה אלקטרופיזיולוגיה, להחיל צורת גל משולש ± 10 mV דרך הממברנה לרכוש גל מרובע. גדר החלת מתח על ידי לחיצה על החצים הצביעו על V_clamp (mV).
  3. רשמו את התכונות החשמליות של קרום על ידי לחיצה על כפתור ההקלטה (סמל נקודה אדומה). המשך עם הקלטה עד גל מרובע אחיד הוא ציין. צא ההקלטה על ידי לחיצה על סמל הריבוע השחור.

8. ערוץ יון התאגדות

לֹאE: A Gramicidin (GA) התאגדות מתרחשת באופן ספונטני עם התהוותן של BLM, כמו GA מתווסף ישירות פתרון השומנים.

  1. כדי להתבונן בפעילות ערוץ GA, להחיל 100 mV דרך הממברנה בקצב דגימה של 5 kHz למדוד מחזיק הפוטנציאל של הממברנה. גדר החלת מתח על ידי לחיצה על החצים הצביעו על V_clamp (mV).
  2. רשום את המאפיינים החשמליים של התאגדות GA-ידי לחיצה על כפתור ההקלטה (סמל נקודה אדום). המשך ההקלטה עד קפיצות נוכחיות הוא ציינה. צא ההקלטה על ידי לחיצה על סמל הריבוע השחור.
  3. לאחר רכישת נתונים חשמל, לסנן את הנתונים עם מסנן נמוך לעבור Bessel ב 100 הרץ באמצעות תוכנת אלקטרופיזיולוגיה.
  4. שים קפיצות נוכחיות בנתוני פוטנציאל החזקת המסוננים (כל קפיצה הנוכחית, ~ 0.15 nS, מייצג dimerization של ערוץ יון ג'י אי) לאמת התאגדות GA.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

אופטימיזציה של הרכב תמיסות השגיאות המרביות המותרות
בהרכבים שונים של שומנים וממיסים נבדקו בהצלחה כדי לשקם ממברנות bilayer השומנים מן השגיאות המרביות המותרות. מערכת MP בתערובת של decane n- ו hexadecane המכיל 3% DPhPC 14 הציגה שיעור הצלחה נמוך של היווצרות קרום (~ 27%). בנוסף, כמו סרט PDMS החילוץ ברציפות פתרון שומנים, היה צורך לייעל רכב ממס לשמור על קרום bilayer שומנים ללא פגע. לכן, הסקוואלין, אשר יש צמיגות של 12 CP על 20 מעלות צלזיוס 18 שימש במקום decane n-, אשר יש צמיגות של 0.92 CP על 20 מעלות צלזיוס. 19 כאשר הסקוואלין היה בשימוש, הן יציבות יותר ולהארכת החיים עקב שיעור הספיגה ממסה פחת ידי PDMS. טבלה 1 משווה את דליל פסק זמן, לכל חיים, והצלחת השיעור של ממברנות עם קומפוזיציות ממס שונות.

כאשר n- decane שימש, היווצרות קרום לקתה בחוסר עקביות ממברנות מקרע לעתים קרובות בתוך פרק זמן קצר, בשל קליטה מהירה של ממס על ידי PDMS סרטים דקים. מצד השני, כאשר הסקוואלין שמש, זמן הקרע בקרום התעכב. בנוסף, זמן היווצרות הקרום הפך יותר עקבי, שיעור הצלחה של היווצרות קרום השתפרה, ואריכות ימים של ממברנות מוגברת.

גיבוש ממברנה מ המבשר ממברנה (MP)
חבר פרלמנט הוא הצורה קפואה של פתרון שומנים הופכת שמיש בקלות על מפשיר בטמפרטורת חדר. פתרון השומנים המכיל תערובת של decane n- ו hexadecane ב פתח קטן בתוך PDMS סרט דק קופא מתחת ל 16 מעלות צלזיוס, והוא ללא הגבלה זמן שאפשר לשמור יביל בצורה קפוא. איור 1 מדגים את ההרכבה של PDMS סרט דק עם PTFE צ'הmber לייצר MP. לפני השימוש, תא PTFE הוסר ממדפי במקרר היווצרות קרום. בזאת, הסרט הדק PDMS המכיל את פתרון שומנים הקפוא שעמד בין שני החצאים של תאי PTFE. כאשר פתרון למאגר ובהמשך נוסף בשני צדי האולם בטמפרטורת חדר, קרום bilayer השומנים נוצר באופן ספונטני על הפשרת מבשר הקרום הקפוא (MP).

לאחר ההפשרה, פתרון השומנים לדללם כמתואר באיור 2. כאשר מבשר קרום הקפוא מופשר, שני משטחים לאורך הממשקים בין חיץ פתרון שומנים הובאו במגע. 20 לאחר היווצרות הקרום, מונומרים GA שהיו טרום מעורבים ב השומנים פתרון הראה פעילות הערוץ.

תצפית אופטית של ממברנות
על מנת לאמת את היווצרות קרום אופטי, אנואור המשמש משודר לדמיין את הממברנה. עם היווצרות קרום, הקרום הופיע בהיר יותר את הסביבה בשל תהליך הדילול-אאוט, והמרכז של הצמצם (המיקום של היווצרות קרום) היה בהיר יותר annulus. איור 3 מראה היווצרות קרום נצפתה באמצעות מיקרוסקופ דיגיטלי. הקרום מתמעט והולכים בהצלחה על הפשרה.

מדידה חשמלית לכלי ליפידים bilayer
מדדנו זרמים חשמליים דרך הממברנה באמצעות מגבר כדי לחשב את עובי הקרום. Ag / אלקטרודות AgCl נבלעה לשני התאים למדידת חשמל. כאשר 10 mV שיא אל שיא גל משולש יושם דרך הממברנה, הגל המשולש הוסב גל מרובע של הנוכחי בשל המאפיין של קרום bilayer השומנים (מתנהג כמו קבלים). 21 כתוצאה מכך, היינו מסוגל להעריך את עובי הקרום באמצעות המשוואה הבאה:

Equation1

איפה אני (t) מייצג זרם חשמלי ו- C מייצג קיבול דרך הממברנה. V מייצג את שיא-לשיא יישומי מתח (20 mV עבור 0.0625 שניות). בזאת, C יכול לבוא לידי ביטוי עם, permittivity של שטח פנוי (8.85 x 10 12 F / m 2),, הקבוע הדיאלקטרי של ליפידים (2.1), 22 א ', באזור של הממברנה (~ 1.29 x 10 -7 מ' 2) ו-ד, עובי של bilayer. עם הנתונים האופטיים באיור 3 ונתוני חשמל, חשבנו את עובי הקרום להיות ~ 4 ננומטר. בנוסף, הקרום מחדש מרוצה חותם רמת גיגה אוהם (> 1 GΩ), אשר נדרש בדרך כלל למחקרי ערוץ יון. 23

> פעילויות ערוץ יון של Gramicidin A (GA)
כדי לוודא היתכנות של הקרנת ערוץ יון עם bilayer השומנים התגבש מתוך MP, שלבנו GA, אחד תעלות יונים הנפוצות ביותר בשימוש לאימות היווצרות קרום. Gramicidin משלב לתוך הקרום כשתי יחידות משנה ברורות כי לאחר מכן dimerize. 7 יון טופס ערוצים על dimerization של GA, ויונים מחלחלים דרך תעלת יוני GA. איור 4 מדגי התאגדות dimerization של GA. עם dimerization GA, רמות מוליכות ערוץ GA היו 28 PS, עולה בקנה אחד עם תוצאות של דוחות קודמים. 3

ריכוז השומנים מֵמֵס דילול פסק זמן (דקות) Lifetime (דקות) שיעור הצלחה
0.1% 2: 8
squalene: hexadecane
50.6 (± 30.9) 52.4 (± 30.9) 77.8%
0.1% 2: 8
n -decane: hexadecane
13.2 (± 12.3) 10.8 (± 7.8) 75.2%
1% 2: 8
n -decane: hexadecane
15.8 (± 8.8) 26.2 (± 25.3) 69.3%
1% 2: 8
n -decane: hexadecane
13.8 (± 13.3) 23.6 (± 30.1) 55.6%
1% 2: 8
n -decane: hexadecane
13.6 (± 10.3) 8.9 (± 3.0) 50.0%

אופטימיזציה טבלה 1. הרכב תמיסות השגיאות המרביות המותרות. 0.5 μl של פתרון השומנים הושעה על צוהר סרט דק PDMS (500 מיקרומטר קוטר). כאן, אנו מגוונים ריכוז שומנים, רכב ממס, ו-ציור מראש. 17. המעובד באישור ריו, ח 'ואח'. 7

איור 1
איור 1. תרשים סכמטי של מערכת היווצרות קרום. המימד החיצוני של כל חצאים של החדר היה 4 ס"מ x 1.5 ס"מ x 1 ס"מ, ואת גודל של הבאר הפנימי היה 1.5 ס"מ x 1.3 ס"מ x 0.8 ס"מ. הבאר הפנימית הייתה גדולה מספיק כדי להכיל 2 מיליליטר של תמיסת חיץ. על כל בלוק PTFE היו חורים לקבל את הקשר סרט דק PDMS עם פתרון חיץ. הצד השני נאטם עם כוס כיסוי להסתכלות אופטית של BLM. לבסוף, האבנית הקאמרית תוגברה עם ברגים ואומים כדי למנוע דליפה נוזלית.4258 / 54258fig1large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2. תרשים סכמטי של מבשר ממברנה הקפוא עם דחוף הרכבה עצמית (שגיאות מרביות מותרה) היווצרות. פתרון ליפידים על PDMS צמצם סרט דק אפשר להקפיא לתקופה בלתי מוגבלת. כאשר מבשר קרום הקפוא הובא בטמפרטורת חדר כדי להפשיר, היווצרות bilayer שומנים היא הקל עקב מיצוי של ממס הידרופובי לתוך PDMS סרט דק. כמו מונומרים GA נוספו ישירות פתרון השומנים, תעלות יוני GA נוצרו מייד לאחר היווצרות קרום. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3 = "/ Files / ftp_upload / 54,258 / 54258fig3.jpg" />
איור 3. דיאגרמת מיקרוסקופית של תהליך דילול-אאוט. עם הפשרת השגיאות המרביות המותרות וקליטה הבאות של ממיסים הידרופובי, תהליך דילול-אאוט התאפשרה על הצמצם של PDMS סרט דק, ואת הממברנה נוצר בתוך שתי דקות לאחר ההפשרה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4. מדידות חשמל על התאגדות של gramicidin א הנוכחי קופצות על התאגדות dimerization של GA לתוך הקרום מוצג. אמפליטודה של ~ 28 pS נצפתה על dimerization של מונומרים GA (100 mV מחזיק פוטנציאליים; 100 הרץ בסל נמוך לעבור סינון).r קבל = "_ blank"> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Potassium Chloride Sigma-Aldrich P9333 For buffer solution
Tris-hydrochloride Sigma-Aldrich 1185-53-1 For buffer solution
Ethylenediaminetetraacetic acid Sigma-Aldrich 60-00-4 For buffer solution
n-decane Sigma-Aldrich 44074-U For lipid solution
Hexadecane Sigma-Aldrich 544-76-3 For lipid solution
Squalene Sigma-Aldrich S3626 For lipid solution
Gramicidin A Sigma-Aldrich 11029-61-1 Membrane protein
1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine Avanti Polar Lipids, Inc. 850356 For membrae formation
Sylgard 184a and 184b elastromer kit Dow Corning Asia To produce PDMS thin film
0.2 μm filter Satorius stedim 16534----------K To filter buffer solution
Rotator FinePCR AG To dissolve lipid homogeneously
Autoclave Biofree BF-60AC To sterilize buffer solution
Spin coater Shinu Mst SP-60P To spread PDMS prepolymer
Vaccum dessiccator Welch 2042-22 To remove air bubble in PDMS prepolymer
500 μm  punch Harris Uni-Core 0.5 To create an aperture on the PDMS thin film
CNC machine SME trading SME 2518 To fabricate membrane formation chamber
Halogen fiber optic illuminator Motic MLC-150C To illuminate the aperture of PDMS thin film for optical observation
Digital microscope Digital blue QX-5 To optically observe lipid bilayer membrane formation
Electrode A-M Systems To electrically observe membrane formation
Microelectrode amplifier (Axopatch amplifier) Axon Instruments Axopatch 200B Amplifier To measure capacitance of the membrane (described as microelectrode amplifier in the manuscript)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hanke, W., Schulue, W. Planar lipid bilayers: methods and applications. , Academic Press. (2012).
  2. Mirzabekov, T. A., Silberstein, A. Y., Kagan, B. L. Use of planar lipid bilayer membranes for rapid screening of membrane active compounds. Methods Enzymol. 294, 661-674 (1999).
  3. Bayley, H., Cremer, P. S. Stochastic sensors inspired by biology. Nature. 413 (6852), 226-230 (2001).
  4. Fang, Y., Lahiri, J., Picard, L. G protein-coupled receptor microarrays for drug discovery. Drug. Discov. Today. 8 (16), 755-761 (2003).
  5. Majd, S., et al. Applications of biological pores in nanomedicine, sensing, and nanoelectronics. Curr. Opin. Biotechnol. 21 (4), 439-476 (2010).
  6. Kim, Y. R., et al. Synthetic Biomimetic Membranes and Their Sensor Applications. Sensors (Basel). 12 (7), 9530-9550 (2012).
  7. Ryu, H., et al. Investigation of Ion Channel Activities of Gramicidin A in the Presence of Ionic Liquids Using Model Cell Membranes. Sci Rep. 5, (2015).
  8. Wood, C., Williams, C., Waldron, G. J. Patch clamping by numbers. Drug. Discov. Today. 9 (10), 434-441 (2004).
  9. Mueller, P., Rudin, D. O., Tien, H. T., Wescott, W. C. Reconstitution of cell membrane structure in vitro and its transformation into an excitable system. Nature. 194, 979-980 (1962).
  10. Montal, M., Mueller, P. Formation of bimolecular membranes from lipid monolayers and a study of their electrical properties. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 69, 3561-3566 (1972).
  11. Baaken, G., Sondermann, M., Schlemmer, C., Ruhe, J., Behrends, J. C. Planar microelectrode-cavity array for high-resolution and parallel electrical recording of membrane ionic currents. Lab Chip. 8 (6), 938-944 (2008).
  12. Costello, R., Peterson, I., Heptinstall, J., Byrne, N., Miller, L. A robust gel-bilayer channel biosensor. Adv. Mater. Opt. Electron. 8 (2), 47-52 (1998).
  13. Ide, T., Yanagida, T. An artificial lipid bilayer formed on an agarose-coated glass for simultaneous electrical and optical measurement of single ion channels. Biochem. Biophys. Res. Commun. 265 (2), 595-599 (1999).
  14. Jeon, T. J., Malmstadt, N., Schmidt, J. J. Hydrogel-encapsulated lipid membranes. J Am Chem Soc. 128 (1), 42-43 (2006).
  15. Malmstadt, N., Jeon, T. J., Schmidt, J. J. Long-Lived Planar Lipid Bilayer Membranes Anchored to an In Situ Polymerized Hydrogel. Adv. Mater. 20 (1), 84-89 (2008).
  16. Jeon, T. J., Poulos, J. L., Schmidt, J. J. Long-term storable and shippable lipid bilayer membrane platform. Lab. Chip. 8 (10), 1742-1744 (2008).
  17. Ryu, H., et al. Automated Lipid Membrane Formation Using a Polydimethylsiloxane Film for Ion Channel Measurements. Anal. Chem. 86 (18), 8910-8915 (2014).
  18. Yaws, C. Chemical Properties Handbooks: Physical, Thermodynamic, Environmental, Transport, Safety, and Health Related Properties for Organic and Inorganic Chemicals. , MC GRAW HILL HANDBOOKS. (1999).
  19. Windholz, M., Budavari, S., Stroumtsos, L. Y., Fertig, M. N. The Merck index. An encyclopedia of chemicals and drugs. , Merck & Co. (1976).
  20. Miller, C. Ion Channel Reconstitution. , Springer Science & Business Media. (1986).
  21. Miller, C. Open-state substructure of single chloride channels from Torpedo electroplax. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 299 (1097), 401-411 (1982).
  22. Benz, R., Frohlich, O., Lauger, P., Montal, M. Electrical capacity of black lipid films and of lipid bilayers made from monolayers. Biochim. Biophys. Acta. 394 (3), 323-334 (1975).
  23. Priel, A., Gil, Z., Moy, V. T., Magleby, K. L., Silberberg, S. D. Ionic requirements for membrane-glass adhesion and giga seal formation in patch-clamp recording. Biophys. J. 92 (11), 3893-3900 (2007).

Tags

Bioengineering גיליון 113 ליפידים bilayer Biomimetic ממברנה שחור ליפידים ממברנה ערוץ יון הקרנת סמים אלקטרופיזיולוגיה Gramicidin
גיבוש ליפידים אוטומטי bilayer ממברנה באמצעות סרט polydimethylsiloxane רזה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Choi, S., Yoon, S., Ryu, H., Kim, S. More

Choi, S., Yoon, S., Ryu, H., Kim, S. M., Jeon, T. J. Automated Lipid Bilayer Membrane Formation Using a Polydimethylsiloxane Thin Film. J. Vis. Exp. (113), e54258, doi:10.3791/54258 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter