Summary
Detta arbete beskriver ett protokoll för att uppnå dynamisk, icke-invasiv övervakning av värmeöverföring från laserbestrålade guldnanopartiklar till tBLMs. Systemet kombinerar impedansspektroskopi för realtidsmätning av ledningsförändringar över tBLMs, med en horisontellt fokuserad laserstråle som driver guldnanopartiklar belysning, för värmeproduktion.
Abstract
Här rapporterar vi ett protokoll för att undersöka värmeöverföringen mellan bestrålade guldnanopartiklar (GNPs) och bilayer lipidmembran av elektrokemi med hjälp av tjudrade bilayer lipidmembran (tBLMs) monterade på guldelektroder. Bestrålade modifierade BNI: er, såsom streptavidin-konjugerade BNI, är inbäddade i tBLMs som innehåller målmolekyler, såsom biotin. Genom att använda detta tillvägagångssätt förmedlas värmeöverföringsprocesserna mellan bestrålade GNPs och modell bilayer lipidmembran med enheter av intresse av en horisontellt fokuserad laserstråle. Den termiska prediktiva beräkningsmodellen används för att bekräfta de elektrokemiskt inducerade ledningsförändringarna i tBLMs. Under de specifika förhållanden som användes krävde detektering av värmepulser specifik fastsättning av guldnanopartiklarna på membranytan, medan obundna guldnanopartiklar inte framkallade ett mätbart svar. Denna teknik fungerar som en kraftfull detektionsbiosensor som kan användas direkt för design och utveckling av strategier för termiska terapier som möjliggör optimering av laserparametrar, partikelstorlek, partikelbeläggningar och sammansättning.
Introduction
Hypertermisk prestanda hos bestrålade guldnannoriva material erbjuder en ny klass av minimalt invasiv, selektiv, riktad behandling för infektioner och tumörer1. Anställningen av nanopartiklar som kan värmas upp av en laser har använts för att selektivt förstöra sjuka celler samt ge ett sätt för selektiv läkemedelsleverans2,3. En följd av fototerapeutmolysfenomenen hos uppvärmda plasmoniska nanopartiklar är skador på cellmembranen. Fluid lipid bilayer membran anses vara en särskilt sårbar plats för celler som genomgår sådana behandlingar eftersom denaturering av inneboende membran proteiner samt membranskador kan också leda till celldöd4, eftersom många proteiner finns där för att upprätthålla jonisk potentiell gradient över cellmembran. Även om förmågan att bestämma och övervaka värmeöverföring på nanoskalan är av avgörande intresse för studier och tillämpning av bestrålade BNI1,5,6,7,bedömning och förståelse av de molekylära interaktionerna mellan BNI och biomembran, samt de direkta konsekvenserna av laserinducerade uppvärmningsfenomen av inbäddade BNI i biologiska vävnader, ännu inte har klargjorts helt8. Därför är en grundlig förståelse av hypertermiprocessen för bestrålade BNI fortfarande en utmaning. Utvecklingen av ett nanomaterialelektrodgränssnitt som efterliknar cellernas naturliga omgivning skulle därför kunna utgöra ett sätt att genomföra en djupgående undersökning av värmeöverföringsegenskaperna hos bestrålade nanopartiklar av guld inom biologiska system.
Komplexiteten hos inhemska cellmembran är en av de betydande utmaningarna med att förstå de bestrålade GNPs-interaktionerna i celler. Det har funnits olika konstgjorda membranplattformar utvecklade för att ge nära enkla bio-mimetiska versioner av naturliga lipidmembran arkitektur och funktionalitet, inklusive, men inte begränsat till, svartalipidmembran 9,stöds planar bilayer membran10,hybrid bilayermembran 11,polymer-vadderade lipid bilayer membran12 och tjudrade bilayer lipidmembran13. Varje konstgjord lipidmembranmodell har tydliga fördelar och begränsningar när det gäller att efterlikna de naturliga lipidmembranen14.
Denna studie beskriver anställningen av lipidmembranbelagda elektroder som en sensor för bedömning av guldnanopartiklar och lipidmembraninteraktioner, med hjälp av tBLM-modellen. Det tBLM-baserade biosensordetekteringssystemet ger inneboende stabilitet ochkänslighet 13 eftersom tjudrade membran kan självreparation, till skillnad från andra system (såsom membran som bildas av patchklämma eller liposomer) där endast en liten mängd membranskador resulterar i deras kollaps15,16,17,18. Eftersom tBLMs är av mm2 dimensioner, bakgrund impedans är storleksordningar lägre än patch-clamp inspelning tekniker, vilket möjliggör en registrering av förändringar i basala membran joniskt flöde på grund av nanopartiklar interaktioner. Som ett resultat av detta kan det nuvarande protokollet kontrastera förändringar i membranledningsförmågan med bundna GNPs som är upphetsade av lasrar vars krafter är så låga som 135 nW / μm2.
Det system som presenteras här ger en känslig och reproducerbar metod för att bestämma exakta laserparametrar, partikelstorlek, partikelbeläggningar och sammansättning som behövs för att utforma och utveckla termiska terapier. Detta är avgörande för förfining av framväxande fototermiska terapier, samt för att erbjuda värdefull information för detaljerade mekanismer för värmeöverföring inom biologiska system. Det presenterade protokollet bygger på tidigare publicerat arbete19. En översikt över protokollet är följande: det första avsnittet definierar tBLM-formationen; Det andra avsnittet beskriver hur du konstruerar installationen och justerar excitationslaserkällan. Det sista avsnittet illustrerar hur man extraherar information från data om elektrisk impedansspektroskopi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. tBLMs elektroder förberedelse
- Beredning av första monoskiktbeläggning
- Fördjupa en nysputsad guldmönstrad elektrodmikroskoprutschbana i en etanollösning bestående av ett 3 mM 1:9-förhållande mellan bensyldisulfid-tetra-etylenglykol-OH-"distans"-molekyler (bensyldisulfid bestod av fyra syre-etylenglykolradie, avslutas med en OH-grupp) och bensyldisulfid (tetra-etylenglykol) n=2 C20-phytanylmolekyler med "tjudrade". Detta skapar den första lagerbeläggningen som en bilayer kan förankras i.
OBS: Guldelektroden är gjord genom att avdunsta 100 nm, 99.9995% guld (5n5 guld) film på anpassade 25 mm x 75 mm polykarbonat glider20. - Inkubera elektroder med det första lagret vid rumstemperatur i minst 1 timme.
- Skölj guldelektroderna genom att doppa i rikliga mängder ren etanol över 30 s.
- Använd guldelektrodrutschbanan med det första monoskiktet direkt för nästa steg eller förvara i en burk full av ren etanol.
- OBS: För att säkerställa integriteten hos det första lagret, minimera all direkt kontakt med bildens gulddelar
- Fördjupa en nysputsad guldmönstrad elektrodmikroskoprutschbana i en etanollösning bestående av ett 3 mM 1:9-förhållande mellan bensyldisulfid-tetra-etylenglykol-OH-"distans"-molekyler (bensyldisulfid bestod av fyra syre-etylenglykolradie, avslutas med en OH-grupp) och bensyldisulfid (tetra-etylenglykol) n=2 C20-phytanylmolekyler med "tjudrade". Detta skapar den första lagerbeläggningen som en bilayer kan förankras i.
- Montering av den första monoskiktbelagda bilden
- Ta försiktigt av en coplanar guldelektrod glid från sin behållare med pincett, var noga med att inte ta kontakt med de mönstrade områdena där tBLMs kommer att bildas.
OBS: Var uppmärksam på att identifiera sidan av bilden på vilken guldet deponeras. - Lufttorkad rutschkana i 1 - 2 minuter in för att avlägsna eventuell restetanol.
- Placera guldelektroden över en torr yta, se till att guldelektroden är korrekt orienterad med mönstrad guldyta vänd uppåt.
- Skala det genomskinliga självhäftande skiktskyddet från ett tunt laminat och placera över de 6 kanalerna för att definiera varje brunn.
- Använd en tryckrulle för att frigöra luft mellan glidningen och det genomskinliga självhäftande skiktet, som visas i figur 1A.
OBS: Den tid som krävs för detta steg måste optimeras av forskaren. I detta protokoll sträcker sig tiderna från 2-3 min. - Introducera så snart det är praktiskt möjligt (inom 1-2 minuter) den andra lipidbilayern till den monterade första monoskiktbelagda elektroden för självmontering för att undvika att skada det första skiktet.
- Ta försiktigt av en coplanar guldelektrod glid från sin behållare med pincett, var noga med att inte ta kontakt med de mönstrade områdena där tBLMs kommer att bildas.
- Förberedelse av andra lipid bilayer
- Tillsätt 6 μL 3 mM lipider av intresse till den första brunnen i de sex brunnarna. Låt inte kanten på mikropipettspetsen vidröra guldytan, vilket kan skada de tjudrade kemierna på elektroden.
OBS: Lipidblandningen som används i detta arbete bestod av 3 mM 70% zwitterionic C20 diphytanyl-eter-glycero-fosfatidylkolin (DPEPC) och 30% C20 diphytanyldiglyceride eter lipider (GDPE) blandade med 3 mM kolesterol-PEG-Biotin i 50:1 molar förhållande. - För in 6 μL av lipidblandningen till de andra brunnarna med ett mellanrum på 10 s mellan varje tillsats.
- Inkubera varje brunn i exakt 2 minuter vid rumstemperatur innan du byter lipidblandningen över elektroderna med en buffert som PBS. Mellanslag tiderna för tillsats- och buffertutbytet 10 s ifrån varandra så att varje brunn inkuberas med lipiden i exakt 2 minuter vardera.
- Tvätta ytterligare 3 gånger med 50 μL PBS-buffert (pH 7.0). Var noga med att alltid lämna 50 μL buffert över elektroderna. Låt inte elektroderna torka.
OBS: Om etanollösningsmedelet förskjuts med vattenlösningen på detta sätt (lösningsmedelsutbytesmetoden)kan en enda lipidbilayer som är förankrad i guldelektroden via de tjudrade kemistierna snabbt bildas.
- Tillsätt 6 μL 3 mM lipider av intresse till den första brunnen i de sex brunnarna. Låt inte kanten på mikropipettspetsen vidröra guldytan, vilket kan skada de tjudrade kemierna på elektroden.
- Provning av tBLM-bildning med mätningar av elektrisk impedansspektroskopi (EIS)
- Sätt in förberedd elektrod glida in i en AC impedansspektrometer (t.ex. Tethapod). Se till att spektrometern är ansluten via en USB-port till en dator som kör programvaran.
- Öppna programvaran, klicka på Installationsprogrammet och öppna Maskinvara.
- Ställ in maskinvaruinställningarna så att de använder 25 mV ac-excitation från topp till topp.
- Ställ in frekvenser mellan 0,1 och 10 000 Hz med två steg per decennium för snabba impedansmått tryck ok.
- Klicka på installationsmenyn och öppna Modell.
- Använd en likvärdig kretsmodell som beskriver den tjudrande guldelektroden som ett konstant faselement i serie med ett motstånd som beskriver elektrolytbufferten och ett parallellt resistorkondensatornätverk för att beskriva lipidbilayern och tryck på OK.
- Tryck på Start-knappen för att starta en realtidsmätning av membrankeacitans (Cm)och membranledning (Gm). Cm värden för typiska tBLMs bör ligga i intervallet 12,5 nF till 15,5 nF för 10% tjudrade kemier21,22.
- När du har kört protokollet och avslutat experimentet sparar du data.
- Upprepa mätningen med nästa brunn.
2. Laser bestrålning
- Experimentell installation
OBS: Det skräddarsydda systemet är konfigurerat för varje tBLM väl individuellt.- Utför experiment i en ljussäker låda för att minimera lasern på ett farligt sätt.
- Använd ett optikbord för att ställa in experimentet för att minska oönskade vibrationer.
- Placera impedansläsaren, var är guldrutschbanan är ansluten, på en XYZ-scen och lyft så att den sitter i laserkällans väg.
- Använd grovfin fokuserande mikroskopisk gearing för att styra laserkällans höjd för att uppnå lämplig precision.
- Rikta laserbanan längs elektrodrutschbanans längsgående axel.
VARNING: Använd alltid lämpliga laserskyddsglasögon och håll bra lasersäkerhetsprotokoll. - Låt den valda inställda lasern stabiliseras innan experimentet påbörjas.
OBS: Ett schema över den experimentella installationen illustreras i figur 2A.
- Inriktning av laser- och guldelektroder
OBS: Innan du börjar, utvärdera alltid lasereffekten med hjälp av en effektmätare för att säkerställa att endast mycket låga wattal levereras till tBLMs.- Justera antingen laserbanan eller elektrodens vinkel så att lasern passerar genom vätskan som täcker elektroden och bara är synlig, jämnt, vid guldytan.
- Justera laserstrålens ljusposition för varje experiment genom att höja eller sänka laserstrålekällan med hjälp av finjusteringen samtidigt som du observerar förändringar i membranets ledningsförmåga.
- Lås ratten för att säkra laserbanans position när inga ledningsförändringar observeras.
OBS: Ökade värden för membranledning kommer att genereras när lasern interagerar med den underliggande guldelektroden. Det är därför viktigt att justera laserbanan så att inga sådana interaktioner är möjliga.
- Provberedning
- Förbered laserstrålens ljusjustering (där det inte finns någon förändring i membranets ledningsförmåga), som visas i figur 2, position 3.
- Lägg till GNPs av intresse (funktionaliserade eller nakna) i PBS-bufferten där tBLMs är nedsänkta medan lasern är avstängd.
- Blanda PBS-bufferten som omger tBLMs försiktigt tre gånger, var försiktig så att du inte rör elektroden.
- Inkubera i 5-10 min vid rumstemperatur.
- Slå på lasern för att bestråla provet med rätt justerad laserstråleljusposition enligt figur 2, position 3.
- Använd lämplig kombination av GNPs storlek, form och koncentration med laserljusvåglängd.
OBS: Laserstrålen för inställd våglängd ska kopplas till motsvarande GNP-plasmonresonansfrekvens. - Registrera uppmätt ström kontinuerligt (realtidsmätningar).
- Utför steg 2.2.1 - 2.3.7 och utelämna BNI-tillägg för kontrollexperimenten.
3. Statistisk dataanalys och presentation
- Exportera data till ett kalkylblad.
- Extrahera parametern membranledning kontra tid.
- Använd inspelade data efter att ha satt ett laserstråleljus med rätt läge och före GNPs introduktion.
- Normalisera data genom att dela upp den uppmätta membranledningsförmågan över baslinjemembranets ledningsförmåga.
OBS: Detta bekräftar att relativa förändringar i membranledningsvärden framkallas genom införda bestrålade BNI. - Presentera data som tidsdiagram (x-axel) jämfört med normaliserad membranledning (y-axel).
4. Förutsäg mängden lokaliserad värme som genereras i tBLMs från bestrålade nanopartiklar (termisk prediktiv modell)
- Lös strålningsöverföringsproblemet enligt Dombrovsky23, för att beräkna absorberad strålningskraft i bestrålade nanopartiklar.
- Beräkna värmegenereringen genom att integrera värmekällan på grund av absorberad strålning i energiekvationen.
OBS: För en detaljerad förklaring av den numeriska analysen av värmegenerering i tBLMs från bestrålade nanopartiklar och nanomaterial-elektrodgränssnittet, se 19.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Det guldsubstrat på vilket tBLMs kan skapas visas i figur 1. Ett schema över den experimentella installationen presenteras i figur 2.
Coplanar guldelektroder, som visas i figur 1A,är tillverkade av 25 mm x 75 mm x 1 mm polykarbonatbassubstrat med mönstrade guldmatriser. Ett genomskinligt självhäftande skikt definierar de sex enskilda mätkamrarna. Den coplanar guldelektroden möjliggör direkt exponering av laserljuset för tBLMs membran. Varje brunn i elektrodmatrisen innehåller en cirkelformad arbetselektrod (område: 0,707 cm2) och halvcirkelformad motelektrod eller coplanarelektrod (område: ~ 0,725 cm2), som separeras av ett mellanrum på ~ 2 mm. Det genomskinliga självhäftande skiktet isolerar resten av det deponerade guldet från bulkelektrolyten. Däremot förbinder den underliggande guldlayouten arbetselektroderna med kontaktytor utanför mätkamrarna för att ge den elektriska anslutningen till EIS-läsaren utan behov av en referenselektrod.
Laserbanan är i linje på ett sätt där den interagerar med tBLMs och sprids genom vätskebufferten som omger den, men inte så att den kan interagera med det underliggande guldsubstratet. Detta bestäms enkelt genom horisontell höjning och sänkning av lasern tills rätt position har fastställts. Denna position är precis vid den punkt där inga förändringar i membranets ledningsförmåga kan observeras. Med tanke på att tBLMs bildas genom fastsättning på ett substratskikt av bulkguld, verkar det troligt att förändringarna i membranledning vid position 1 och 2 i figur 2 är ett resultat av värme från laserns interaktioner med nanostrukturer inom det sputterade bulkguldskiktet. Således med hjälp av den exakta positionen för horisontell ljusstrålejustering med fokus på att eliminera interaktionen mellan laserljuset och bulkguldsubstratet som finns under tBLMs.
Genom att fokusera det horisontella laserljuset direkt mot guldelektroden ökar membranledningsförmågan, vilket presenteras i figur 2, position 1 och 2. Den exakta laserpositionen visade försumbar variation i membranledningsinspelningarna under båda perioderna laser ON och laser OFF(figur 2B,position 3). BNI-provet lades till efter att baslinjeinspelningar hade upprättats, vilket visas i figur 2, position 3. Tillsats av streptavidin-konjugerade 30 nm guldnanopartiklar till tBLMs som innehöll biotinylerat kolesterol visade en tydlig skillnad mellan lasern PÅ och AV perioder, liksom i jämförelse med position 3, med distinkta ökningar av resistans amplitud under lasern ON fas (Figur 2B, position 4).
Figur 1: Schematisk representation av dentjudrade bilayer lipidmembranmodellen (tBLM) på ett guldsubstrat. A) Coplanar guldelektrod glider med sex brunnar, som i slutändan definieras av tillsats av ett tunt genomskinligt självhäftande skikt. B) TBLM-modellen omfattar distanser (etylenglykolkedjor som avslutas med en hydroxylgrupp) och tjudrade molekyler (etylenglykolgrupper som avslutas med hydrofobiska phytanylkedjor) tjudrar till guldsubstratytan för att bilda det första skiktet. Det andra lagret innehåller de icke-tjudrade lipiderna. Den modifierade siffran baserades på Cornell et al.24. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 2: Illustration av analysinställningen för inriktning och motsvarande förändringar i mätmembranledningsförmågan mellan tBLMs som härrör från laserbelysning ( λ = 530 nm). a) Schematisk representant för de olika positionerna för horisontell laserjustering. Där position 1: laserljusstrålen i linje med guldsubstratet (när lasern var påst angiven i rött). Position 2 Det horisontella laserljuset blandat med membran- och guldsubstrat. Position 3 laserljus med fokus på bulkvätskan som omger tBLMs. Position 4 laserstråleljus fokuserat i vätskan som omger tBLMs i närvaro av streptavidin-konjugerade 30 nm sfäriska BNI. (B) Normaliserade ledningsinspelningar över tid motsvarar de olika inriktningspositionerna. Positionerna 1, 2 och 3 mätningar av tBLMs ledningsförmåga i avsaknad av BNI, medan position 4 är ett mått på tBLMs ledningsförmåga i närvaro av streptavidin-konjugerade 30 nm sfäriska GNPs. Membranet resistation värden normaliserades till det ursprungliga värdet av membran resistion vid tBLMs bildandet. Resultaten är representativa för minst tre oberoende experiment. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Detta protokoll beskriver användningen av tBLM-modell med ett coplanar elektrod substrat i samband med en horisontell laser inriktning inrättas som möjliggör realtid elektrisk impedans inspelning som svar på laser bestrålning av guld nanopartiklar. Metoden för EIS-registrering som presenteras här konstruerar en minimal lista över experiment som är nödvändiga för att ge registrering av jonströmsförändringar över membranet, vilket motsvarar värmen som genereras av den kopplade laser- och guldnanopartiklarinteraktionen. Det finns ett kritiskt steg i detta protokoll, som är den noggranna och exakta justeringen av laserbanan mot bufferten som omger bilayer lipidmembranet.
Användningen av tBLM-modellen erbjuder distinkta elektriska tätningsegenskaper som efterliknar naturliga lipidmembranegenskaper24. tBLMs ger också en vattenhaltig jonisk reservoarregion mellan guldsubstratet och det därefter bildade membranet, där de tjudrade molekylerna och distansmolekylen hade en tjocklek av 11 Å25, och bilayer lipidmembrantjockleken var cirka 6,5 nm19. Detta kan erbjuda utrymme att införliva membranproteiner, jonkanaler eller andra specifika funktionella molekyler13,22. Valet av 70% DPEPC och 30% GDPE lipider ger optimal tätning av bilayer lipidmembran för att undersöka de elektriska egenskaperna hos tBLMs med EIS-system24. På samma sätt efterliknar införandet av kolesterol i bilayer lipidmembranen nära inhemska biomimetiska modellmembran. Kolesterolmoieties förbättrar bilayer lipid membran stabilitet, samt minimera membran permeabilitet till joner genom att ge hög förpackning av fosfolipid bilayer26,27. Att kombinera tBLMs med EIS-systemet ger indirekt mätning av värmeöverföring mellan bestrålade GNPs och bilayer lipidmembran. Vidare möjliggör användningen av coplanar guldelektroder i detta protokoll EIS-mätningar i realtid utan störningar från referens- eller motelektroder.
Guld i nanopartikelskalan har olika fysiska och optiska egenskaper än större guldaggregat. Nanopartiklarnas storlek och form får tillgång till biofördelning, cirkulationslivslängd och cellupptag, där nanopartiklar av mellanliggande storlekar (20–60 nm) uppvisar maximal cellupptagning samt erbjuder ett högt förhållande mellan yta och volym, vilket möjliggör efterföljande funktionalisering28,29. Den implementerade 30 nm BNI-storleken i denna studie representerade mellanliggande BNI-storlekar, medan valet av laservåglängd var enligt ABSorptionstoppen av BNI för att ge den mest effektiva excitationen, vilket följaktligen leder till uppvärmning. Laserbelysningen av tBLMs guldytor höjer membranledningstopparna vid lasern ON-fasen. Detta föreslås vara ett resultat av nanostrukturer i bulkguld som interagerar med lasern, vilket skulle maskera värmeproduktionsfenomen efter tillsats av GNPs30. För att övervinna detta belyses den utvecklade metoden här GNPs genom att använda horisontell laserjustering över lipidbuffertgränssnittet, vilket illustreras i figur 2, position 3 och 4.
De protokoll som beskrivs här kan enkelt modifieras genom att ändra membranets lipidsammansättning för att efterlikna olika naturliga celltyper, eller genom att ändra den introducerade GNPs storlek och form såsom 100 nm guldnanurchins med motsvarande laserstråleljus19. Detta kan sedan användas för att bestämma effekten av lokaliserade GNPs inducerad strålning på specifika celltyper.
Sammanfattningsvis fungerar detta protokoll som en robust detektionsbiosensor för att studera interaktioner av bestrålade GNPs på plats med modell bilayer lipidmembranenheter av intresse för att svara på frågor om värmeöverföringsfenomen. Detta kommer att bidra till att utveckla effektivare fototermiska terapier, samt ge värdefull information för detaljerade mekanismer för värmeöverföring inom biologiska system. Detta tillvägagångssätt kan användas som ett verktyg för förutsägelse av nivån av cellmembranförstörelse som kan upplevas av dessa uppvärmda nanopartiklar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar följande ekonomiska intressen / personliga relationer, som kan betraktas som potentiella konkurrerande intressen: Prof Bruce Cornell är direktör - vetenskap och teknik vid Kirurgisk diagnostik SDx tjudrade membran Pty. Ltd.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av Australian Research Council (ARC) Discovery Program (DP150101065) och ARC Research Hub for Integrated Device for End-user Analysis at Low-levels (IDEAL) (IH150100028).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 30 nm diameter streptavidin-conjugated gold nanoparticles | Cytodiagnostics | AC-30-04-05 | This is a streptavidin-conjugated GNPs product ready for use |
| 30 nm diameter bare gold nanoparticles | Sigma-Aldrich | 753629 | This is a bare GNPs product ready for use |
| Cholesterol-PEG-Biotin (MW1000) | NANOCS | PG2-BNCS-10k | Dissolved in highly pure ethanol |
| C20 Diphytanyl-Glycero-Phosphatidylcholine lipids | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-S1 | 1 ml glass vial containing 70% C16 diphytanyl phosphatidylcholine (DPEPC) and 30% C16 diphytanyl glycerol (GDPE) in 99.9% ethanol |
| Benzyl-disulfide-tetra-ethyleneglycol-OH | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-S2 | Spacer molecules |
| Benzyl-disulfide (tetra-ethyleneglycol) n=2 C20-phytanyl | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-S2 | Tethered molecules |
| 532 nm green laser continuous light | OBIS LS/OBIS CORE LS, China | ND-1000 | The power of this laser was ~135 mW |
| tethaPod EIS reader | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-R1 | A reader of conductance and capacitance on six channels simultaneously |
| tethaPlate cartridge assembly | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-BG | Materials to attach the slide with electrodes to the flow cell cartridge |
| Clamp and slide assembly jig | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-A1 | Materials to attach the slide with electrodes to the flow cell cartridge |
| Lipid coated coplanar gold electrodes | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-T10 | Coplanar gold electrodes are made from 25 mm x 75 mm x 1 mm polycarbonate base substrate with patterned gold arrays layout, then coated with benzyldisulphide, bis-tetraethylene glycol C16 phytanyl half membrane spanning tethers in a tether ratio of 10% |
| tethaQuick software | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-B1 | Software for use with tethaPod to process data and display conductance, impedance and capacitance measurements from the tethaPlate electrodes |
| 99.9% Pure ethanol | Sigma-Aldrich | 34963 | Absolute, 99.9% |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma-Aldrich | P4417 | pH 7 |
References
- Her, S., Jaffray, D. A., Allen, C. Gold nanoparticles for applications in cancer radiotherapy: Mechanisms and recent advancements. Advanced Drug Delivery Reviews. 109, 84-101 (2017).
- Pissuwan, D., Valenzuela, S. M., Killingsworth, M. C., Xu, X., Cortie, M. B. Targeted destruction of murine macrophage cells with bioconjugated gold nanorods. Journal of Nanoparticle Research. 9 (6), 1109-1124 (2007).
- Pissuwan, D., Valenzuela, S. M., Miller, C. M., Cortie, M. B. A golden bullet? Selective targeting of Toxoplasma gondii tachyzoites using antibody-functionalized gold nanorods. Nano Letters. 7 (12), 3808-3812 (2007).
- Zhang, H. -G., Mehta, K., Cohen, P., Guha, C. Hyperthermia on immune regulation: a temperature's story. Cancer Letters. 271 (2), 191-204 (2008).
- Gobin, A. M., et al. Near-infrared resonant nanoshells for combined optical imaging and photothermal cancer therapy. Nano Letters. 7 (7), 1929-1934 (2007).
- Jackson, J. B., Halas, N. J. Surface-enhanced Raman scattering on tunable plasmonic nanoparticle substrates. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (52), 17930-17935 (2004).
- Emelianov, S. Y., Li, P. -C., O'Donnell, M. Photoacoustics for molecular imaging and therapy. Physics Today. 62 (8), 34 (2009).
- Dimitriou, N. M., et al. Gold nanoparticles, radiations and the immune system: Current insights into the physical mechanisms and the biological interactions of this new alliance towards cancer therapy. Pharmacology & Therapeutics. 178, 1-17 (2017).
- 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 (4832), 979 (1962).
- Tamm, L. K., McConnell, H. M.
- Plant, A. L. Supported hybrid bilayer membranes as rugged cell membrane mimics. Langmuir. 15 (15), 5128-5135 (1999).
- Sackmann, E. Supported membranes: scientific and practical applications. Science. 271 (5245), 43-48 (1996).
- Alghalayini, A., Garcia, A., Berry, T., Cranfield, C. G. The Use of Tethered Bilayer Lipid Membranes to Identify the Mechanisms of Antimicrobial Peptide Interactions with Lipid Bilayers. Antibiotics. 8 (1), 12 (2019).
- Khan, M. S., Dosoky, N. S., Williams, J. D. Engineering lipid bilayer membranes for protein studies. International Journal of Molecular Sciences. 14 (11), 21561-21597 (2013).
- Urban, P., Kirchner, S. R., Mühlbauer, C., Lohmüller, T., Feldmann, J. Reversible control of current across lipid membranes by local heating. Scientific Reports. 6, 22686 (2016).
- Palankar, R., et al. Nanoplasmonically-induced defects in lipid membrane monitored by ion current: transient nanopores versus membrane rupture. Nano Letters. 14 (8), 4273-4279 (2014).
- Bendix, P. M., Reihani, S. N. S., Oddershede, L. B. Direct measurements of heating by electromagnetically trapped gold nanoparticles on supported lipid bilayers. ACS Nano. 4 (4), 2256-2262 (2010).
- Plaksin, M., Shapira, E., Kimmel, E., Shoham, S. Thermal transients excite neurons through universal intramembrane mechanoelectrical effects. Physical Review X. 8 (1), 011043 (2018).
- Alghalayini, A., et al. Real-time monitoring of heat transfer between gold nanoparticles and tethered bilayer lipid membranes. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. , 183334 (2020).
- Moradi-Monfared, S., Krishnamurthy, V., Cornell, B. A molecular machine biosensor: construction, predictive models and experimental studies. Biosensors and Bioelectronics. 34 (1), 261-266 (2012).
- Hoiles, W., Gupta, R., Cornell, B., Cranfield, C., Krishnamurthy, V. The effect of tethers on artificial cell membranes: A coarse-grained molecular dynamics study. PloS One. 11 (10), 0162790 (2016).
- Cranfield, C. G., et al. Transient potential gradients and impedance measures of tethered bilayer lipid membranes: pore-forming peptide insertion and the effect of electroporation. Biophysical Journal. 106 (1), 182-189 (2014).
- Dombrovsky, L. A. Radiation heat transfer in disperse systems. , Begell House. (1996).
- Cornell, B. A., Braach-Maksvytis, V., King, L., Osman, P. A biosensor that uses ion-channel switches. Nature. 387 (6633), 580 (1997).
- Maccarini, M., et al. Nanostructural determination of a lipid bilayer tethered to a gold substrate. The European Physical Journal E. 39 (12), 123 (2016).
- Beugin-Deroo, S., Ollivon, M., Lesieur, S. Bilayer stability and impermeability of nonionic surfactant vesicles sterically stabilized by PEG-cholesterol conjugates. Journal of Colloid and Interface Science. 202 (2), 324-333 (1998).
- Kendall, J. K., et al. Effect of the Structure of Cholesterol-Based Tethered Bilayer Lipid Membranes on Ionophore Activity. ChemPhysChem. 11 (10), 2191-2198 (2010).
- Jiang, W., Kim, B. Y., Rutka, J. T., Chan, W. C. Nanoparticle-mediated cellular response is size-dependent. Nature Nanotechnology. 3 (3), 145 (2008).
- He, C., Hu, Y., Yin, L., Tang, C., Yin, C. Effects of particle size and surface charge on cellular uptake and biodistribution of polymeric nanoparticles. Biomaterials. 31 (13), 3657-3666 (2010).
- Wang, F. X., et al. Surface and bulk contributions to the second-order nonlinear optical response of a gold film. Physical Review B. 80 (23), 233402 (2009).
