Auto-assemblaggio di membrane lipidiche ibride drogate con molecole organiche idrofobiche presso l'interfaccia acqua/aria
Summary
Reportiamo un protocollo per la produzione di una membrana lipidica ibrida all’interfaccia acqua/aria doping il bistrato lipidico con molecole di rame (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butil-29H,31H-ftatocianina (CuPc). La membrana lipidica ibrida risultante ha una struttura sandwich lipidica/ CuPc / lipidica. Questo protocollo può anche essere applicato alla formazione di altri nanomateriali funzionali.
Abstract
Grazie alle loro proprietà uniche, tra cui uno spessore ultratonale (3-4 nm), resistività ultraelevata, fluidità e capacità di auto-assemblaggio, i bistrati lipidici possono essere facilmente funzionalizzati e sono stati utilizzati in varie applicazioni come biosensori e bio-dispositivi. In questo studio, abbiamo introdotto una molecola organica planare: rame (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butil-29H,31H-ftatocianina (CuPc) per drogare le membrane lipidiche. La membrana ibrida CuPc/lipidi si forma all’interfaccia acqua/aria mediante auto-assemblaggio. In questa membrana, le molecole di CuPc idrofobiche si trovano tra le code idrofobiche delle molecole lipidiche, formando una struttura sandwich lipidica/ CuPc / lipidica. È interessante notare che un doppio strato lipidico ibrido stabile all’aria può essere facilmente formato trasferendo la membrana ibrida su un substrato Si. Reportiamo un metodo semplice per incorporare nanomateriali in un sistema di doppio strato lipidico, che rappresenta una nuova metodologia per la fabbricazione di biosensori e biodevice.
Introduction
Come quadro essenziale delle membrane cellulari, l’interno delle cellule è separato dall’esterno da un sistema di doppio strato lipidico. Questo sistema è costituito da fosfolipidi anfifili, che sono composti da “teste” di estere fosforico idrofilo e acidi grassi idrofobici “code”. A causa della notevole fluidità e capacità di auto-assemblaggio dei bistrati lipidici in ambiente acquoso1,2,i bistrati lipidici artificiali possono essere formati utilizzando semplicimetodi 3,4. Vari tipi di proteine di membrana, come canali ionici, recettori di membrana ed enzimi, sono stati incorporati nel bistrato lipidico artificiale per imitare e studiare le funzioni delle membranecellulari 5,6. Più recentemente, i bistrati lipidici sono stati drogati con nanomateriali (ad esempio, nanoparticelle metalliche, grafene e nanotubi di carbonio) per formare membrane ibride funzionali7,8,9,10,11,12,13. Un metodo ampiamente utilizzato per formare tali membrane ibride comporta la formazione di vescicole lipidiche drogate, che contengono materiali idrofobici come le Nanoparticelle7 modificate o i nanotubi di carbonio11, e le vescicole risultanti vengono quindi fuse in bistrati lipidici supportati planari. Tuttavia, questo approccio è complesso e dispendioso in termini di tempo, il che limita i potenziali usi di tali membrane ibride.
In questo lavoro, le membrane lipidiche sono state drogate con molecole organiche per produrre membrane lipidiche ibride che si sono formate all’interfaccia acqua /aria per auto-assemblaggio. Questo protocollo prevede tre fasi: preparazione della soluzione mista, formazione di una membrana ibrida all’interfaccia acqua/aria e trasferimento della membrana su un substrato Si. Rispetto ad altri metodi precedentemente riportati, il metodo descritto qui è più semplice e non richiede una strumentazione sofisticata. Utilizzando questo metodo, le membrane lipidiche ibride stabili per l’aria con un’area più ampia possono essere formate in un tempo più breve. Il nanomateriale utilizzato in questo studio è una molecola organica semiconduttore, rame (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butil-29H,31H-ftatocianina (CuPc), che è ampiamente utilizzata in una serie di applicazioni, tra cui celle solari, fotodetettori, sensori di gas e catalisi14,15. CuPc, una piccola molecola organica con una struttura planare, ha un’alta affinità per le “code” dei fosfolipidi duo alle sue caratteristiche idrofobiche. Altri gruppi hanno riferito che le molecole di CuPc possono auto-assemblarsi su superfici monocristatiche con laformazione di strutture altamente ordinate 16,17. Pertanto, è altamente possibile che le molecole di CuPc possano essere incorporate nei bistrati lipidici attraverso l’auto-assemblaggio.
Forniamo una descrizione dettagliata delle procedure utilizzate per formare membrane e forniamo alcuni suggerimenti per l’attuazione senza intoppi di questa procedura. Inoltre, presentiamo alcuni risultati rappresentativi delle membrane lipidiche ibride e discutiamo le potenziali applicazioni di questo metodo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nella soluzione precursore della membrana ibrida, un solvente organico misto (cloroformio ed esano) piuttosto che cloroformio puro viene utilizzato per sciogliere lipidi e CuPc. Se si utilizza il cloroformio puro, la densità della soluzione precursore sarebbe superiore all’acqua. Pertanto, è altamente probabile che la soluzione affondi sul fondo dell’acqua piuttosto che diffondersi sulla superficie dell’acqua. L’aggiunta di esano, un solvente a bassa densità, alla soluzione precursore, assicura che la soluzione galleg…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dal programma CREST della Japan Science and Technology Agency (JPMJCR14F3) e grant in-Aids della Japan Society for the Promotion of Science (19H00846 e 18K14120). Questo lavoro è stato in parte svolto presso il Laboratorio di Nanoelettronica e Spintronica, Istituto di Ricerca di Comunicazione Elettrica, Università di Tohoku.
Materials
| Chloroform | Wako Chemicals | 033-08631 | |
| CuPc | Sigma-Aldrich | 423165 | |
| DPhPc | Avanti Polar Lipids | 850356C | |
| Glass vials with screw cap | Nichiden-Rike Glass Co., Ltd | 6-29801 | |
| Hexane | Wako Chemicals | 084-03421 | |
| Membrane filters | Merck Millipore Ltd. | R8CA42836 | |
| Micro-syringe | Hamilton | 80530 | |
| Peristaltic pump | Tokyo Rikakikai Co., Ltd. | 11914199 | |
| Vortex mixer | Scientific Industries, Inc. | SI-0286 |
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