Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies

St&#233;phane Isabettini; Mirjam E. Baumgartner; Peter Fischer; Erich J. Windhab; Marianne Liebi; Simon Kuster

doi:10.3791/56812

JoVE Journal > Engineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Engineering

إجراءات تصنيع وقياسات إنكسار مزدوج لتصميم أيون لانثانيدات مغناطيسيا استجابة خالب فسفوليبيد التجميعات

Published: January 03, 2018

doi:

10.3791/56812

Stéphane Isabettini, Mirjam E. Baumgartner, Peter Fischer, Erich J. Windhab, Marianne Liebi, Simon Kuster

¹Laboratory of Food Process Engineering,ETH Zurich, ²MAX IV Laboratory,Lund University

Summary

وترد الإجراءات تلفيق لايون لانثانيدات استجابة عالية مغناطيسيا خالب بوليموليكولار التجميعات. الاستجابة المغناطيسية يمليها حجم الجمعية، التي هي مصممة بقذف من خلال الأغشية نانوبوري. الجمعيات اليجنابيليتي مغناطيسي والتغيرات الهيكلية الناجمة عن الحرارة تخضع مقاييس إنكسار مزدوج، تقنية مجانية للرنين المغناطيسي النووي وتشتت النيوترونات زاوية صغيرة.

Abstract

بيسيليس تجميعات الانضباطي القرص مثل بوليموليكولار التي تكونت من مجموعة كبيرة ومتنوعة من خليط الدهن. تطبيقات تتراوح من غشاء بروتين الدراسات الهيكلية بالرنين المغناطيسي النووي (الرنين المغناطيسي النووي) للتطورات نانوتيتشنولوجيكال بما في ذلك تشكيل الهلام نشطة ضوئياً ومغناطيسيا للتحويل. هذه التكنولوجيات تتطلب مراقبة ارتفاع حجم الجمعية والاستجابة المغناطيسية والمقاومة الحرارية. خليط من 1، 2-ديميريستويل-sn-جليسيرو-3-phosphocholine (دمبك) وبه أيون لانثانيدات (Ln^{3 +}) خالب فسفوليبيد المتقارن، 1، 2–ديميريستويل-تريامينيبينتاسيتاتي-جليسيرو-3-والرمات-ايثانولامين-الغلايكول (sn دمبيدتبا)، التجمع في الجمعيات استجابة عالية مغناطيسيا مثل دمبك/دمب-دتبا/Ln^{3 +} (المولى نسبة 4:1:1) بيسيليس. مقدمة من نسبة الكولسترول في الدم (شول-OH) ومشتقات الستيرويد في نتائج بلير في مجموعة أخرى من الجمعيات توفر الخصائص الفيزيائية-الكيميائية الفريدة. لتكوين دهن معين، اليجنابيليتي المغناطيسي يتناسب مع حجم بسيلي. كومبليكسيشن Ln^{3 +} النتائج في الردود المغناطيسي لم يسبق لها مثيل من حيث الحجم والمحاذاة اتجاه. الحرارية-عكسها انهيار هياكل شبيهة بالقرص إلى حويصلات عند التسخين يسمح للخياطة لإبعاد الجمعيات بقذف من خلال مرشحات الغشاء مع أحجام مسام المعرفة. يتم إعادة إنشاء بيسيليس النابل مغناطيسيا بالتبريد إلى 5 درجات مئوية، أسفر عن أبعاد الجمعية تعرف حويصلة والسلائف. هنا، هو تفسير هذا الإجراء تلفيق وهو كمياً اليجنابيليتي المغناطيسي للجمعيات بقياسات إنكسار مزدوج تحت حقل مغناطيسي تي 5.5. كذلك تمكن الإشارة إنكسار مزدوج، منشؤها بلير فسفوليبيد، رصد بوليموليكولار التغييرات التي تطرأ بلير. هذه التقنية البسيطة مكملة لتجارب الرنين المغناطيسي النووي التي تستخدم عادة لوصف بيسيليس.

Introduction

بيسيليس هي بوليموليكولار القرص مثل التجميعات التي تم الحصول عليها من العديد دهن المزائج. ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ ^, ⁵ أنها تستخدم على نطاق واسع لتوصيف الجزيئات الحيوية الغشاء الهيكلي بالتحليل الطيفي الرنين المغناطيسي النووي. ⁶ ^, ⁷ ولكن الجهود التي بذلت مؤخرا تهدف إلى توسيع مجال التطبيقات الممكنة. ⁵ ^, ⁸ ^, ⁹ أهم درس بيسيلي وتتألف من خليط من 1، 2-ديميريستويل-sn-جليسيرو-3-phosphocholine (دمبك)، التي تشكل الجزء مستو من الجمعية العامة، و 1، 2-ديهيكسانويل-sn-جليسيرو-3-phosphocholine (DHPC) فسفوليبيد تغطي الحافة. ¹ ^, ² ^, ³ هندسة جزيئية فوسفوليبيدات يؤلف بلير إملاء بنية هيكل بوليموليكولار الذاتي تجميعها. ⁴ ^, ⁵ استبدال DHPC مع دتبا دمب يولد أنظمة بسيلي استجابة عالية مغناطيسيا والانضباطي. ¹⁰ ^, ¹¹ دمبك/دمب-دتبا/Ln^{3 +} (المولى نسبة 4:1:1) بيسيليس المنتسبين مع العديد من أيونات لانثانيدات باراماجنيتيك أكثر (Ln^{3 +}) على السطح لبلير، أسفر عن استجابة مغناطيسية معززة. ¹⁰ علاوة على ذلك، الاستعاضة عن الجزيئات DHPC للذوبان في الماء مع دمب-دتبا/Ln^{3 +} يتيح تشكيل بيسيليس المقاوم للتخفيف. ¹¹

اليجنابيليتي المغناطيسي للجمعيات بوليموليكولار مستو تمليه على الطاقة المغناطيسية عموما،

(1)

حيث B هو قوة الحقل المغناطيسي، ن المستمر، المغناطيسي عدد التجميع و تباين قابلية دياماجنيتيك الجزيئية الدهون يؤلف في بيلايير. ولذلك، مصمم خصيصا استجابة دمبك/دمبي-دتبا/Ln^{3 +} بيسيليس للحقول المغناطيسية بحجمها (n العدد الكلي) و Δχ تباين قابلية دياماجنيتيك الجزيئية. ويتحقق هذا الأخير سهولة بتغيير طبيعة Ln الكلاب^{3 +}. ¹² ^, ¹³ ^, ¹⁴ ^, ¹⁵ إدخال نسبة الكولسترول في الدم (شول-OH) أو مشتقات ستيرويد أخرى في بيلايير يتيح إمكانية ضبط n العدد الكلي و Δχ قابلية مغناطيسية للجمعيات. ¹¹ ^, ¹⁶ ^, ¹⁷ ^, ¹⁸ ^, ¹⁹ لتكوين دهن معين، تتضمن التجميعات أكبر الدهون أكثر قادرة على الإسهام في ه_ماج (n عدد أكبر تجميعية)، أسفر عن الأنواع اليجنابل أكثر. على سبيل المثال، حجم دمبك/DHPC بيسيليس، يسيطر تقليديا من خلال الاستغلال الأمثل لتركيز الدهن يؤلف نسبة أو مجموعة. ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² على الرغم من أن هذا أمر ممكن في دمبك/دمبي-دتبا/Ln^{3 +} بيسيليس، تحولها عكسها الحرارية من بيسيلي إلى حويصلات عند تدفئة العروض إضافة خيارات للخياطة. يعني الميكانيكية مثل قذف من خلال مرشحات غشاء يسمح تشكيل الحويصلات. يتم إعادة إنشاء بيسيليس اليجنابل مغناطيسيا عند التبريد إلى 5 درجة مئوية وهي تملي أبعادها من السلائف حويصلة. ¹¹ هيرين، نحن نركز على إمكانات التصنيع الميكانيكي الإجراءات مع دمبك/دمبي-دتبا/Tm^{3 +} (المولى نسبة 4:1:1) أو دمبك/تشول-أوه/دمبي-دتبا/Tm^{3 +} (نسبة المولى 16:4:5:5) كالنظم المرجعية. وتعمل العملية المثل عند العمل مع سائر Ln^{3 +} من الخرائط المواضيعية^{3 +}. مجموعة واسعة من الإمكانيات التي تتيحها هذه التقنيات وأبرزت في الشكل 1 ونوقشت باستفاضة في أماكن أخرى. ²³

رقم 1: نظرة عامة التخطيطي الإجراءات الممكن تصنيع. درس مغناطيسيا النابل Ln^{3 +} شيلاتينغ بوليموليكولار التجميعات مؤلفة من أما دمبك/دمب-دتبا/Tm^{3 +} (المولى نسبة 4:1:1) أو دمبك/تشول-أوه/دمب-دتبا/Tm^{3 +} (نسبة المولى 16:4:5:5). الفيلم الدهن الجاف هو رطب مع عازلة فوسفات 50 مم في قيمة الرقم الهيدروجيني 7.4 وتركيز الدهون الإجمالية 15 ملم. ترطيب فعال للفيلم الدهن يتطلب أما تجميد ذوبان دورات (قدم) أو تدفئة وتبريد دورات (ح & ج). ح & ج دورات ضرورية لتجديد عينات بعد تجميد الماضي ذوبان خطوة، أو لتجديد عينات أبقى مجمدة على مدى فترة طويلة من الزمن إذا كانت ستستخدم دون مزيد من الإقصاء. وتناقش هذه الخطوات على نطاق واسع من إيسابيتيني وآخرون. وتتحقق ²³ بوليموليكولار اليجنابل أقصى التجميعات، تسليم أبنية الجمعية مختلفة استناداً إلى تكوين الدهن. حجم بيسيلي واليجنابيليتي المغناطيسي الانضباطي بقذف (تحويله) من خلال مرشحات غشاء نانوبوري. حسبت عوامل بمحاذاة قدم_و من زاوية صغيرة في 2D النيوترون نثر (SANS) أنماط دمبك/تشول-أوه/دمبي-دتبا/Tm^{3 +} (نسبة المولى 16:4:5:5) عينة مقذوف من خلال 800، 400، 200، أو 100 المسام شمال البحر الأبيض المتوسط. بلا قياسات هي وسيلة مكملة للتحديد الكمي للمحاذاة بيسيلي التي لن تكون مشمولة بمزيد من التفصيل هنا. ¹¹ ^, ¹⁶ A_و تتراوح بين-1 (التشتت النيوتروني موازية أو المحاذاة العمودية بيسيليس فيما يتعلق باتجاه المجال المغناطيسي) إلى 0 لنثر الخواص.الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

ودرست بنية بيسيليس على نطاق واسع بمجموعة واسعة من تقنيات الوصف. ¹³ تم كمياً محاذاة بيسيليس المعرضة لمجال المغناطيسي باستخدام مطيافية الرنين المغناطيسي النووي أو زاوية صغيرة النيوترون تجارب نثر (بلا). ⁵ ^, ¹⁰ ^, ¹¹ ^, ¹² ^, ¹³ ^, ¹⁶ ^, ¹⁷ ^, ¹⁸ ^, ¹⁹ ^, ²⁴ ^, ²⁵ لكن التحول وتوسيع قمم الرنين المغناطيسي النووي تحدث حضور Ln^{3 +} قيود خطيرة على الأسلوب. ¹⁵ ^, ²⁶ ^, ²⁷ ^, ²⁸ “بلا على الرغم من أن” التجارب لا تعاني من هذا القيد، بديلة وتقنيات أكثر يسرا ومن المستصوب للقياس الكمي الروتينية لمحاذاة مغناطيسيا مستحث التجميعات في الحل. إنكسار مزدوج القياسات بديلاً صالحاً وبسيطة نسبيا. المثل تكشف قياسات إنكسار مزدوج لتجارب الرنين المغناطيسي، معلومات قيمة بشأن ترتيبات جديدة الدهن والدهن المراحل التي تحدث في بلير. وعلاوة على ذلك، يتم رصد التحولات الهندسية التي تحدث في الجمعية بوليموليكولار مع تغير الظروف البيئية مثل درجة الحرارة. ¹¹ ^, ¹² ^, ¹³ ^, ¹⁶ Δn′ مغناطيسيا مستحث إنكسار مزدوج، قد استخدمت لدراسة مختلف أنواع النظم فسفوليبيد. ¹³ ^, ²⁹ ^, ³⁰ مقاييس إنكسار مزدوج استناداً إلى تقنية التحوير المرحلة في مجال المغناطيسي وسيلة فعالة للكشف عن اتجاه بيسيليس. ¹² ^, ¹⁶ ^, ¹⁸ ^, ²⁹ ^, ³¹ ^, ³² إمكانية التحقيق بيسيليس مع إنكسار مزدوج في الحقول المغناطيسية عالية تصل إلى 35 ر كما تجلى ليبي M. et al. ¹³

عندما يدخل الضوء المستقطبة مادة متباين، سوف يتخلله في موجه العادية وغير العادية. ¹¹ دفعتين بسرعات مختلفة وهي تحول في المرحلة قبل δ التخلف العقلي. يتم قياس درجة التخلف العقلي δ وتحويلها إلى إشارة إنكسار مزدوج لقياس درجة تباين في استخدام المواد

(2)

حيث λ هو طول موجه بالليزر ومد هو سمك العينة. فوسفوليبيدات بصريا متباينة، وعلى المحور البصري يتزامن مع محاورها الجزيئية منذ وقت طويل، موازية لذيول الهيدروكربونية. ¹¹ ^, ¹² التخلف العقلي لا يقاس إذا هي الموجه فوسفوليبيدات عشوائياً في الحل. يتم قياس التخلف العقلي عند محاذاة فوسفوليبيدات موازية لبعضها البعض. إنكسار مزدوج مغناطيسيا مستحث يمكن أن يكون علامة إيجابية أو سلبية تبعاً لاتجاه الجزيئات في المجال المغناطيسي؛ انظر الشكل 2. فوسفوليبيدات الانحياز موازية للمحور السيني سيؤدي إلى صورة سلبية ، في حين أن تسفر تلك المنحازة على طول محور ع إيجابية . ويلاحظ لا إنكسار مزدوج المحور البصري عندما تتزامن مع اتجاه انتشار الضوء كما فسفوليبيد محاذاة موازية للمحور الصادي.

الشكل 2: محاذاة فوسفوليبيدات وعلامة المقابلة لانكسار مزدوج مغناطيسيا مستحث . علامة قياس يعتمد على اتجاه فسفوليبيد في المجال المغناطيسي. تشير الخطوط المتقطعة إلى المحور البصري للجزيء. الضوء هو الاستقطاب في 45°، وتنتشر في اتجاه y. المجال المغناطيسي ب في الاتجاه z. وقد تم تعديل هذا الرقم من م. ليبي. ¹¹ الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

في حالة وقف الغروية الخواص بيسيليس، سيتم اتجاه المستحث بترتيب فوسفوليبيدات في بيلايير فقدان، التصفير δ التخلف العقلي. كما يجب محاذاة بيسيليس بغية توجيه فوسفوليبيدات بصريا النشطة في ما بيلاييرس، مما تسبب في δ التخلف العقلي ضوء الاستقطاب. ونتيجة لذلك، إنكسار مزدوج أداة حساسة لقياس المغناطيسية اليجنابيليتي من الجمعيات بوليموليكولار. بيسيليس محاذاة خط عمودي على المجال المغناطيسي سوف تسفر عن إيجابية ، في حين أن تلك الانحياز مواز سوف تسفر عن سلبية . العلامة يعتمد على المواءمة بين الإعداد وقد راجعت مع عينة مرجعية.

Protocol

1-التصنيع الداخلي دمبك/دمب-دتبا/Tm3 + (المولى نسبة 4:1:1) وجمعيات دمبك/تشول-أوه/دمب-دتبا/Tm3 + (نسبة المولى 16:4:5:5) بوليموليكولار التحضيرات الأولية أغسل جميع الأواني الزجاجية واسطة بيغ مرة واحدة مع الإيثانول استقرت كلوروفورم (> كلوروفورم 99 ٪) والجافة بالهواء المضغوط. ?…

Representative Results

إشارة إنكسار مزدوج غير مقذوف دمبك/دمبي-دتبا/Tm3 + (المولى نسبة 4:1:1) عينة تم رصدها في إطار حقل مغناطيسي تي 5.5 خلال تدفئة والتبريد دورة من 5 إلى 40 درجة مئوية، ومرة أخرى بمعدل 1 درجة مئوية/دقيقة (الشكل 6). وأكدت نتائج إنكسار مزدوج التحالفات مغناطيسية عالية في 5…

Discussion

عرض مفصل لكيفية استخدام مقاييس إنكسار مزدوج في تركيبة مع بلا تجارب لتقييم الطرق لتوليد استجابة عالية مغناطيسيا Ln^{3 +}خالب فوسفوليبيدات الجمعيات في إيسابيتيني et al. ²³ البروتوكولات تلفيق المقترحة تنطبق أيضا للجمعيات التي تتألف من فوسفوليبيدات إثيوبية ودب دتبا أطول أو …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

يعترف الكتاب “مؤسسة العلوم الوطنية السويسرية” لتمويل سمهاردبي (المشروع رقم 200021_150088/1). وأجريت تجارب بلا مصدر النيوترون النيترونات السويسرية سينك، معهد بول شيرر، فيليجين، سويسرا. يشكر المؤلفون ترحيبا حارا الدكتور يواكيم كوهلبريتشير لقيادته مع التجارب بلا. إعداد قياس إنكسار مزدوج تحت المجالات المغناطيسية عالية مستوحاة من الإعداد الموجودة في عالية-الحقل المغناطيسي مختبر هفمل، نيجميجن، هولندا. ونحن نشكر فيستر برونو لمساعدته في تطوير إلكترونيات الإعداد إنكسار مزدوج، يان كورسانو ودانيال كييتشل لبناء أطر تسمح بالمحاذاة الدقيقة والسطحية من الليزر، والدكتور برنهارد كولر للدعم التقني المستمر.

Materials

1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC)	Avanti Polar Lipids	850345P	>99%
1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phospho-ethanolamine-diethylene triaminepentaacetate acid hexammonium salt (DMPE-DTPA)	Avanti Polar Lipids	790535P	>99%
Thulium(III) chloride	Sigma-Aldrich	439649	anhydrous, powder, 99.9% trace metals basis
Dysprosium(III) chloride	Sigma-Aldrich	325546	anhydrous, powder, 99.9% trace metals basis
Ytterbium(III) chloride	Sigma-Aldrich	439614	anhydrous, powder, 99.9% trace metals basis
Chloroform	Sigma-Aldrich	319988	contains ethanol as stabilizer, ACS reagent, ≥99.8%
Methanol	Sigma-Aldrich	34860	≥99.9%
Cholesterol	Amresco	433	Ultra pure grade
D2O	ARMAR chemicals	1410	99.8 atom % D
Ultrapure water	Millipore		Synergy pak2 (SYPK0SIX2), Millipack GP (MPGP02001)
electronic pH meter	Metrohm	17440010
Whatmann Nuclepore 25 mm 100nm membrane filter	VWR	515-2028
Whatmann Nuclepore 25 mm 200nm membrane filter	VWR	515-2029
Whatmann Nuclepore 25 mm 400nm membrane filter	VWR	515-2030
Whatmann Nuclepore 25 mm 800nm membrane filter	VWR	515-2032
Whatmann Filter paper	VWR	230600
25 ml round bottom flask	VWR	201-1352	14/23 NS
3 ml glass snap-cup	VWR	548-0554	ND18, 18x30mm
2.5 ml glass syringe	Hamilton
Sodium dihydrogen phosphate dihydrate	Merk	1.06342	Salt used to make phosphate buffer
di-Sodium hydrogen phosphate	Merk	1.06586	Salt used to make phosphate buffer
Liquid Nitrogen	Carbagas	–
Pressurized Nitrogen gas	Carbagas	–	200 bar bottle
Lipid Extruder 10 ml	Lipex	–	Fully equipped with thermobarrel
High-pressure PVC tube	GR NETUM	–	must resist more than 4 MPa
Serto adaptors	Sertot	–
Nitrile gloves	VWR	–
2 ml glass pipettes	VWR	612-1702	230 mm long
Diode Laser	Newport	LPM635-25C
DSP Dual Phase Lock-in Amplifier	SRS	SR830
Photodiode Detector	Silonex Inc.	SLSD-71N5	5mm2, Silicon, photo-conductive
5.5 T Cryogenic Magnetic	Cryogenic/Oerlikon AG	–	12 bar He-cooled. RW4000/6000 compressor, RGD 5/100 TA cryo-head
Second order low pass filter	home-built	–	Linear power supply 24V DC, second order, Sallen Key, cut-off frequency 360 Hz, +/- 12V, max 10 mA
Photoelastic modulator	Hinds instruments	PEM-90
Glan-Thompson Calcite Polarizer	Newport	10GT04	25.4mm diameter
Quartz sample cuvette	Hellma	165-10-40	temperature controlled cell, 0.8 ml, 10mm path length
Temperature probe	Thermocontrol	–	Type K, 0.5mm diameter, Thermocoax
Non-polarizing mirrors	Newport	50326-1002	25.4mm
RS 232 cables	National Instruments	189284-02	For Connecting to the RS-232 Port on the front of Compact FieldPoint Controllers
BNC 50 Ω cable and connectors	National Instruments	763389-01
cFP-AI-110	National Instruments	777318-110	8-Channel Analog Voltage and Current Input Module for Compact FieldPoint
cFP-CB-1	National Instruments	778618-01	Integrated Connector Block for Wiring to Compact FieldPoint I/O
cFP-CB-3	National Instruments	778618-03	Integrated Isothermal Connector Block for Wiring Thermocouples to the cFP-TC-120 Module
cFP-TC-120	National Instruments	777318-120	8-Channel Thermocouple Input Module for Compact FieldPoint
cFP-1804	National Instruments	779490-01	Ethernet/Serial Interface for NI Compact FieldPoint
LabView 2010	National Instruments	–
Industrial power supply	Traco Power	TCL 060-124	100-240V AC
Waterbath	Julabo	FP40-HE	refrigerated/Heating Circulator

References

Sanders, C. R., Hare, B. J., Howard, K. P., Prestegard, J. H. Magnetically-oriented phospholipid micelles as a tool for the study of membrane-associated molecules. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 26, 421-444 (1994).
Glover, K. J., et al. Structural evaluation of phospholipid bicelles for solution-state studies of membrane-associated biomolecules. Biophys. J. 81 (4), 2163-2171 (2001).
Katsaras, J. H. T. A., Pencer, J., Nieh, M. -. P. “Bicellar” lipid mixtures as used in biochemical and biophysical studies. Naturwissenschaften. 92 (8), 355-366 (2005).
Sanders, C. R., Prosser, R. S. Bicelles: a model membrane system for all seasons?. Structure. 6 (10), 1227-1234 (1998).
Dürr, U. H. N., Soong, R., Ramamoorthy, A. When detergent meets bilayer: birth and coming of age of lipid bicelles. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 69, 1-22 (2013).
Dürr, U. H. N., Gildenberg, M., Ramamoorthy, A. The magic of bicelles lights up membrane protein structure. Chem. Rev. 112, 6054-6074 (2012).
Ujwal, R., Abramson, J. High-throughput crystallization of membrane proteins using the lepidic bicelle method. J. Vis. Exp. (59), (2012).
Barbosa-Barros, L., et al. Bicelles: lipid nanostructured platforms with potential dermal applications. Small. 6, 807-818 (2012).
Lin, L., et al. Hybrid bicelles as a pH-sensitive nanocarrier for hydrophobic drug delivery. RSC Adv. 6, 79811-79821 (2016).
Beck, P., et al. Novel type of bicellar disks from a mixture of DMPC and DMPE-DTPA with complexed lanthanides. Langmuir. 26 (8), 5382-5387 (2010).
Liebi, M. . Tailored phospholipid bicelles to generate magnetically switchable material. , (2013).
Liebi, M., et al. Magnetically enhanced bicelles delivering switchable anisotropy in optical gels. ACS. Appl. Mater. Interfaces. 6 (2), 1100-1105 (2014).
Liebi, M., et al. Alignment of bicelles studied with high-field magnetic birefringence and small-angle neutron scattering measurements. Langmuir. 29, 3467-3473 (2013).
Prosser, R. S., Hwang, J. S., Vold, R. R. Magnetically aligned phospholipid bilayers with positive ordering: a new model membrane system. Biophys J. 74, 2405-2418 (1998).
Prosser, R. S., Bryant, H., Bryant, R. G., Vold, R. R. Lanthanide chelates as bilayer alignment tools in NMR studies of membrane-associated peptides. J. Magn. Reson. 141, 256-260 (1999).
Liebi, M., Kohlbrecher, J., Ishikawa, T., Fischer, P., Walde, P., Windhab, E. J. Cholesterol increases the magnetic aligning of bicellar disks from an aqueous mixture of DMPC and DMPE-DTPA with complexed thulium ions. Langmuir. 28 (29), 10905-10915 (2012).
Liebi, M., et al. Cholesterol-diethylenetriaminepentaacetate complexed with thulium ions integrated into bicelles to increase their magnetic alignability. J. Phys. Chem. B. 117 (47), 14743-14748 (2013).
Isabettini, S., et al. Tailoring bicelle morphology and thermal stability with lanthanide-chelating cholesterol conjugates. Langmuir. 32, 9005-9014 (2016).
Isabettini, S., et al. Mastering the magnetic susceptibility of magnetically responsive bicelles with 3β-Amino-5-Cholestene and complexed lanthanide ions. Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 10820-10824 (2017).
De Angelis, A. A., Opella, S. J. Bicelle samples for solid-state NMR of membrane proteins. Nat. Protoc. 2 (10), 2332-2338 (2007).
Son, W. S., et al. “Q-Titration” of long-chain and short-chain lipids differentiates between structured and mobile residues of membrane proteins studied in bicelles by solution NMR spectroscopy. J. Magn. Reson. 214, 111-118 (2012).
. Bicelle Preparation Available from: https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation/bicelle-preparation (2017)
Isabettini, S., et al. Methods for Generating Highly Magnetically Responsive Lanthanide-Chelating Phospholipid Polymolecular Assemblies. Langmuir. 33, 6363-6371 (2017).
Nieh, M. -. P., Glinka, C. J., Krueger, S., Prosser, R. S., Katsaras, J. SANS study on the effect of lanthanide ions and charged lipids on the morphology of phospholipid mixtures. Biophysical Journal. 82 (5), 2487-2498 (2002).
Watts, A., Spooner, P. J. R. Phospholipid phase transitions as revealed by NMR. Chem. Phys. Lip. 57, 195-211 (1991).
Bleaney, B. Nuclear magnetic-resonance shifts in solution due to lanthanide ions. J. Magn. Reson. 8, 91-100 (1972).
Prosser, R. S., Volkov, V. B., Shiyanovskaya, I. V. Solid-state NMR studies of magnetically aligned phospholipid membranes: taming lanthanides for membrane protein studies. Biochem. Cell Biol. 76, 443-451 (1998).
Prosser, R. S., Volkov, V. B., Shiyanovskaya, I. V. Novel chelate-induced magnetic alignment of biological membranes. Biophys. J. 75, 2163-2169 (1998).
Shklyarevskiy, I. O., et al. Magnetic alignment of self-assembled anthracene organogel fibers. Langmuir. 21, 2108-2112 (2005).
Christianen, P. C. M., Shklyarevskiy, I. O., Boamfa, M. I., Maan, J. C. Alignment of molecular materials in high magnetic fields. Physica B: Condens. Matter. 346, 255-261 (2004).
Maret, G., Dransfeld, K. Biomolecules and polymers in high steady magnetic fields. Top. App. Phys. 57, 143-204 (1985).
Gielen, J. C., Shklyarevskiy, I. O., Schenning, A. P. H. J., Christianen, P. C. M., Maan, J. C. Using magnetic birefringence to determine the molecular arrangement of supramolecular nanostructures. Sci. Tech. Adv. Mater. 10 (1), 014601 (2009).
Shklyarevskiy, I. O. . Deformation and ordering of molecular assemblies in high magnetic fields. , (2005).
Fuller, G. G. . Optical rheometry of complex fluids. , (1995).
Walde, P., Cosentino, K., Engel, H., Stano, P. Giant vesicles: preparations and applications. ChemBioChem. 11, 848-865 (2010).
. Liposome Preparation Available from: https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation (2017)
. Preparing Large, Unilamellar Vesicles by Extrusion (LUVET) Available from: https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation/luvet (2017)
Isabettini, S., et al. Molecular engineering of lanthanide ion chelating phospholipids generating assemblies with a switched magnetic susceptibility. Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 20991-21002 (2017).
Battaglia, M. R., Ritchie, G. L. D. Molecular magnetic anisotropies from the Cotton-Mouton effect. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2. 73 (2), 209-221 (1977).
Sprunt, S., Nounesis, G., Litster, J. D., Ratna, B., Shashidhar, R. High-field magnetic birefringence study of the phase behavior of concentrated solutions of phospholipid tubules. Phys. Rev. E. 48 (1), 328-339 (1993).
Zhao, J., et al. Continuous paranematic ordering of rigid and semiflexible amyloid-Fe3O4 hybrid fibrils in an external magnetic field. Biomacromolecules. 17 (8), 2555-2561 (2016).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Isabettini, S., Baumgartner, M. E., Fischer, P., Windhab, E. J., Liebi, M., Kuster, S. Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies. J. Vis. Exp. (131), e56812, doi:10.3791/56812 (2018).