ポリジメチルシロキサン薄膜を用いた自動化された脂質二重膜の形成
Summary
私たちは、保存可能な、可搬型の脂質二重層形成システムを実証します。凍結した膜前駆体を周囲温度にしたときに脂質二重膜は、80％以上の成功率で1時間以内に形成することができます。このシステムは、イオンチャンネルに関連した面倒なプロセスと専門知識を軽減します。
Abstract
人工脂質二重層、または黒色脂質膜（BLM）は、イオンチャネルおよびタンパク質相互作用を研究するため、ならびにバイオセンサー用途のための強力なツールです。しかし、従来のBLM形成技術は、いくつかの欠点を持っており、彼らはしばしば、特定の専門知識と手間のかかるプロセスを必要とします。具体的には、従来のBLMsは低形成の成功率と一貫性のない膜形成時間に苦しみます。ここでは、ポリジメチルシロキサン（PDMS）に、従来から使用されるフィルム（ポリテトラフルオロエチレン、ポリオキシメチレン、ポリスチレン）を交換することによって制御間引き時間と強化されたBLM形成速度で貯蔵可能と搬型BLM形成システムを実証します。この実験では、このようなPDMS薄膜として多孔構造ポリマーが使用されます。また、低粘度で、従来から使用される溶媒とは対照的に、スクアレンの使用は、膜の寿命を延長する、PDMSによって遅く溶媒吸収を介して制御間引き時間を可能にしました。広告でditionは、スクアレン及びヘキサデカンの混合物を使用して、脂質溶液の凝固点は、無期限に保存され、容易に輸送することができ、膜前駆体を作製した。加えて、（〜16℃）に上昇させました。これらの膜前駆体は、<1時間のBLM形成時間を減少させ、〜80％のBLM形成速度を達成しています。また、グラミシジンAとイオンチャンネル実験は、膜システムの実現可能性を実証しました。
Introduction
人工脂質二重膜、または黒色脂質膜（BLM）、細胞膜、およびイオンチャネルのメカニズムを解明するため、ならびにイオンチャネル及びイオン/分子間の相互作用を理解するための重要なツールである。パッチクランプ法が、1-7多くの場合、細胞膜の研究のためのゴールドスタンダードとみなされ、それは面倒であり、イオンチャネル測定のための高度に熟練したオペレータを必要とする。8人工的に再構成された脂質二分子膜は、イオンチャネルの研究のための代替的なツールとして浮上してきたが、9,10、それらも面倒に関連付けられていますプロセスおよび特定の専門知識。さらに、膜は機械的な摂動の影響を受けやすいです。したがって、これまでに導入された脂質二重層の技術は、実際の用途が限られている。11
脂質二重膜の堅牢性と寿命を向上させるために、コステロら 12、およびIDEと柳田<suP> 13は、ヒドロゲルでサポートされている自立型脂質二重層を考案しました。しかし、強化された長寿にもかかわらず（<24時間）、二層堅牢性が改善されませんでした。チョンら 14は、（数日まで）強化された寿命で、その結果、親密なヒドロゲル脂質二重層の接触でハイドロゲルカプセル化された膜（HEM）を考案しました。さらにHEMの寿命を向上させるために、Malmstadtとチョンらは、ヒドロゲル脂質が両方のシステムではその場で共有結合（cgHEM）。15を介して結合を持つハイドロゲルカプセル化膜を作成し、膜の寿命が大幅に増加した（> 10日） 。しかし、膜形成システムが十分に強固ではなかった、と脂質二重層の使用のための専門知識を解放するために必要な場合保存したり、配信することができませんでした。
脂質二重層プラットフォームの開発は、主に増加堅牢性とBLMsの寿命を中心に展開しています。 BLMsの寿命は、suコマンドであったがbstantially最近強化され、そのアプリケーションが原因で輸送及び保存性の欠如に限られていました。これらの問題を克服するために、チョンら貯蔵可能な膜システムを作成し、MPを構築するために、膜前駆体（MP）16を導入し 、それらを3％DPhPC（1,2- diphytanoyl-を含むN-デカン、ヘキサデカンの混合物を調製し錫 -glycero -3-ホスファチジルコリン）は、〜14℃（室温下、典型的な冷蔵温度以上）で凍結なるように、脂質溶液の凝固点を制御します。この実験では、MPは、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）膜の小さな開口部に広がるし、続いて4℃で冷蔵庫に凍結しました。 MPを室温にしたときに、MPを解凍し、脂質二重層を自動的に形成し、典型的には膜形成に関連する専門知識を排除します。しかし、MPから作られたBLMの成功率は、〜27％と低く、膜構成体nは時間がその実用的なアプリケーションを制限する、（24時間まで30分）矛盾していました。
以前にリュによって報告されたように、本研究では、ポリジメチルシロキサン（PDMS）薄膜の代わりに（A）コントロール製造時間及び（b）BLM形成の成功率を高めるために、従来の疎水性薄膜（PTFE、ポリオキシメチレン、ポリスチレン）で使用されら 17ここで、膜形成は、PDMSの多孔性の性質に起因する溶媒抽出によって促進された、膜形成に要する時間が正常にこの研究で制御しました。脂質溶液は、PDMS薄膜中に吸収されたように、このシステムでは、一貫性のある膜形成時間が達成されました。また、膜の寿命はPDMS薄膜、脂質溶液のスクアレンの加算結果に起因する溶媒の遅い吸収を延長しました。我々は、この技術を用いて形成された膜は私に適していることを確認するために光学的及び電気的測定を実施しましたチャネルの研究に関する。
Protocol
Representative Results
Discussion
Our BLM formation technique provides a powerful tool for cell membrane and ion channel studies, in contrast to conventional techniques that have limited potential for industrial use. We developed a membrane precursor using a PDMS thin film, and devised a frozen membrane precursor with expedited self-assembly.
As opposed to conventional membrane formation methods with hydrophobic films, where membrane formation only occurs via surface interactions between the film and the lipid solution,20…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Pioneer Research Center Program (NRF-2012-0009575) and National Research Foundation Grants (NRF-2012R1A1B4002413, NRF-2014R1A1A2059341) from the National Research Foundation of Korea. This work was also partially supported by the Inha University Research Grant.
Materials
| 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) |
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