水/空気界面で疎水性有機分子をドープしたハイブリッド脂質膜の自己集合
Summary
我々は、脂質二重層を銅(II)2,9,16,23-テトラ-tert-ブチル-29H,31H-フタロシアニン(CuPc)分子でドーピングすることにより、水/空気界でハイブリッド脂質膜を産生するためのプロトコルを報告する。得られたハイブリッド脂質膜は、脂質/CuPc/脂質サンドイッチ構造を有する。このプロトコルは、他の機能性ナノ材料の形成にも適用することができる。
Abstract
極薄な厚さ(3-4 nm)、超高抵抗、流動性、自己集合性などの特性により、脂質二重層は容易に機能し、バイオセンサーやバイオデバイスなどの様々な用途に使用されています。本研究では、銅(II)2,9,16,23-テトラ-タートブチル-29H,31H-フタロシアニン(CuPc)を導入し、脂質膜をドープする平面有機分子を導入しました。CuPc/脂質ハイブリッド膜は自己組立によって水/空気インターフェイスで形成される。この膜では、疎水性CuPc分子は脂質分子の疎水性の尾の間に位置し、脂質/CuPc/脂質サンドイッチ構造を形成する。興味深いことに、空気安定型ハイブリッド脂質二重層は、ハイブリッド膜をSi基板上に移すことによって容易に形成することができる。ナノ材料を脂質二重層系に組み込む方法を簡単に報告し、バイオセンサーやバイオデバイスの製造に関する新しい方法論を示す。
Introduction
細胞膜の不可欠なフレームワークとして、細胞の内部は脂質二重層システムによって外装から分離される。このシステムは、親水性リン脂質から構成され、親水性リンエステル「ヘッド」と疎水性脂肪酸「尾」で構成されています。水性環境における脂質二重層の流動性と自己集合性が顕著に原因で、1,2、人工脂質二重層は、簡単な方法3、4を用いて形成することができる。イオンチャネル、膜受容体および酵素などの様々なタイプの膜タンパク質が人工脂質二重層に組み込まれ、細胞膜5,6の機能を模倣・研究している。最近では、脂質二重層がナノ材料(例えば、金属ナノ粒子、グラフェン、およびカーボンナノチューブ)を用いて、機能性ハイブリッド膜7、8、9、10、11、12、13を形成している。このようなハイブリッド膜を形成するために広く使用されている方法は、改変されたAuナノ粒子7またはカーボンナノチューブ11などの疎水性物質を含むドープ脂質小胞の形成を含み、その後、得られた小胞を平板支持脂質二重層に融合させる。しかし、このアプローチは複雑で時間がかかり、ハイブリッド膜の潜在的な用途は制限されます。
この研究では、脂質膜を有機分子でドープし、自己集合によって水/空気界面で形成されるハイブリッド脂質膜を作製した。このプロトコルには、混合溶液の調製、水/空気界面でのハイブリッド膜の形成、および膜をSi基板に伝達する3つのステップが含まれます。以前に報告された他のメソッドと比較すると、ここで説明する方法は単純であり、洗練されたインストルメンテーションを必要としません。この方法を用いると、より大きな面積を有する空気安定型ハイブリッド脂質膜を、より短時間で形成することができる。本研究で用いられるナノ材料は、半導体有機分子である銅(II)2,9,16,23-テトラ・テルトブチル-29H,31H-フタロシアニン(CuPc)であり、太陽電池、光検出器、ガスセンサーおよび触媒14を含む多くの用途で広く使用されている。CuPcは、平面構造を有する小有機分子であり、その疎水性特性に対するリン脂質デュオの「尾」に対する高い親和性を有する。他のグループは、CuPc分子が高度に順序付けられた構造16、17の形成と単結晶表面上で自己集合できることを報告している。したがって、CuPc分子が自己集合を通じて脂質二重層に組み込まれる可能性が高い。
膜形成に用いる手順の詳細な説明を提供し、この手順を円滑に実施するための提案を提供する。また、ハイブリッド脂質膜の提示結果を提示し、この方法の潜在的な応用について考察する。
Protocol
Representative Results
Discussion
ハイブリッド膜の前駆体溶液では、純粋なクロロホルムではなく混合有機溶媒(クロロホルムとヘキサン)を用いて脂質とCuPcを溶解する。純粋なクロロホルムを使用する場合、前駆体溶液の密度は水よりも高くなります。そのため、水面に広がるのではなく、水の底に沈む可能性が高いです。前駆体溶液に低密度溶媒であるヘキサンを添加すると、溶液が水面に浮遊し、溶媒の蒸発後に均一な?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究は、日本科学技術庁のCRESTプログラム(JPMJCR14F3)と日本科学振興会の助成(19H00846、18K14120)によって支援されました。この研究の一部は東北大学電気通信研究所ナノエレクトロニクス・スピントロニクス研究所で行われました。
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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