İmalat işlemleri polymolecular derlemeler şelat manyetik olarak son derece duyarlı lanthanide iyon için sunulmaktadır. Manyetik yanıt ekstrüzyon nanopore membranlar yoluyla tarafından hazırlanmıştır derleme boyutu tarafından belirlenir. Derlemeler manyetik alignability ve yapısal değişiklikler sıcaklık kaynaklı birefringence ölçümleri, Nükleer manyetik rezonans ve küçük açı nötron saçılma için ücretsiz bir teknik tarafından izlenir.
Bicelles lipid karışımları çok sayıda oluşmuş akort disk benzeri polymolecular derlemeler vardır. Uygulamalar nanoteknolojik gelişmeler optik aktif ve manyetik olarak değiştirilebilir jelleri oluşumu da dahil olmak üzere membran proteini yapısal çalışmalar Nükleer manyetik rezonans (NMR) arasında değişir. Bu tür teknolojiler derleme boyutu, manyetik yanıt ve termal direnci yüksek kontrol gerektirir. Karışımları 1,2-dimyristoyl –sn– glycero-3-phosphocholine (DMPC) ve onun lanthanide iyon Fosfolipid eşlenik, 1,2 şelat (Ln3 +)-dimyristoyl –sn– glycero-3-fosfo-etanolamin-diethylene triaminepentaacetate () DMPE-DTPA), manyetik olarak son derece duyarlı derlemeler gibi DMPC/DMPE-DTPA/Ln3 + içine monte (molar oranı 4:1:1) bicelles. Kolesterol (CHOI-OH) ve başka bir küme benzersiz FİZİKO-kimyasal özellikleri sunan birleştirmeler bilayer sonuçlarında steroid türevleri giriş. Verilen lipid kompozisyon için manyetik alignability bicelle boyutuyla orantılıdır. Ln3 + complexation büyüklüğü ve hizalama yönü açısından görülmemiş manyetik yanıt sonuçlanır. Disk benzeri yapıları termo-tersinir çöküşü içine veziküller Isıtma üzerine derlemeler boyutları ekstrüzyon tarafından tanımlanmış gözenek boyutları ile membran filtreleri ile terzilik sağlar. Manyetik olarak alignable bicelles 5 ° C, vezikül öncüleri tarafından tanımlanan derleme boyutları sonuçlanan soğutma tarafından yeniden oluşturulur. Burada, bu üretim yordamı açıkladı ve tüm derlemeler manyetik alignability birefringence ölçümleri 5,5 T manyetik alan altında tarafından sayılabilir. Fosfolipid bilayer kaynaklanan birefringence sinyal daha da bilayer içinde meydana gelen polymolecular değişiklikleri izleme sağlar. Bu basit tekniği yaygın olarak bicelles karakterize etmek için istihdam edilmektedir NMR deneyler için tamamlayıcı.
Bicelles çok sayıda lipid karışımlar elde edilen disk benzeri polymolecular derlemeler vardır. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 onlar membran biomolecules yapısal karakterizasyonu için NMR spektroskopisi tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır. 6 , 7 ancak, son çabaları olası uygulama alanın genişletin hedefliyoruz. 5 , 8 , 9 en çok çalışılan bicelle sistem 1,2 karışımından oluşmaktadır-dimyristoyl –sn– glycero-3-derleme ve 1,2 düzlemsel kısmını phosphocholine (DMPC),-dihexanoyl –sn– glycero-3-phosphocholine (DHPC) Fosfolipid kenarına kapsayan. 1 , 2 , 3 bilayer dikte kendi kendine monte polymolecular yapısı mimari beste fosfolipitler moleküler geometri. 4 , 5 yerine DHPC DMPE-DTPA ile manyetik olarak son derece duyarlı ve ayarlanabilir bicelle sistemleri oluşturur. 10 , 11 DMPC/DMPE-DTPA/Ln3 + (molar oranı 4:1:1) bicelles ilişkilendirmek çoğu ile daha fazla paramagnetic lanthanide iyonları (Ln3 +) bilayer’ın yüzeyinde, gelişmiş bir manyetik tepkisine yol. 10 Ayrıca, suda çözünen DHPC molekülleri DMPE-DTPA/Ln3 + sağlar ile seyreltme dayanıklı bicelles oluşumunu değiştirme. 11
Düzlemsel polymolecular derlemeler manyetik alignability genel olarak manyetik enerji tarafından dikte edilir,
(1)
B manyetik alan şiddeti, olduğu yerde manyetik sabit, n toplama numarası ve
bilayer beste lipidler moleküler diamagnetic duyarlılık anizotropi. Bu nedenle, DMPC/DMPE-DTPA/Ln3 + bicelles yanıt manyetik alanlar için onların boyutu (Toplam sayı n) ve moleküler diamagnetic duyarlılık anizotropi Δχ tarafından hazırlanmıştır. İkinci kolayca Şelatatlı Ln3 +doğası değiştirerek elde edilir. 12 , 13 , 14 , 15 Introducing kolesterol (CHOI-OH) veya bilayer steroid diğer türevleri toplama n sayısına ve manyetik duyarlılık Δχ kurulumları ayarlama imkanı sunuyor. 11 , 16 , 17 , 18 , 19 verilen lipid kompozisyon için daha alignable türler kaynaklanan daha fazla lipidler Emag için (daha büyük toplama n sayısına), katkıda bulunmak ve yetenekli büyük derlemeler içerir. DMPC/DHPC bicelles, boyutunu örneğin, geleneksel çıktısından lipid oranı veya toplam konsantrasyonu optimizasyon ile kontrol edilir. 20 , 21 , 22 bu DMPC/DMPE-DTPA/Ln3 + bicelles mümkün olsa da, bicelle veziküller Teklifler Isıtma üzerine onların termo-tersinir dönüşüm terzilik seçenekleri eklendi. Veziküller şekillendirme membran filtreleri ile ekstrüzyon sağlar gibi mekanik anlamına gelir. Manyetik olarak alignable bicelles 5 ° C-soğutma üzerine yeniden oluşturulur ve boyutlarıyla vezikül öncüleri dikte. 11 işbu, mekanik imalat işlemleri ile DMPC/DMPE-DTPA/Tm3 + potansiyelini ele (molar oranı 4:1:1) veya DMPC/Choi-OH/DMPE-DTPA/Tm3 + (molar oranı 16:4:5:5) referans sistemleri olarak. Süreç siparişlerimiz ile diğer Ln3 + daha Tm3 +çalışırken işler. Bu teknikler tarafından sunulan olanaklar geniş şekil 1 ‘ de vurgulanır ve kapsamlı bir şekilde başka bir yerde tartışıldı. 23
Şekil 1: olası üretim prosedürleri şematik bakış. Okudu manyetik alignable Ln3 + şelat polymolecular derlemeler her iki DMPC/DMPE-DTPA/Tm-3 + in oluşmaktadır (molar oranı 4:1:1) veya DMPC/Choi-OH/DMPE-DTPA/Tm3 + (molar oranı 16:4:5:5). Kuru lipit filmin 7,4 pH değeri, bir 50 mM fosfat tampon ile sulu ve toplam lipid konsantrasyon 15 mM. Etkili bir nemlendirme lipit filmin de donma çözülme döngüsü (FT) veya Isıtma ve soğutma çevrimleri gerektirir (H & C). H & C döngüleri örnekleri son donma adım çözdürme sonra yeniden veya eğer onlar daha fazla ekstrüzyon kullanılmak üzere uzun bir süre içinde donmuş muhafaza örnekleri yeniden oluşturmak için gerekli. Aşağıdaki adımları Isabettini ve arktarafından kapsamlı bir şekilde ele alınmıştır. 23 sonuna kadar alignable polymolecular derlemeler, lipid kompozisyona göre farklı derleme mimarileri teslim elde edilir. Bicelle boyutu ve manyetik alignability nanopore membran filtreleri ile ekstrüzyon (Ext) tarafından ayarlanabilir. Sunulan hizalama etkenler Af 2D küçük açı nötron saçılma (San) desenleri 800, 400, 200 veya 100 kalıptan çekilmiş DMPC/Choi-OH/DMPE-DTPA/Tm3 + (molar oranı 16:4:5:5) örneği üzerinden hesaplanan nm gözenekleri. Ölçümler daha ayrıntılı olarak burada kapsamında olmayan bicelle hizalama miktarının, tamamlayıcı bir anlamı vardır. 11 , 16 izotropik saçılma için 0 -1 (paralel nötron saçılma veya manyetik alan yönü ile ilgili olarak bicelles dikey hizalamasını) arasında Af değişen.Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Bicelles yapısını karakterizasyonu teknikleri geniş bir dizi tarafından kapsamlı bir şekilde okudu. 13 bicelles bir manyetik alana maruz hizalamasını NMR spektroskopisi veya küçük açı nötron saçılma (San) deneyler kullanarak sayısal. 5 , 10 , 11 , 12 , 13 , 16 , 17 , 18 , 19 , 24 , 25 ancak, shift ve Ln3 + varlığında meydana gelen NMR doruklarına genişletmektedir yöntemine ciddi sınırlamalar vardır. 15 , 26 , 27 , 28 rağmen SANS deneyler bu sınırlama, alternatif ve olmaz daha erişilebilir teknikleri çözüm derlemelerde manyetik olarak indüklenen hizalamasını rutin miktar için arzu edilir. Birefringence ölçümleri uygun ve nispeten basit bir alternatiftir. Mahsum NMR deneyleri için birefringence ölçümleri lipid düzenlemeler ve lipid aşamaları bilayer içinde meydana gelen değerli bilgileri ortaya koyuyor. Ayrıca, geometrik dönüştürmeleri sıcaklık gibi çevre koşulları değişen polymolecular derleme içinde meydana gelen izlenir. 11 , 12 , 13 , 16 manyetik olarak indüklenen birefringence Δn′ Fosfolipid sistemleri çeşitli çalışma kullanılmaya başlanmıştır. 13 , 29 , 30 birefringence ölçümleri bir manyetik alan içinde faz modülasyon tekniği dayalı bicelles yönünü bulmak için uygun bir yöntem var. 12 , 16 , 18 , 29 , 31 , 32 bicelles birefringence yüksek manyetik alanlarda en fazla 35 T ile soruşturma imkanı da M. Liebi vd tarafından sunuldu 13
Bir Anizotropik malzeme polarize ışığın girdiği zaman, olağan ve olağanüstü bir dalga kırılan. 11 iki dalgalar farklı hızları var ve aşamasında retardasyon δ tarafından kaydırılır. Geriliği δ derecesini ölçülen ve bir birefringence sinyale dönüştürülür malzeme kullanarak anizotropi derecesini ölçmek için
(2)
Burada λ dalga boyu lazer ve d numune kalınlığı olmasıdır. Fosfolipitler optik Anizotropik ve onların optik eksen hidrokarbon kuyrukları paralel onların uzun moleküler eksenli denk geliyor. 11 , 12 fosfolipitler rastgele çözüm odaklı Eğer hiçbir retardasyon ölçülür. Fosfolipitler birbirine paralel hizalandığında retardasyon ölçülür. Manyetik olarak indüklenen birefringence bir pozitif veya negatif işaret molekülleri yönünü bağlı olarak manyetik alanına; olabilir bkz: Şekil 2. Paralel x ekseni için hizalı fosfolipitler olumsuz bir neden olacaktır
, bu hizalanmış z ekseni boyunca olumlu bir sonuç ise
. Hiçbir birefringence Fosfolipid paralel y ekseni olarak hizalar gibi optik eksen ışık yayma yönü ile ne zaman denk görülmektedir.
Resim 2: Uyum fosfolipitler ve karşılık gelen manyetik olarak indüklenen birefringence iz . Ölçülen iz
manyetik alandaki Fosfolipid yönünü bağlıdır. Optik eksen molekülün kesik çizgilerle gösterilir. Işık 45 ° polarize ve y yönde yayar. Manyetik alan B z yönünde olur. Bu rakam M. Liebi değiştirildi. 11 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Bir izotropik kolloidal süspansiyon bicelles söz konusu olduğunda, bilayer fosfolipitler düzenlenmesi tarafından indüklenen yönlendirme, retardasyon δ sıfırlanması kaybolacaktır. Bicelles aynı zamanda bir zeka özrü δ polarize ışığın neden onların bilayers optik etkin fosfolipitler yönlendirmek amacıyla hizalamanız gerekir. Sonuç olarak, birefringence polymolecular derlemeler manyetik alignability ölçmek için önemli bir araçtır. Bicelles hizalanmış dikey manyetik alan olarak olumlu bir verecek , bu paralel uyumlu bir negatif verecektir iken
. İşareti belgili tanımlık tertibat Hizalama’bağlıdır ve örneği ile kontrol edilebilir.
Derlemeler olduğunu Isabettini vd. fosfolipitler şelat manyetik olarak son derece duyarlı Ln3 + oluşturmak için yöntemleri değerlendirmek için nasıl birefringence ölçümleri SANS ile birlikte kullanılan ayrıntılı hesabını deneyler 23 önerilen imalat protokolleri de daha uzun DPPC ve DPPE-DTPA fosfolipitler oluşan derlemeler için veya onların bilayer kimyasal mühendislik steroid türevleri içerenler için geçerlidir. 11 ,</sup…
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar SMhardBi (proje numarası 200021_150088/1) finansmanı için İsviçre Ulusal Bilim Vakfı kabul etmiş oluyorsunuz. İsviçre spallation nötron kaynağı Hoşlandığımı, Paul Scherrer Instute, Villigen, İsviçre SANS deneyler yapıldı. Yazarlar sıcak Dr. Joachim Kohlbrecher SANS deneyleri ile onun rehberlik için teşekkür ederiz. Birefringence ölçüm Kur yüksek manyetik alanlar’ın altında yüksek-alan manyetik Laboratuvarı HFML, Nijmegen, Hollanda varolan kurulumundan ilham kaynağı oldu. Bruno Pfister birefringence Kur elektronik gelişmekte olan onun yardım için Jan Corsano ve Daniel iyi ve facile hizalama lazer izin çerçeveler oluşturmak için Kiechl ve Dr. Bernhard Koller devam eden teknik destek için teşekkür ederiz.
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 |