금 나노 입자와 지질 막 사이의 열 전달을 모니터링하는 테더링 된 바이 레이어 지질 멤브레인
Summary
이 작업은 레이저 조사 금 나노 입자에서 tBLM으로의 열 전달의 동적 비 침습적 모니터링을 달성하기 위한 프로토콜을 간략하게 설명합니다. 이 시스템은 tBLM 전반에 걸쳐 전도도 변화의 실시간 측정을 위해 임피던스 분광기를 결합하고, 열 생산을 위해 금 나노 입자 조명을 구동하는 수평 집중 레이저 빔을 결합합니다.
Abstract
여기서 우리는 금 전극에 조립된 테더드 바이레이어 지질 막(tBLM)을 사용하여 전기화학에 의한 조사금 나노입자(GNP)와 이중층 지질막 간의 열 전달을 조사하는 프로토콜을 보고합니다. 연쇄상 구문 GNP와 같은 검개한 GNP는 비오틴과 같은 표적 분자를 포함하는 tBLM에 내장되어 있습니다. 이 방법을 사용하여, 조사의 GNP와 관심있는 개체와 모델 이중 층 지질 막 사이의 열 전달 과정은 수평 집중 레이저 빔에 의해 중재된다. 열 예측 전산 모델은 tBLM의 전기화학적으로 유도된 전도도 변화를 확인하는 데 사용됩니다. 사용되는 특정 조건하에서 열 펄스를 감지하려면 멤브레인 표면에 금 나노 입자의 특정 부착이 필요했으며, 언바운드 금 나노 입자는 측정 가능한 반응을 유도하지 못했습니다. 이 기술은 레이저 파라미터, 입자 크기, 입자 코팅 및 조성물의 최적화를 허용하는 열 치료에 대한 전략의 설계 및 개발에 직접 활용할 수 있는 강력한 검출 바이오센서역할을 합니다.
Introduction
조사된 금 나노 물질의 고열성 성능은 감염 및 종양1을위한 최소 침습적이고 선택적이며 표적화된 치료의 새로운 클래스를 제공한다. 레이저에 의해 가열될 수 있는 나노입자의 고용은 병들수 세포를 선택적으로 파괴하고2,3을선택적으로 전달하는 수단을 제공하는 데 사용되어 왔다. 가열된 플라스모닉 나노입자의 광열염 현상의 결과는 세포막에 손상된다. 유체 지질 양성막은 내성 막 단백질의 데포화뿐만 아니라 막 손상의 저하가 세포사멸4로이어질 수 있기 때문에 이러한 치료를 받는 세포에 특히 취약한 부위로 간주됩니다. 나노스케일에서 열 전달을 결정하고 모니터링하는 능력은 조사된 GNP1,5,6,7,GNP와 바이오 멤브레인 간의 분자 상호 작용의 평가 및 이해뿐만 아니라 생물학적 조직에서 임베디드 GNPs의 레이저 유도 가열 현상의 직접적인 결과에 대한 연구 및 적용에 주요 관심사이지만, 아직 완전히 해명 되지8. 따라서 한나라당의 고열혈 과정에 대한 철저한 이해는 여전히 어려운 과제다. 이와 같이, 세포의 자연 환경을 모방하는 나노물질-전극 인터페이스의 개발은 생물학적 시스템 내의 조사된 금 나노입자의 열 전달 특성에 대한 심층적인 조사를 수행할 수 있는 수단을 제공할 수 있다.
네이티브 세포막의 복잡성은 세포에서 조사된 GNPs 상호 작용을 이해하는 데 중요한 과제 중 하나입니다. 블랙 지질막9,지원 평면 막10,하이브리드 이중층 멤브레인11,폴리머 쿠션 지질 양성막12 및 테더레드 드립레이어 립드 멤브레인13을포함하되 이에 국한되지 않는 천연 지질 막 아키텍처 및 기능성의 가까운 간단한 바이오 마메틱 버전을 제공하기 위해 개발된 다양한 인공 멤브레인 플랫폼이 있다. 각 인공 지질 막 모델은 천연 지질막(14)을모방하는 데 있어 뚜렷한 장점과 한계를 가지고 있다.
이 연구는 tBLM 모델을 사용하여 금 나노 입자 및 지질 막 상호 작용을 평가하기위한 센서로 지질 막 코팅 전극의 사용을 설명합니다. tBLM 기반 바이오센서 검출 방식은 테더링 멤브레인이 자체 수리할 수 있는 고유의 안정성 과감도(13)를 제공하며, 다른 시스템(예: 패치 클램프 또는 리포솜에 의해 형성된 멤브레인)과 달리 소량의 막 손상만 발생하여붕괴 15,16,17,18을발생시킵니다. 또한, tBLM은 mm2 치수이기 때문에 배경 임피던스는 패치 클램프 기록 기술보다 크기가 낮기 때문에 나노 입자 상호 작용으로 인해 기저막 이온 플럭스의 변화를 기록할 수 있습니다. 그 결과, 본 프로토콜은 135nW/μm2의힘이 낮은 레이저에 의해 흥분되는 결합된 GNP에 의해 멤브레인 전도도의 변화를 대조할 수 있다.
여기에 제시된 시스템은 열 요법을 설계하고 개발하는 데 필요한 정확한 레이저 파라미터, 입자 크기, 입자 코팅 및 조성물을 결정하는 민감하고 재현 가능한 방법을 제공합니다. 이것은 새로운 광열 치료의 정제뿐만 아니라 생물학적 시스템 내의 열 전달의 상세한 메커니즘에 대한 귀중한 정보를 제공하는 데 중요합니다. 제시된 프로토콜은 이전에 게시된작업(19)을기반으로 합니다. 프로토콜의 개요는 다음과 같습니다: 첫 번째 단면은 tBLM 형성을 정의합니다. 두 번째 단면은 설정을 구성하고 흥분 레이저 소스를 정렬하는 방법을 간략하게 설명합니다. 마지막 섹션에서는 전기 임피던스 분광기 데이터에서 정보를 추출하는 방법을 보여 줍니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜은 금 나노 입자의 레이저 조사에 대한 응답으로 실시간 전기 임피던스 기록을 가능하게 수평 레이저 정렬 설정과 함께 코플라나르 전극 기판과 tBLM 모델의 사용을 설명합니다. 여기에 제시된 EIS 기록 방법은 결합된 레이저 및 금 나노입자 상호작용에 의해 생성된 열에 해당하는 멤브레인 전반에 걸쳐 이온 전류 변화를 기록하는 데 필요한 최소한의 실험 목록?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 호주 연구 위원회 (ARC) 디스커버리 프로그램 (DP150101065)과 낮은 수준의 최종 사용자 분석을위한 ARC 연구 허브 (이상적) (IH150100028)에 의해 지원되었습니다.
Materials
| 30 nm diameter streptavidin-conjugated gold nanoparticles | Cytodiagnostics | AC-30-04-05 | This is a streptavidin-conjugated GNPs product ready for use |
| 30 nm diameter bare gold nanoparticles | Sigma-Aldrich | 753629 | This is a bare GNPs product ready for use |
| Cholesterol-PEG-Biotin (MW1000) | NANOCS | PG2-BNCS-10k | Dissolved in highly pure ethanol |
| C20 Diphytanyl-Glycero-Phosphatidylcholine lipids | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-S1 | 1 ml glass vial containing 70% C16 diphytanyl phosphatidylcholine (DPEPC) and 30% C16 diphytanyl glycerol (GDPE) in 99.9% ethanol |
| Benzyl-disulfide-tetra-ethyleneglycol-OH | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-S2 | Spacer molecules |
| Benzyl-disulfide (tetra-ethyleneglycol) n=2 C20-phytanyl | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-S2 | Tethered molecules |
| 532 nm green laser continuous light | OBIS LS/OBIS CORE LS, China | ND-1000 | The power of this laser was ~135 mW |
| tethaPod EIS reader | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-R1 | A reader of conductance and capacitance on six channels simultaneously |
| tethaPlate cartridge assembly | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-BG | Materials to attach the slide with electrodes to the flow cell cartridge |
| Clamp and slide assembly jig | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-A1 | Materials to attach the slide with electrodes to the flow cell cartridge |
| Lipid coated coplanar gold electrodes | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-T10 | Coplanar gold electrodes are made from 25 mm x 75 mm x 1 mm polycarbonate base substrate with patterned gold arrays layout, then coated with benzyldisulphide, bis-tetraethylene glycol C16 phytanyl half membrane spanning tethers in a tether ratio of 10% |
| tethaQuick software | SDx Tethered Membranes Pty. Ltd. | SDx-B1 | Software for use with tethaPod to process data and display conductance, impedance and capacitance measurements from the tethaPlate electrodes |
| 99.9% Pure ethanol | Sigma-Aldrich | 34963 | Absolute, 99.9% |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma-Aldrich | P4417 | pH 7 |
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