Name: automated lipid bilayer membrane formation using a polydimethylsiloxane thin film
Uploaded: 2016-07-10T13:00:00
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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.

1. Preparação de Soluções <ol><li> Preparação de solução tampão: <ol><li> Para formular uma solução tampão, dissolve-se 1 M de KCl (cloreto de potássio), Tris-HCl 10 (Tris-hidrocloreto), e 1 mM de EDTA (ácido etilenodiaminotetraacético) em água destilada e ajustar o pH a 8,0. </li><li> Filtrar a solução através de um filtro de 0,20? M. Para esterilizar, autoclave a solução a 121 ° C durante 15 min. </li></ol></li><li> Preparação da solução de lípidos para a pré-pintura: <ol><li> Para formul...

<ol>
	<li>Hanke, W., Schulue, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Planar lipid bilayers: methods and applications. , (2012).</li><li>Mirzabekov, T. A., Silberstein, A. Y., Kagan, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+planar+lipid+bilayer+membranes+for+rapid+screening+of+membrane+active+compounds.">Use of planar lipid bilayer membranes for rapid screening of membrane active compounds.</a> Methods Enzymol. 294, 661-674 (1999).</li><li>Bayley, H., Cremer, P. 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Electron. 8 (2), 47-52 (1998).</li><li>Ide, T., Yanagida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+artificial+lipid+bilayer+formed+on+an+agarose-coated+glass+for+simultaneous+electrical+and+optical+measurement+of+single+ion+channels.">An artificial lipid bilayer formed on an agarose-coated glass for simultaneous electrical and optical measurement of single ion channels.</a> Biochem. Biophys. Res. Commun. 265 (2), 595-599 (1999).</li><li>Jeon, T. J., Malmstadt, N., Schmidt, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogel-encapsulated+lipid+membranes.">Hydrogel-encapsulated lipid membranes.</a> J Am Chem Soc. 128 (1), 42-43 (2006).</li><li>Malmstadt, N., Jeon, T. J., Schmidt, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-Lived+Planar+Lipid+Bilayer+Membranes+Anchored+to+an+In+Situ+Polymerized+Hydrogel.">Long-Lived Planar Lipid Bilayer Membranes Anchored to an In Situ Polymerized Hydrogel.</a> Adv. Mater. 20 (1), 84-89 (2008).</li><li>Jeon, T. J., Poulos, J. L., Schmidt, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+storable+and+shippable+lipid+bilayer+membrane+platform.">Long-term storable and shippable lipid bilayer membrane platform.</a> Lab. Chip. 8 (10), 1742-1744 (2008).</li><li>Ryu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+Lipid+Membrane+Formation+Using+a+Polydimethylsiloxane+Film+for+Ion+Channel+Measurements.">Automated Lipid Membrane Formation Using a Polydimethylsiloxane Film for Ion Channel Measurements.</a> Anal. Chem. 86 (18), 8910-8915 (2014).</li><li>Yaws, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Chemical Properties Handbooks: Physical, Thermodynamic, Environmental, Transport, Safety, and Health Related Properties for Organic and Inorganic Chemicals. , (1999).</li><li>Windholz, M., Budavari, S., Stroumtsos, L. Y., Fertig, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Merck index. An encyclopedia of chemicals and drugs. , (1976).</li><li>Miller, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ion Channel Reconstitution. , (1986).</li><li>Miller, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open-state+substructure+of+single+chloride+channels+from+Torpedo+electroplax.">Open-state substructure of single chloride channels from Torpedo electroplax.</a> Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 299 (1097), 401-411 (1982).</li><li>Benz, R., Frohlich, O., Lauger, P., Montal, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+capacity+of+black+lipid+films+and+of+lipid+bilayers+made+from+monolayers.">Electrical capacity of black lipid films and of lipid bilayers made from monolayers.</a> Biochim. Biophys. Acta. 394 (3), 323-334 (1975).</li><li>Priel, A., Gil, Z., Moy, V. T., Magleby, K. L., Silberberg, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+requirements+for+membrane-glass+adhesion+and+giga+seal+formation+in+patch-clamp+recording.">Ionic requirements for membrane-glass adhesion and giga seal formation in patch-clamp recording.</a> Biophys. J. 92 (11), 3893-3900 (2007).</li></ol>

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...

Artificial membrana bicamada lipídica, ou membrana lipídica preto (BLM), é uma ferramenta importante para a elucidação mecanismos de membranas celulares e canais iônicos, bem como para compreender as interacções entre canais de íons e íons / moléculas 1-7 Embora o método de patch-clamp. é muitas vezes considerado o padrão ouro para estudos da membrana celular, é trabalhoso e requer operadores altamente qualificados para medições de canais de íons. 8 enquanto membranas bicamada lipídica artificialmente reconstituídos surgiram como ferramentas alternativas para estudos de canais iônicos, 9,10 eles também estão associados com laboriosa processos e conhecimentos específicos. Além disso, as membranas são susceptíveis a perturbações mecânicas. Aplicações práticas, portanto, tecnologias bicamada lipídica introduzidas até à data têm limitado. 11 A fim de aumentar a robustez e a longevidade das membranas de bicamada lipídica, Costello et al. 12, e IDE e Yanagida <sup&gt; 13 criaram uma bicamada lipídica free-standing apoiado por hidrogéis. Apesar da longevidade aumentada no entanto (&lt;24 horas), bicamada robustez não melhorou. Jeon et al. 14 inventou uma membrana de hidrogel encapsulado (HEM), com íntimo contato bicamada lipídica hidrogel-, resultando em longevidade aumentada (até vários dias). Para aumentar ainda mais o tempo de vida da bainha, Malmstadt e Jeon et al. Criada uma membrana encapsulado-hidrogel com ligação hidrogel-lípido através in situ covalente conjugação (cgHEM). 15 Em ambos os sistemas, tempos de vida da membrana aumentou substancialmente (&gt; 10 dias) . No entanto, os sistemas de formação de membrana não eram suficientemente robustos, e não pode ser armazenado ou entregue quando necessário para libertar experiência para o uso das bicamadas lipídicas. O desenvolvimento de uma plataforma de bicamada lipídica tem girado principalmente em torno crescente robustez e longevidade da MBL. Embora a longevidade de MBL tem sido substantially reforçada recentemente, as respectivas candidaturas foram limitadas devido à falta de transportabilidade e capacidade de armazenamento. Para superar esses problemas, Jeon et al. Criado um sistema de membrana armazenável e introduziu um precursor de membrana (MP). 16 Para construir uma MP, eles prepararam uma mistura de decano n- e hexadecano contendo 3% DPhPC (1,2-diphytanoyl- sn-glicero-3-fosfatidilcolina) para controlar o ponto de congelação da solução de lípido tal ordem que não congele a ~ 14 ° C (abaixo da temperatura ambiente, acima da temperatura do típico frigorifico). Nesta experiência, o PM foi espalhada sobre uma abertura pequena em um filme de politetrafluoroetileno (PTFE) e subsequentemente congelado num frigorífico a 4 ° C. Quando o PM foi levada até à temperatura ambiente, a MP descongeladas e uma bicamada de lípido foi formado automaticamente, eliminando a experiência tipicamente associados com a formação da membrana. No entanto, a taxa de sucesso de BLM feita a partir da MP era tão baixa quanto ~ 27%, e formatio membranaN foi inconsistente tempo (30 min a 24 h), o que limita as suas aplicações práticas. Neste estudo, um polidimetilsiloxano (PDMS) de película fina é usado em vez de um filmes convencionais hidrofóbicos finas (PTFE, polioximetileno, polistireno) a (a) Tempo de controle de fabricação e (b) aumentar a taxa de sucesso da formação de BLM como previamente relatado por Ryu et al. 17 Aqui, a formação da membrana foi facilitada por extracção de solventes, devido à natureza porosa do PDMS, e o tempo necessário para a formação da membrana foi controlado com sucesso neste estudo. Neste sistema, como a solução de lípido foi absorvido pela película delgada de PDMS, um tempo de formação de membrana consistente foi alcançado. Além disso, a vida útil da membrana foi prolongada devido à absorção lenta de solventes para o PDMS de filme fino, um resultado da adição de esqualeno com a solução de lípido. Realizamos medições ópticas e elétricas para verificar se membranas formadas usando esta técnica são adequados para iem estudos de canais.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1448">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Potassium Chloride</td>
			<td style="width:172px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">P9333</td>
			<td style="width:743px;">For buffer solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Tris-hydrochloride</td>
			<td style="width:172px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">1185-53-1</td>
			<td>For buffer solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Ethylenediaminetetraacetic acid</td>
			<td style="width:172px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">60-00-4</td>
			<td>For buffer solution</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:335px;">n-decane</td>
			<td style="width:172px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">44074-U</td>
			<td>For lipid solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Hexadecane</td>
			<td style="width:172px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">544-76-3</td>
			<td>For lipid solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Squalene</td>
			<td style="width:172px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">S3626</td>
			<td>For lipid solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Gramicidin A</td>
			<td style="width:172px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">11029-61-1</td>
			<td>Membrane protein</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine</td>
			<td style="width:172px;">Avanti Polar Lipids, Inc.</td>
			<td style="width:199px;">850356</td>
			<td>For membrae formation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Sylgard 184a and 184b elastromer kit</td>
			<td style="width:172px;">Dow Corning Asia</td>
			<td style="width:199px;"></td>
			<td>To produce PDMS thin film</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">0.2 &#956;m filter</td>
			<td style="width:172px;">Satorius stedim</td>
			<td style="width:199px;">16534----------K</td>
			<td>To filter buffer solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Rotator</td>
			<td style="width:172px;">FinePCR</td>
			<td style="width:199px;">AG</td>
			<td>To dissolve lipid homogeneously</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Autoclave</td>
			<td style="width:172px;">Biofree</td>
			<td style="width:199px;">BF-60AC</td>
			<td>To sterilize buffer solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Spin coater</td>
			<td style="width:172px;">Shinu Mst</td>
			<td style="width:199px;">SP-60P</td>
			<td>To spread PDMS prepolymer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Vaccum dessiccator</td>
			<td style="width:172px;">Welch</td>
			<td style="width:199px;">2042-22</td>
			<td>To remove air bubble in PDMS prepolymer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">500 &#956;m&#160; punch</td>
			<td style="width:172px;">Harris Uni-Core</td>
			<td style="width:199px;">0.5</td>
			<td>To create an aperture on the PDMS thin film</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">CNC machine</td>
			<td style="width:172px;">SME trading</td>
			<td style="width:199px;">SME 2518</td>
			<td>To fabricate membrane formation chamber</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Halogen fiber optic illuminator</td>
			<td style="width:172px;">Motic</td>
			<td style="width:199px;">MLC-150C</td>
			<td>To illuminate the aperture of PDMS thin film for optical observation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Digital microscope</td>
			<td style="width:172px;">Digital blue</td>
			<td style="width:199px;">QX-5</td>
			<td>To optically observe lipid bilayer membrane formation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Electrode</td>
			<td style="width:172px;">A-M Systems</td>
			<td style="width:199px;"></td>
			<td>To electrically observe membrane formation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Microelectrode amplifier (Axopatch amplifier)</td>
			<td style="width:172px;">Axon Instruments</td>
			<td>Axopatch 200B Amplifier</td>
			<td>To measure capacitance of the membrane (described as microelectrode amplifier in the manuscript)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automated lipid bilayer membrane formation using a polydimethylsiloxane thin film

Uma bicamada lipídica artificial, ou membrana lipídica preto (BLM), é uma ferramenta poderosa para estudar canais iônicos e interações proteína, bem como para aplicações de biossensores. No entanto, técnicas de formação de BLM convencionais têm várias desvantagens e que muitas vezes exigem conhecimentos específicos e processos laboriosos. Em particular, MBL convencionais sofrem de taxas de sucesso de formação baixos e tempo de formação da membrana inconsistente. Aqui, nós demonstramos um sistema de formação de BLM armazenável e transportável com o tempo de desbaste-out controlado e maior taxa de formação de BLM, substituindo filmes tradicionais (politetrafluoretileno, polioximetileno, poliestireno) de polidimetilsiloxano (PDMS). Nesta experiência, um polímero poroso estruturado tal como película fina de PDMS é usado. Além disso, ao contrário de solventes convencionalmente utilizados com baixa viscosidade, o uso de esqualeno permitido um tempo de desbaste de saída controlada por via de absorção lenta solvente por PDMS, prolongando tempo de vida da membrana. Em anúnciodição, usando uma mistura de esqualeno e hexadecano, o ponto de congelação da solução de lípido foi aumentada (~ 16 ° C), além disso, os precursores de membrana foram produzidas, que pode ser armazenado indefinidamente e facilmente transportado. Estes precursores de membrana ter reduzido BLM tempo de formação de &lt;1 h e alcançou uma taxa de formação de BLM de ~ 80%. Além disso, as experiências de canal iónico com gramicidina Um demonstraram a viabilidade do sistema de membrana.

Optimização das MPE Solução Composição Diferentes composições de lípidos e solventes foram testados com sucesso para reconstituir membranas de bicamada lipídica da MPES. O sistema de MP com uma mistura de n- decano e hexadecano contendo 3% DPhPC 14 exibiram uma baixa taxa de sucesso de formação de membrana (~ 27%). Além disso, como o filme de PDMS extraiu-se continuamente solução de lípido, que era necessária para optimizar a c...

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Automated Lipid Bilayer Membrane Formation Using a Polydimethylsiloxane Thin Film

Nós demonstramos um sistema armazenável e transportável de lípidos em bicamada. Uma membrana de bicamada de lípido pode ser formado dentro de 1 hora com uma taxa de sucesso superior a 80% quando um precursor de membrana congelada é levada até à temperatura ambiente. Este sistema irá reduzir os processos laboriosos e conhecimentos associados com canais de íons.

Formação Automated Lipid bicamada da membrana Usando um polidimetilsiloxano Thin Film

An artificial lipid bilayer, or black lipid membrane (BLM), is a powerful tool for studying ion channels and protein interactions, as well as for ...

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