Name: tethered bilayer lipid membranes to monitor heat transfer between gold nanoparticles and lipid membranes
Uploaded: 2020-12-08T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Tethered Bilayer Lipid Membranes to Monitor Heat Transfer between Gold Nanoparticles and Lipid Membranes at JoVE.com

Questo lavoro è stato supportato dall'Australian Research Council (ARC) Discovery Program (DP150101065) e dall'ARC Research Hub for Integrated Device for End-user Analysis at Low-levels (IDEAL) (IH150100028).

1. Preparazione degli elettrodi tBLM
<ol><li>Preparazione del primo rivestimento monostrato<ol>
<li>Immergere un vetrino per microscopio con elettrodi con schema in oro appena sputtered in una soluzione etanolica composta da un rapporto 3 mM 1:9 di molecole "distanziatore" benzil-disolfuro-tetra-etilenglicole-OH (il disolfuro di benzile comprendeva un quattro distanziatore di ossigeno-etilenglicole, terminato con un gruppo OH) e benzil-disolfuro (tetra-etilenglicole) n = 2 molecole "legate" di c20-fita...

<ol>
	<li>Her, S., Jaffray, D. A., Allen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+nanoparticles+for+applications+in+cancer+radiotherapy:+Mechanisms+and+recent+advancements.">Gold nanoparticles for applications in cancer radiotherapy: Mechanisms and recent advancements.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 109, 84-101 (2017).</li><li>Pissuwan, D., Valenzuela, S. M., Killingsworth, M. C., Xu, X., Cortie, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+destruction+of+murine+macrophage+cells+with+bioconjugated+gold+nanorods.">Targeted destruction of murine macrophage cells with bioconjugated gold nanorods.</a> Journal of Nanoparticle Research. 9 (6), 1109-1124 (2007).</li><li>Pissuwan, D., Valenzuela, S. M., Miller, C. M., Cortie, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+golden+bullet?+Selective+targeting+of+Toxoplasma+gondii+tachyzoites+using+antibody-functionalized+gold+nanorods.">A golden bullet? Selective targeting of Toxoplasma gondii tachyzoites using antibody-functionalized gold nanorods.</a> Nano Letters. 7 (12), 3808-3812 (2007).</li><li>Zhang, H. -. G., Mehta, K., Cohen, P., Guha, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperthermia+on+immune+regulation:+a+temperature's+story.">Hyperthermia on immune regulation: a temperature's story.</a> Cancer Letters. 271 (2), 191-204 (2008).</li><li>Gobin, A. M., 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=Near-infrared+resonant+nanoshells+for+combined+optical+imaging+and+photothermal+cancer+therapy.">Near-infrared resonant nanoshells for combined optical imaging and photothermal cancer therapy.</a> Nano Letters. 7 (7), 1929-1934 (2007).</li><li>Jackson, J. B., Halas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-enhanced+Raman+scattering+on+tunable+plasmonic+nanoparticle+substrates.">Surface-enhanced Raman scattering on tunable plasmonic nanoparticle substrates.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (52), 17930-17935 (2004).</li><li>Emelianov, S. Y., Li, P. -. C., O'Donnell, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustics+for+molecular+imaging+and+therapy.">Photoacoustics for molecular imaging and therapy.</a> Physics Today. 62 (8), 34 (2009).</li><li>Dimitriou, N. M., 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=Gold+nanoparticles,+radiations+and+the+immune+system:+Current+insights+into+the+physical+mechanisms+and+the+biological+interactions+of+this+new+alliance+towards+cancer+therapy.">Gold nanoparticles, radiations and the immune system: Current insights into the physical mechanisms and the biological interactions of this new alliance towards cancer therapy.</a> Pharmacology &amp; Therapeutics. 178, 1-17 (2017).</li><li>Mueller, P., Rudin, D. O., Tien, H. T., Wescott, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstitution+of+cell+membrane+structure+in+vitro+and+its+transformation+into+an+excitable+system.">Reconstitution of cell membrane structure in vitro and its transformation into an excitable system.</a> Nature. 194 (4832), 979 (1962).</li><li>Tamm, L. K., McConnell, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supported+phospholipid+bilayers.">Supported phospholipid bilayers.</a> Biophysical Journal. 47 (1), 105-113 (1985).</li><li>Plant, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supported+hybrid+bilayer+membranes+as+rugged+cell+membrane+mimics.">Supported hybrid bilayer membranes as rugged cell membrane mimics.</a> Langmuir. 15 (15), 5128-5135 (1999).</li><li>Sackmann, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supported+membranes:+scientific+and+practical+applications.">Supported membranes: scientific and practical applications.</a> Science. 271 (5245), 43-48 (1996).</li><li>Alghalayini, A., Garcia, A., Berry, T., Cranfield, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Use+of+Tethered+Bilayer+Lipid+Membranes+to+Identify+the+Mechanisms+of+Antimicrobial+Peptide+Interactions+with+Lipid+Bilayers.">The Use of Tethered Bilayer Lipid Membranes to Identify the Mechanisms of Antimicrobial Peptide Interactions with Lipid Bilayers.</a> Antibiotics. 8 (1), 12 (2019).</li><li>Khan, M. S., Dosoky, N. S., Williams, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+lipid+bilayer+membranes+for+protein+studies.">Engineering lipid bilayer membranes for protein studies.</a> International Journal of Molecular Sciences. 14 (11), 21561-21597 (2013).</li><li>Urban, P., Kirchner, S. R., M&#252;hlbauer, C., Lohm&#252;ller, T., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+control+of+current+across+lipid+membranes+by+local+heating.">Reversible control of current across lipid membranes by local heating.</a> Scientific Reports. 6, 22686 (2016).</li><li>Palankar, R., 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=Nanoplasmonically-induced+defects+in+lipid+membrane+monitored+by+ion+current:+transient+nanopores+versus+membrane+rupture.">Nanoplasmonically-induced defects in lipid membrane monitored by ion current: transient nanopores versus membrane rupture.</a> Nano Letters. 14 (8), 4273-4279 (2014).</li><li>Bendix, P. M., Reihani, S. N. S., Oddershede, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+measurements+of+heating+by+electromagnetically+trapped+gold+nanoparticles+on+supported+lipid+bilayers.">Direct measurements of heating by electromagnetically trapped gold nanoparticles on supported lipid bilayers.</a> ACS Nano. 4 (4), 2256-2262 (2010).</li><li>Plaksin, M., Shapira, E., Kimmel, E., Shoham, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+transients+excite+neurons+through+universal+intramembrane+mechanoelectrical+effects.">Thermal transients excite neurons through universal intramembrane mechanoelectrical effects.</a> Physical Review X. 8 (1), 011043 (2018).</li><li>Alghalayini, A., 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=Real-time+monitoring+of+heat+transfer+between+gold+nanoparticles+and+tethered+bilayer+lipid+membranes.">Real-time monitoring of heat transfer between gold nanoparticles and tethered bilayer lipid membranes.</a> Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. , 183334 (2020).</li><li>Moradi-Monfared, S., Krishnamurthy, V., Cornell, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+molecular+machine+biosensor:+construction,+predictive+models+and+experimental+studies.">A molecular machine biosensor: construction, predictive models and experimental studies.</a> Biosensors and Bioelectronics. 34 (1), 261-266 (2012).</li><li>Hoiles, W., Gupta, R., Cornell, B., Cranfield, C., Krishnamurthy, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+tethers+on+artificial+cell+membranes:+A+coarse-grained+molecular+dynamics+study.">The effect of tethers on artificial cell membranes: A coarse-grained molecular dynamics study.</a> PloS One. 11 (10), 0162790 (2016).</li><li>Cranfield, C. G., 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=Transient+potential+gradients+and+impedance+measures+of+tethered+bilayer+lipid+membranes:+pore-forming+peptide+insertion+and+the+effect+of+electroporation.">Transient potential gradients and impedance measures of tethered bilayer lipid membranes: pore-forming peptide insertion and the effect of electroporation.</a> Biophysical Journal. 106 (1), 182-189 (2014).</li><li>Dombrovsky, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Radiation heat transfer in disperse systems. , (1996).</li><li>Cornell, B. A., Braach-Maksvytis, V., King, L., Osman, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+biosensor+that+uses+ion-channel+switches.">A biosensor that uses ion-channel switches.</a> Nature. 387 (6633), 580 (1997).</li><li>Maccarini, M., 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=Nanostructural+determination+of+a+lipid+bilayer+tethered+to+a+gold+substrate.">Nanostructural determination of a lipid bilayer tethered to a gold substrate.</a> The European Physical Journal E. 39 (12), 123 (2016).</li><li>Beugin-Deroo, S., Ollivon, M., Lesieur, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bilayer+stability+and+impermeability+of+nonionic+surfactant+vesicles+sterically+stabilized+by+PEG-cholesterol+conjugates.">Bilayer stability and impermeability of nonionic surfactant vesicles sterically stabilized by PEG-cholesterol conjugates.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 202 (2), 324-333 (1998).</li><li>Kendall, J. K., 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=Effect+of+the+Structure+of+Cholesterol-Based+Tethered+Bilayer+Lipid+Membranes+on+Ionophore+Activity.">Effect of the Structure of Cholesterol-Based Tethered Bilayer Lipid Membranes on Ionophore Activity.</a> ChemPhysChem. 11 (10), 2191-2198 (2010).</li><li>Jiang, W., Kim, B. Y., Rutka, J. T., Chan, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle-mediated+cellular+response+is+size-dependent.">Nanoparticle-mediated cellular response is size-dependent.</a> Nature Nanotechnology. 3 (3), 145 (2008).</li><li>He, C., Hu, Y., Yin, L., Tang, C., Yin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+particle+size+and+surface+charge+on+cellular+uptake+and+biodistribution+of+polymeric+nanoparticles.">Effects of particle size and surface charge on cellular uptake and biodistribution of polymeric nanoparticles.</a> Biomaterials. 31 (13), 3657-3666 (2010).</li><li>Wang, F. X., 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=Surface+and+bulk+contributions+to+the+second-order+nonlinear+optical+response+of+a+gold+film.">Surface and bulk contributions to the second-order nonlinear optical response of a gold film.</a> Physical Review B. 80 (23), 233402 (2009).</li></ol>

Questo protocollo descrive l'uso del modello tBLM con un substrato di elettrodo complanare in combinazione con un allineamento laser orizzontale impostato che consente la registrazione dell'impedenza elettrica in tempo reale in risposta all'irradiazione laser di nanoparticelle d'oro. Il metodo di registrazione EIS qui presentato costruisce un elenco minimo di esperimenti necessari per fornire la registrazione dei cambiamenti di corrente ionica attraverso la membrana, che corrisponde al ca...

Le prestazioni ipertermiche dei nanomateriali d'oro irradiati offrono una nuova classe di trattamento minimamente invasivo, selettivo e mirato per infezioni e tumori1. L'impiego di nanoparticelle che possono essere riscaldate da un laser è stato utilizzato per distruggere selettivamente le cellule malate e fornire un mezzo per la somministrazione selettiva di farmaci2,3. Una conseguenza dei fenomeni di fototermolisi delle nanoparticelle plasmoniche riscaldate è il danno alle membrane cellulari. La membrana a doppio strato lipidico fluido è considerata un sito particolarmente vulnerabile per le cellule sottoposte a tali trattamenti perché la denaturazione delle proteine intrinseche di membrana e il danno alla membrana possono anche portare alla morte cellulare4, poiché molte proteine sono lì per mantenere il gradiente potenziale ionico attraverso le membrane cellulari. Mentre la capacità di determinare e monitorare il trasferimento di calore su scala nanometrica è di fondamentale interesse per lo studio e l'applicazione dei GNP irradiati1,5,6,7, la valutazione e la comprensione delle interazioni molecolari tra GNP e biomemerne, nonché le conseguenze dirette dei fenomeni di riscaldamento indotti dal laser dei GNP incorporati nei tessuti biologici, devono ancora essere pienamente chiariti8. Pertanto, una conoscenza approfondita del processo di ipertermia dei GNP irradiati rimane una sfida. Pertanto, lo sviluppo di un'interfaccia nanomateriale-elettrodo che imita l'ambiente naturale delle cellule potrebbe fornire un mezzo per intraprendere un'indagine approfondita delle caratteristiche di trasferimento di calore delle nanoparticelle d'oro irradiate all'interno dei sistemi biologici.
La complessità delle membrane cellulari native è una delle sfide significative nella comprensione delle interazioni dei GNP irradiati nelle cellule. Sono state sviluppate varie piattaforme di membrana artificiale per fornire versioni bio-mimetiche semplici dell'architettura e della funzionalità della membrana lipidica naturale, tra cui, ma non solo, membrane lipidiche nere9,membrane a doppio strato planare supportate10,membrane ibride a doppio strato11,membrane a doppio strato lipidico ammortizzate con polimeri12 e membrane lipidiche a doppio strato legate13. Ogni modello di membrana lipidica artificiale presenta vantaggi e limitazioni distinti rispetto all'imitazione delle membrane lipidiche naturali14.
Questo studio descrive l'impiego di elettrodi rivestiti di membrana lipidica come sensore per valutare le interazioni tra nanoparticelle d'oro e membrana lipidica, utilizzando il modello tBLM. Lo schema di rilevamento del biosensore basato su tBLM fornisce stabilità e sensibilità intrinseche13 in quanto le membrane legate possono autoriparazione, a differenza di altri sistemi (come le membrane formate da patch-clamp o liposomi) in cui solo una piccola quantità di danni alla membrana provoca il loro collasso15,16,17,18. Inoltre, poiché i tBBM sono di dimensioni mm2, l'impedenza di fondo è di ordini di grandezza inferiore rispetto alle tecniche di registrazione patch-clamp, che consente una registrazione dei cambiamenti nel flusso ionico della membrana basale dovuti alle interazioni delle nanoparticelle. Di conseguenza, il presente protocollo può contrastare i cambiamenti nella conduttanza della membrana da parte di GNP legati che sono eccitati da laser le cui potenze sono basse come 135 nW / μm2.
Il sistema qui presentato fornisce un metodo sensibile e riproducibile per determinare precisi parametri laser, dimensione delle particelle, rivestimenti di particelle e composizione necessari per progettare e sviluppare terapie termiche. Questo è fondamentale per il perfezionamento delle terapie fototermiche emergenti, oltre a offrire preziose informazioni per meccanismi dettagliati di trasferimento di calore all'interno dei sistemi biologici. Il protocollo presentato si basa sul lavoro precedentemente pubblicato19. Uno schema del protocollo è il seguente: la prima sezione definisce la formazione di tBLM; la seconda sezione delinea come costruire il setup e allineare la sorgente laser di eccitazione; la sezione finale illustra come estrarre informazioni dai dati della spettroscopia di impedenza elettrica.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>30 nm diameter streptavidin-conjugated gold nanoparticles</td>
			<td>Cytodiagnostics</td>
			<td>AC-30-04-05</td>
			<td>This is a streptavidin-conjugated GNPs product ready for use</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30 nm diameter bare gold nanoparticles</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>753629</td>
			<td>This is a bare GNPs product ready for use</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cholesterol-PEG-Biotin (MW1000)</td>
			<td>NANOCS</td>
			<td>PG2-BNCS-10k</td>
			<td>Dissolved in highly pure ethanol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C20 Diphytanyl-Glycero-Phosphatidylcholine lipids</td>
			<td>SDx Tethered Membranes Pty. Ltd.</td>
			<td>SDx-S1</td>
			<td>1 ml glass vial containing 70% C16 diphytanyl phosphatidylcholine (DPEPC) and 30% C16 diphytanyl glycerol (GDPE) in 99.9% ethanol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benzyl-disulfide-tetra-ethyleneglycol-OH</td>
			<td>SDx Tethered Membranes Pty. Ltd.</td>
			<td>SDx-S2</td>
			<td>Spacer molecules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benzyl-disulfide (tetra-ethyleneglycol) n=2 C20-phytanyl&#160;</td>
			<td>SDx Tethered Membranes Pty. Ltd.</td>
			<td>SDx-S2</td>
			<td>Tethered molecules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>532 nm green laser continuous light</td>
			<td>OBIS LS/OBIS CORE LS, China</td>
			<td>ND-1000</td>
			<td>The power of this laser was ~135&#160;mW&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tethaPod EIS reader</td>
			<td>SDx Tethered Membranes Pty. Ltd.</td>
			<td>SDx-R1</td>
			<td>A reader of conductance and capacitance on six channels simultaneously</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tethaPlate cartridge assembly</td>
			<td>SDx Tethered Membranes Pty. Ltd.</td>
			<td>SDx-BG</td>
			<td>Materials to attach the slide with electrodes to the flow cell cartridge</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clamp and slide assembly jig</td>
			<td>SDx Tethered Membranes Pty. Ltd.</td>
			<td>SDx-A1</td>
			<td>Materials to attach the slide with electrodes to the flow cell cartridge</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipid coated coplanar gold electrodes</td>
			<td>SDx Tethered Membranes Pty. Ltd.</td>
			<td>SDx-T10</td>
			<td>Coplanar&#160; gold electrodes are made from 25 mm x 75&#160;mm x&#160;1&#160;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%&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tethaQuick software</td>
			<td>SDx Tethered Membranes Pty. Ltd.</td>
			<td>SDx-B1</td>
			<td>Software for use with tethaPod to process data and display conductance, impedance and capacitance measurements from the tethaPlate electrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;99.9% Pure ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>34963</td>
			<td>Absolute,&#160; 99.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline (PBS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P4417</td>
			<td>pH 7</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

tethered bilayer lipid membranes to monitor heat transfer between gold nanoparticles and lipid membranes

Qui riportiamo un protocollo per studiare il trasferimento di calore tra nanoparticelle d'oro irradiate (GNP) e membrane lipidiche a doppio strato mediante elettrochimica utilizzando membrane lipidiche a doppio strato (tBLM) assemblate su elettrodi d'oro. I GNP modificati irradiati, come i GNP coniugati con streptaviduina, sono incorporati in tBBM contenenti molecole bersaglio, come la biotina. Utilizzando questo approccio, i processi di trasferimento di calore tra GNP irradiati e membrana lipidica a doppio strato modello con entità di interesse sono mediati da un raggio laser focalizzato orizzontalmente. Il modello computazionale predittivo termico viene utilizzato per confermare i cambiamenti di conduttanza indotti elettrochimicamente nei tBBM. Nelle condizioni specifiche utilizzate, il rilevamento di impulsi di calore richiedeva l'attaccamento specifico delle nanoparticelle d'oro alla superficie della membrana, mentre le nanoparticelle d'oro non legate non riuscivano a suscitare una risposta misurabile. Questa tecnica funge da potente biosensore di rilevamento che può essere utilizzato direttamente per la progettazione e lo sviluppo di strategie per terapie termiche che consentono l'ottimizzazione dei parametri laser, della dimensione delle particelle, dei rivestimenti di particelle e della composizione.

Il substrato d'oro su cui è possibile creare tBBM è mostrato nella Figura 1. Uno schema dell'impostazione sperimentale è presentato nella Figura 2.
Gli elettrodi in oro complanare, come mostrato nella Figura 1A,sono costituiti da un substrato di base in policarbonato da 25 mm x 75 mm x 1 mm con matrici d'oro modellate. Uno strato adesivo trasparente definisce le sei singole camere di misura. L'elettrod...

Watch this Scientific Journal Video about Tethered Bilayer Lipid Membranes to Monitor Heat Transfer between Gold Nanoparticles and Lipid Membranes at JoVE.com

Tethered Bilayer Lipid Membranes to Monitor Heat Transfer between Gold Nanoparticles and Lipid Membranes

Questo lavoro delinea un protocollo per ottenere un monitoraggio dinamico e non invasivo del trasferimento di calore dalle nanoparticelle d'oro irradiate al laser ai tBLM. Il sistema combina la spettroscopia di impedenza per la misurazione in tempo reale delle variazioni di conduttanza attraverso i tBBM, con un raggio laser focalizzato orizzontalmente che guida l'illuminazione delle nanoparticelle d'oro, per la produzione di calore.

Membrane lipidiche a doppio strato tethered per monitorare il trasferimento di calore tra nanoparticelle d'oro e membrane lipidiche

Here we report a protocol to investigate the heat transfer between irradiated gold nanoparticles (GNPs) and bilayer lipid membranes by electrochemistry ...

Research

JoVE Journal

Biology

Method for the Isolation of Francisella tularensis Outer Membranes

Method for the Isolation of Francisella tularensis Outer Membranes

Metodo per l&#39;isolamento di Francisella tularensis Membrane esterne

Francisella tularensis is a Gram-negative intracellular coccobacillus and the causative agent of the zoonotic disease tularemia. When compared with other ...

Ricerca

Biologia

Gramicidin-based Fluorescence Assay; for Determining Small Molecules Potential for Modifying Lipid Bilayer Properties

Gramicidina a base di fluorescenza di analisi, per determinare piccole molecole Potenziale Modifica delle proprietà del doppio strato lipidico

Many drugs and other small molecules used to modulate biological function are amphiphiles that adsorb at the bilayer/solution interface and thereby alter ...

Modeling Biological Membranes with Circuit Boards and Measuring Electrical Signals in Axons: Student Laboratory Exercises

Modellazione membrane biologiche con Circuiti e misurazione dei segnali elettrici negli assoni: Esercizi di laboratorio per studenti

This is a demonstration of how electrical models can be used to characterize biological membranes. This exercise also introduces biophysical terminology ...

Lipid Vesicle-mediated Affinity Chromatography using Magnetic Activated Cell Sorting (LIMACS): a Novel Method to Analyze Protein-lipid Interaction

Lipid Vesicle-mediated Affinity Chromatography using Magnetic Activated Cell Sorting LIMACS: a Novel Method to Analyze Protein-lipid Interaction

Vescicole lipidiche-mediata Cromatografia di affinità mediante Magnetic separazione delle cellule attivate (LIMACS): un nuovo metodo per l&#39;analisi delle interazioni proteina-lipide

The analysis of lipid protein interaction is difficult because lipids are embedded in cell membranes and therefore, inaccessible to most purification ...

Reconstitution of a Kv Channel into Lipid Membranes for Structural and Functional Studies

La ricostituzione di un canale Kv in membrane lipidiche per gli studi strutturali e funzionali

To study the lipid-protein interaction in a reductionistic fashion, it is necessary to incorporate the membrane proteins into membranes of well-defined ...

Using Caco-2 Cells to Study Lipid Transport by the Intestine

Utilizzando cellule Caco-2 allo Studio Lipid Trasporto dall&#39;intestino

Studies of dietary fat absorption are generally conducted by using an animal model equipped with a lymph cannula. Although this animal model is widely ...

Isolation and Compositional Analysis of Plant Cuticle Lipid Polyester Monomers

Isolamento e analisi della composizione delle piante cuticola lipidi poliestere monomeri

Terrestrial plants produce extracellular aliphatic biopolyesters that modify cell walls of specific tissues. Epidermal cells synthesize cutin, a polyester ...

Quantification of Lipid Abundance and Evaluation of Lipid Distribution in Caenorhabditis elegans by Nile Red and Oil Red O Staining

Quantification of Lipid Abundance and Evaluation of Lipid Distribution in Caenorhabditis elegans by Nile Red and Oil Red O Staining

Quantificazione dell'abbondanza del lipido e valutazione della distribuzione del lipido in Caenorhabditis elegans Nilo rosso e macchie di olio rosso O

Caenorhabditis elegans is an exceptional model organism in which to study lipid metabolism and energy homeostasis. Many of its lipid genes are conserved ...

Measurement of Energy Metabolism in Explanted Retinal Tissue Using Extracellular Flux Analysis

Misurazione del metabolismo energetico in tessuto retinico Explanted usando l'analisi di flusso extracellulare

High acuity vision is a heavily energy-consuming process, and the retina has developed several unique adaptations to precisely meet such demands while ...

Dissection and Lipid Droplet Staining of Oenocytes in Drosophila Larvae

Dissection and Lipid Droplet Staining of Oenocytes in Drosophila Larvae

Colorazione delle goccioline per nidi e lipidi degli ovociti nelle larve di Drosophila

Lipids are essential for animal development and physiological homeostasis. Dysregulation of lipid metabolism results in various developmental defects and ...