Name: tethered bilayer lipid membranes to monitor heat transfer between gold nanoparticles and lipid membranes
Uploaded: 2020-12-08T13:00:00
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이 작품은 호주 연구 위원회 (ARC) 디스커버리 프로그램 (DP150101065)과 낮은 수준의 최종 사용자 분석을위한 ARC 연구 허브 (이상적) (IH150100028)에 의해 지원되었습니다.

1. tBLM 전극 준비
<ol><li>첫 번째 단층 코팅 준비<ol>
<li>벤질-이설화-테트라-에틸레네글리콜-OH "스페이서" 분자(벤질 이설화4개의 산소-에틸렌 글리콜 스페이저로 구성된 3mM 1:9 비율로 구성된 에탄올릭 용액에 갓 스퍼터 골드 패턴의 전극 현미경 슬라이드를 담급니다. OH 군) 및 벤질-디설파이드(테트라-에틸레네글리콜) n=2 C20-피타닐 "테더링" 분자로 종결하였다. 이렇게 하면 이중레이어...

<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. 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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. 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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>

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?...

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.

<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

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.

tBLM을 만들 수 있는 금 기판은 도 1에표시됩니다. 실험 설정의 회로도는 도 2에제시된다.
그림 1A에도시된 바와 같이 코플러니 골드 전극은 패턴 골드 어레이가 있는 25mm x 75mm x 1mm 폴리카보네이트 베이스 기판으로 만들어집니다. 투명한 접착제 층은 6개의 개별 측정 챔버를 정의합니다. 코플라나 금 전극은 tBLM ...

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

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.

금 나노 입자와 지질 막 사이의 열 전달을 모니터링하는 테더링 된 바이 레이어 지질 멤브레인

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

Research

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연구

생물학

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Isolation and Compositional Analysis of Plant Cuticle Lipid Polyester Monomers

식물 표피 지질 폴리 에스테르 단량체의 분리 및 성분 분석

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

지질 풍부 및 평가의 지질 분포 나 일 빨강, 기름 빨간 O 얼룩으로 꼬마 선 충 의 정량화

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

Explanted 망막 조직 세포 외 유출 분석을 사용 하 여 신진 대사 에너지의 측정

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

초파리 유충에 있는 Oenocytes의 해부 그리고 지질 물방울 염색

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