LT6992B - Regeneruojamas fosfolipidinis biojutiklis ant silanizuotų oksidų paviršiaus - Google Patents
Regeneruojamas fosfolipidinis biojutiklis ant silanizuotų oksidų paviršiaus Download PDFInfo
- Publication number
- LT6992B LT6992B LT2021533A LT2021533A LT6992B LT 6992 B LT6992 B LT 6992B LT 2021533 A LT2021533 A LT 2021533A LT 2021533 A LT2021533 A LT 2021533A LT 6992 B LT6992 B LT 6992B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- membrane
- oxide
- biosensor according
- differs
- phospholipid
- Prior art date
Links
- 150000003904 phospholipids Chemical class 0.000 title claims abstract description 36
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 title description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 93
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000002094 self assembled monolayer Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 16
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 36
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 28
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 20
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 14
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 14
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 11
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 11
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium dioxide Chemical compound O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RCAQADNJXBGEKC-UHFFFAOYSA-N [O].[In].[Sb] Chemical compound [O].[In].[Sb] RCAQADNJXBGEKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- BEQNOZDXPONEMR-UHFFFAOYSA-N cadmium;oxotin Chemical compound [Cd].[Sn]=O BEQNOZDXPONEMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MXPKSPPUARJRSI-UHFFFAOYSA-H dibismuth;triselenite Chemical compound [Bi+3].[Bi+3].[O-][Se]([O-])=O.[O-][Se]([O-])=O.[O-][Se]([O-])=O MXPKSPPUARJRSI-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims description 3
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N stibanylidynetin;hydrate Chemical compound O.[Sn].[Sb] SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Ni] Chemical compound [Ti].[Ni] HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 2
- VOANFGTXELDUQQ-UHFFFAOYSA-N antimony;indium;oxotin Chemical compound [In].[Sb].[Sn]=O VOANFGTXELDUQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- LJCFOYOSGPHIOO-UHFFFAOYSA-N antimony pentoxide Inorganic materials O=[Sb](=O)O[Sb](=O)=O LJCFOYOSGPHIOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 claims 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 28
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 22
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 20
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 11
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 10
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 10
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 description 10
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 9
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 9
- 238000011160 research Methods 0.000 description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 101710092462 Alpha-hemolysin Proteins 0.000 description 6
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 108010036176 Melitten Proteins 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 6
- VDXZNPDIRNWWCW-JFTDCZMZSA-N melittin Chemical compound NCC(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N1CCC[C@H]1C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(N)=O)CC1=CNC2=CC=CC=C12 VDXZNPDIRNWWCW-JFTDCZMZSA-N 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- -1 gold thiolates Chemical class 0.000 description 5
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 5
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- SNKAWJBJQDLSFF-NVKMUCNASA-N 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(=O)OC[C@H](COP([O-])(=O)OCC[N+](C)(C)C)OC(=O)CCCCCCC\C=C/CCCCCCCC SNKAWJBJQDLSFF-NVKMUCNASA-N 0.000 description 4
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N cholesterol Chemical compound C1C=C2C[C@@H](O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N 0.000 description 4
- 238000012650 click reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 238000002444 silanisation Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 231100000699 Bacterial toxin Toxicity 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000688 bacterial toxin Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 3
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 235000019799 monosodium phosphate Nutrition 0.000 description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M sodium dihydrogen phosphate Chemical compound [Na+].OP(O)([O-])=O AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 239000005047 Allyltrichlorosilane Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 239000003012 bilayer membrane Substances 0.000 description 2
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 2
- 235000012000 cholesterol Nutrition 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- PSGAAPLEWMOORI-PEINSRQWSA-N medroxyprogesterone acetate Chemical compound C([C@@]12C)CC(=O)C=C1[C@@H](C)C[C@@H]1[C@@H]2CC[C@]2(C)[C@@](OC(C)=O)(C(C)=O)CC[C@H]21 PSGAAPLEWMOORI-PEINSRQWSA-N 0.000 description 2
- OVHQWOXKMOVDJP-UHFFFAOYSA-N melitin Chemical compound OC1C(O)C(O)C(C)OC1OC1C(O)C(OC=2C=C3C(C(C(OC4C(C(O)C(O)C(COC5C(C(O)C(O)C(CO)O5)O)O4)O)=C(C=4C=CC(O)=CC=4)O3)=O)=C(O)C=2)OC(C)C1O OVHQWOXKMOVDJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000002139 neutron reflectometry Methods 0.000 description 2
- 239000000075 oxide glass Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 2
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 2
- KWVGIHKZDCUPEU-UHFFFAOYSA-N 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(OC)(OC)C(=O)C1=CC=CC=C1 KWVGIHKZDCUPEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150065749 Churc1 gene Proteins 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004310 Ion Channels Human genes 0.000 description 1
- 108010052285 Membrane Proteins Proteins 0.000 description 1
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GHIQFHXMXDVBQS-UHFFFAOYSA-N [In].[Sn]=O.[In] Chemical compound [In].[Sn]=O.[In] GHIQFHXMXDVBQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SKYGTJFKXUWZMD-UHFFFAOYSA-N ac1l2n4h Chemical compound [Co].[Co] SKYGTJFKXUWZMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001356 alkyl thiols Chemical class 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 239000003849 aromatic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 239000003659 bee venom Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000001460 carbon-13 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000011712 cell development Effects 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 150000001841 cholesterols Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- PHTXVQQRWJXYPP-UHFFFAOYSA-N ethyltrifluoromethylaminoindane Chemical compound C1=C(C(F)(F)F)C=C2CC(NCC)CC2=C1 PHTXVQQRWJXYPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002502 liposome Substances 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- DZVCFNFOPIZQKX-LTHRDKTGSA-M merocyanine Chemical compound [Na+].O=C1N(CCCC)C(=O)N(CCCC)C(=O)C1=C\C=C\C=C/1N(CCCS([O-])(=O)=O)C2=CC=CC=C2O\1 DZVCFNFOPIZQKX-LTHRDKTGSA-M 0.000 description 1
- 229910000403 monosodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- QJAOYSPHSNGHNC-UHFFFAOYSA-N octadecane-1-thiol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCS QJAOYSPHSNGHNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 231100000654 protein toxin Toxicity 0.000 description 1
- 238000000425 proton nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 description 1
- 150000007944 thiolates Chemical class 0.000 description 1
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- HKFSBKQQYCMCKO-UHFFFAOYSA-N trichloro(prop-2-enyl)silane Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)CC=C HKFSBKQQYCMCKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DAHWFTWPSFSFMS-UHFFFAOYSA-N trihydroxysilane Chemical group O[SiH](O)O DAHWFTWPSFSFMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Čia aprašomas membraninis jutiklis sudaromas panaudojant silano junginius formuojančius savitvarkį monosluoksnį ant elektrai laidžių ir nelaidžių oksidinių paviršių. Savitvarkis monosluoksnis yra maišomas su skiedikliais ir gaunama paviršiuje prikabinta bisluoksnė fosfolipidinė membrana, turinti pomembraninį vandens rezervuarą. Suformuotas jautrus fosfolipidinis sluoksnis gali būti pašalintas ir iš naujo suformuotas keletą kartų ant to paties paviršiaus.
Description
IŠRADIMO SRITIS
Išradimas yra susijęs su paviršiuje prikabintomis lipidinėmis membranomis, konkrečiai, su regeneruojamo fosfolipidinio biojutiklio konstravimu ant elektrai laidžių ir nelaidžių oksidinių paviršių.
TECHNIKOS LYGIS
Ląstelė yra mažiausias gyvybės struktūrinis vienetas. Ją supa plazminė membrana, kuri apsaugo ir atskiria ląstelės vidų nuo išorės. Viena svarbiausių sudedamųjų dalių yra fosfolipidai. Tai yra amfifilinės medžiagos, kurios turi dvi hidrofobines anglies grandines (uodegos) ir hidrofilinę fosfato grupę (galva). Fosfolipidai suformuoja dviejų sluoksnių struktūrą, kur hidrofilinės galvos yra nukreiptos į išorę, o hidrofobines uodegos nukreiptos į bisluoksnio vidų. Tam, kad vyktų medžiagų transportas iš ląstelės vidų į išorę ir vykdytų kitas gyvybiškai svarbias funkcijas, tokias kaip kvėpavimas, membranoje taip pat yra įsiterpę įvairių tipų baltymai. Būtent dėl šios membranos savybės - gebėti įterpti baltymus, buvo sukurti lipidinių membranų modeliai. Jie pasižymi paprastesne sudėtimi, kurią galima kontroliuoti. Membranų modeliai yra pritaikomi, kaip eksperimentinė platforma baltymų ir membranų sąveikos tyrimams, tarp jų: integralinių baltymų (poras formuojantys toksinai, jonų kanalai) ir periferinių baltymų (fermentai, elektronų pernešėjai) funkcijai įvertinti. Elektrocheminiai metodai, kartu su mikroskopiniais ir spektriniais metodais yra labai efektyvūs membraninių procesų tyrimuose, tačiau norint tokius metodus taikyti, membranų modeliai turėtų būti formuojami ant kietų elektrai laidžių paviršių (Ragaliauskas T. et ai., 2017).
Vienas patogiausių membranos ant kieto paviršiaus formavimo metodų yra vezikulių liejimas. Vezikulės yra sferinės struktūros liposomos, sudarytos iš fosfolipidų bisluoksnio. Užliejus vezikulių tirpalą tiesiai ant tiriamojo paviršiaus, vyksta savaiminė lipidų savitvarka, kai fosfolipidai iš sferinės formos pereina ant kieto paviršiaus, suformuojant bisluoksnę plokščią struktūrą. Kadangi membranos formavimo metodas yra pagrįstas savitvarka, jis nereikalauja jokios brangios įrangos, todėl tai yra pigus ir prieinamas metodas. Šis membranos formavimo metodas yra patogus ir tuo, kad galima lengvai kontroliuoti bisluoksnio sudėtį, keičiant lipidų sudėtį vezikulėse.
Vienas paprasčiausių membranų modelių yra plokščioji lipidinė membrana. Ji yra sudaryta iš dviejų fosfolipidų sluoksnių, tačiau, kitaip nei ląstelė, kuri yra sferinės formos, šis bisluoksnis yra įmobilizuotas horizontalioje plokštumoje (Castellana E.T. et ai., 2006). Plokščioji lipidinė membrana pasižymi tuo, kad turi labai ploną vandens sluoksnį tarp membranos ir kieto paviršiaus. Šis vandens sluoksnis „imituoja“ ląstelės vidų. Turint tokią modelinę sistemą, baltymai gali būti įterpiami ir atliekami įvairūs tyrimai, siekiant išsiaiškinti membranos pralaidumą, defektiškumą ir kitas savybes. Nors šis membranos modelis pasižymi vidutinišku stabilumu, tačiau membranoje esantys įvairūs defektai bei jų gausa neleidžia pritaikyti elektrocheminių matavimų metodų plokščiųjų membranų integralumui įvertinti bei panaudoti tokias membranas elektrocheminiams biojutikliams bakterinių toksinų bei kitų membranų integralumą pažeidžiančiais agentų aktyvumui išmatuoti. Hibridinės membranos (Plant A.L. 1999) pasižymi nepalyginamai mažesniu defektų kiekiu. Jose pirmą sluoksnį prie paviršiaus sudaro savitvarkis monosluoksnis (SAM), o antrą sluoksnį-fosfolipidai. SAM susideda iš anglies atomų grandinę turinčių molekulių su vadinama aktyvia funkcine grupe (galva) vienoje pusėje, kurią dažniausiai sudaro tiolio arba thalkoksisilano funkcinė grupė. SAM prie paviršiaus prikimba funkcinei grupei su paviršiumi suformuojant stiprius kovalentinius ryšius. Aktyvios SAM funkcinės grupės parinkimas priklauso nuo to, koks substratas bus naudojamas SAM formavimui. Jeigu naudojamas auksinis paviršius - tai parenkamas SAM turintis tiolio grupę, o jeigu metalo oksidinis paviršius - tai naudojamas SAM su thalkoksisilano grupe. Vienas pagrindinių hibridinių membranų pranašumų yra tai, kad jos pasižymi labai dideliu stabilumu (palyginus su plokščiosiomis lipidinėmis membranomis) ir mažu nedidelių defektų kiekiu. Dėl to galima taikyti įvairius, taip pat ir elektrocheminius tyrimų metodus atliekant dinaminius eksperimentus. Tačiau hibridinė membrana turi ir trūkumą, - joje nėra plono vandens pasluoksnio tarp membranos ir kieto paviršiaus, kuris leistų į ją įterpti integralinius baltymus ir panaudoti tokius dvisluoksnius biojutikliams, matuojantiems bakterinių toksinų, įsiterpiančių į membranas aktyvumą. Todėl buvo sukurtas kitas membranų modelis - tai paviršiuje prikabintos membranos (Junghans A. et ai., 2010; McGillivray D.J. et ai., 2007). Paviršiuje prikabintų membranų struktūra yra ypatinga tuo, kad jas sudaro savitvarkis monosluoksnis iš lipidų struktūrą primenančių „inkarinių“ junginių. Šie inkarai taip pat turi aktyvią funkcinę grupę, kuri suformuoja tvirtus ryšius su pagrindu, kaip ir įprastame SAM, tačiau toliau esanti uodega susideda iš polietilenglikolio (PEG) grandinės ir šis junginys užsibaigia dvejomis anglies atomų grandinėmis, kurios primena lipidų hidrofobinę dalį. Suformavus tokį savitvarkį monosluoksnį, vezikulių liejimo metu, dėl afiniškumo susiformuoja plonas vandens sluoksnis savitvarkio monosluoksnio dalyje, kur yra PEG. Norint įterpti toksinus ar kitus baltymus, reikia „praskiesti“ inkarų kiekį ant paviršiaus, naudojant trumpagrandžius mažos molekulinės masės SAM junginius, kurie išorėje turėtų hidrofilinę grupę (pavyzdžiui, hidroksi grupę), dar vadinamus skiedikliais. Suformavus mišrų SAM iš ilgų inkarinių junginių ir trumpų skiediklių bei užliejus vezikules gaunama paviršiuje prikabinta bisluoksnė fosfolipidinė membrana, kuri turi pomembraninį vandens rezervuarą. Tokia sistema gali būti pritaikoma integralinių baltymų tyrimams, poras formuojančių toksinų detekcijai.
Membranos gali būti formuojamos ant skirtingų paviršių. Vienas populiariausių substratų yra atomiškai lygus aukso paviršius, kuris dažniausiai būna paruoštas magnetroninio dulkinimo metodu. Toks paviršius gali būti naudojamas su AFM, SPR ar N R metodais. Suformuotos membranos pasižymi dideliu homogeniškumu (membranos formavimo metu gaunamas minimalus kiekis defektų) ir dideliu stabilumu. Neutronų reflektomethjos metodu nustatytas vandens pomembraninio sluoksnio storis siekia 2 nm (McGillivray D.J. et ai., 2007). Todėl šios membranos yra sėkmingai pritaikomos poras formuojančių toksinų tyrimams ir kuriami biologiniai jutikliai bakterinių toksinų, savaime įsiterpiančių į membranas, koncentracijos nustatymui.
Membranų modeliai ant garinto aukso paviršiaus yra gana plačiai ištirta tema ir nustatyti optimalūs parametrai membranų formavimui, todėl žengiami pirmieji žingsniai link biologinių jutiklių komercializavimo (patentas nr. LT6424B (2017) „Paviršiuje imobilizuotų fosfolipidinių bisluoksnių membranų (tBLM) gavimo būdas“). Žinant, kad auksas ir paviršių paruošimo procesas (magnetroninis dulkinimas) yra brangūs, yra siekiama atrasti alternatyvių substratų, kurie būtų pigesni ir lengviau komerciškai prieinami siekiant sukurti pigų ir lengvai paruošiamą biologinį jutiklį. Pastebėsime, kad membranų modeliai ant metalinių substratų, tokių kaip auksas yra neskaidrūs todėl tokiems modeliams sunkiai pritaikomi optiniai metodai, kuriems būtinas šviesos pralaidumas. Svarbu pastebėti, jog yra duomenų (Rakovska et ai., 2015), kad inkariniai junginiai, aukso tiolatai gali nesunkiai migruoti aukso paviršiumi, kas lemia inkarinių junginių sankaupų paviršiuje susidarymo ir funkcinių membranų savybių blogėjimą, ypač bandant regeneruoti kontakte su vandens terpe esančias membranas.
Viena iš alternatyvų aukso substratams galėtų būti plonų plėvelių metalų oksidai. Pastaruoju metu vis daugiau dėmesio susilaukia skirtingais elementais legiruotas alavo oksidas. Tai yra optiškai skaidrūs ir elektros srovei laidūs puslaidininkiai, todėl atsiveria galimybė suformuotas sistemas pritaikyti fotovoltikoje. Taip pat suformuotų membranų tyrimams galima pritaikyti optinius tyrimų metodus.
Norint suformuoti paviršiuje prikabintą membraną ant metalo oksidinių paviršių, reikia naudoti savitvarkį monosluoksnį susidedantį iš trialkoksisilanų. Hidrolizės reakcijos metu, suformuojami stiprūs Si-O-metalas kovalentiniai ryšiai (Wasserman S.R. et ai., 1989). Siekiant ant metalo oksidinių paviršių suformuoti membraną, kuri turėtų pomembraninį vandens rezervuarą ir galėtų būti pritaikyta poras formuojančių baltymų tyrimams, reikia atrasti tokius junginius SAM formavimui, kurie turėtų hidrofilinę dalį į viršų nuo funkcinės grupės (suformuoja ryšius su paviršiumi) ir hidrofobinę uodegą. Suformavus tokį SAM, hidrofilinėje dalyje susidarytų plonas vandens sluoksnis dėl vandenilinių ryšių, o hidrofobinė dalis vezikulių liejimo metu įsiterptų tarp fosfolipidų ir taptų membranos dalimi.
Taigi, apibendrinant galima būtų išskirti pagrindinius trūkumus paviršiuje imobilizuotų membranų pritaikymui biojutiklių kūrime:
1. Auksiniai membranų substratai yra neskaidrūs, todėl yra sunkiau pritaikyti optinius tyrimų metodus. Tuo tarpu, oksidiniai substratai gali būti pagaminti optiškai skaidrūs.
2. Nebloginant jų savybių membranos ant auksinių paviršių gali būti suformuojamos tik vieną kartą, t.y. dėl aukso-tiolatų labilumo ir polinkio migruoti paviršiuje, negalima membranos regeneracija. Todėl aktualu pritaikyti oksidinius paviršius, tinkamus daugkartiniam membranų formavimui.
3. Naudojant tiolatų chemiją inkariniams junginiams suformuoti biosensoriaus substratų ratas apribotas metalais, pvz., auksu, tuo tarpu silanų inkariniai junginiai leidžia išplėsti substratų sąrašą iki puslaidininkių ir dielekthkų.
4. Įprastai naudojamas paviršius - auksas, yra brangus metalas, jo paruošimui naudojama brangi įranga, todėl siekiama pritaikyti pigesnius elektrai laidžius ir nelaidžius oksidinius ir oksiduotus metalų paviršius.
IŠRADIMO ESMĖ
Šiam išradimui įgyvendinti buvo parinkti metalų ir nemetalų oksidų paviršiai. Plonų plėvelių oksidinių paviršių pritaikymas membranų formavimui turi pranašumų, lyginant su iki šiol membranų formavimui naudojamais aukso plėvelių paviršiais, kurių minimalus storis viršija 50 nm ir dėl to nėra optiškai skaidrūs. Kadangi plonasluoksniai oksidai pasižymi optiniu skaidrumu, todėl suformuotos fosfolipidinės membranos gali būti tiriamos optiniais tyrimų metodais ir galimai pritaikomos fotosrovės generavimui ar saulės elementų kūrime.
Dėl oksidų paviršiaus chemijos savitvarkio monosluoksnio formavimui naudojami silanų junginiai su metalų oksidų paviršiumi sudarantys stiprų Si-O-metalas ryšį, kuris užtikrina kad susiformavęs savitvarkis monosluoksnis pasižymėtų dideliu stabilumu. Dėl šios priežasties silanizuoti oksidiniai paviršiai gali būti tinkami daugkartiniam tomis pačiomis savybėmis pasižyminčių fosfolipidinių membranų formavimui, priešingai nei aukso plėvelių paviršiai pasižymintys aukso tiolatų molekulių paviršiniu judrumu, sąlygojančiu inkarinių monosluoksnių nestabilumą ir inkarų susitelkimą į paviršinius telkinius bei membranų funkcinių savybių degradacija.
Šiame darbe SAM formavimui panaudota naują silanų sintezės procedūra, paremta klik-reakcijos chemija ir nereikalaujanti brangios įrangos. Sintezės metu paruošiamas ilgagrandžio ir trumpagrandžio silanų mišinys iš karto gali būti pritaikomas monosluoksnio formavimui be papildomo gryninimo. Vezikulių liejimo metu suformuotos fosfolipidinės membranos pasižymi stabilumu ir gali būti regeneruojamos.
Metalų ar nemetalų oksidai yra pigesni, nei įprastai fosfolipidinių membranų formavimui naudojami Au paviršiai, todėl atsiranda daugiau galimybių komerciškai pritaikyti fosfolipidinius biojutiklius toksinų ir kitų biologiškai aktyvių medžiagų detekcijai sukonstruotus ant elektrai laidžių ir nelaidžių oksidinių paviršių.
Siūlomo būdo privalumai:
1. Panaudojant silanų inkarus galima sukonstruoti fosfolipidinius biojutiklius ant nebrangių, taip pat ir komerciškai prieinamų, elektrai laidžių ir nelaidžių oksidinių ir oksiduotų metalų paviršių.
2. Siūlomas biojutiklis gali būti regeneruojamas ir panaudojamas kelis ar daugiau kartų.
3. Siūlomas biojutiklis gali būti sukonstruojamas ant optiškai skaidraus pagrindo ir integruojamas į optinius tyrimo prietaisus/metodus.
4. Siūlomas biojutiklis gali būti sukonstruojamas ant laidžių, puslaidininkių ir dielektrinių savybių turinčių paviršių.
TRUMPAS BRĖŽINIŲ APRAŠYMAS paveikslas. Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,Clsot.: juodi apskritimai - švarus FTO stikliukas, balti apskritimai - FTO stikliukas funkcionalizuotas TOPS:ATS 1:1 SAM mišiniu heptano tirpiklyje, juodi trikampiai - tBLM, sudėtis - DOPC/Chol 6:4.
paveikslas. Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,Clsot.: juodi apskritimai - švarus FTO stikliukas, balti apskritimai - FTO stikliukas funkcionalizuotas TOPS:ATS 1:1 SAM mišiniu tolueno tirpiklyje, juodi trikampiai - tBLM, sudėtis - DOPC/Chol 6:4.
paveikslas. Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,Clsot.: juodi apskritimai - švarus ITO stikliukas, balti apskritimai - ITO stikliukas funkcionalizuotas TOPS:ATS 1:1 SAM mišiniu heptano tirpiklyje, juodi trikampiai - tBLM, sudėtis - DOPC/Chol 6:4.
paveikslas. Fluorescencinio mikroskopo nuotraukos, A-D - DOPC/Chol 6:4 tBLM, (kur 1% cholesterolio yra žymėtas fluorescenciniu dažu (Chol-Cy5)) ant TOPS:ATS 1:1 SAM funkcionalizuotų mikroskopinio stiklo plokštelių, E-F - tokia pat membrana ant mikroskopinio stiklo plokštelių, kurios nebuvo funkcionalizuotos SAM. A, B ir C - membranos kraštas.
paveikslas. Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,CLsot.: juodi apskritimai - švari NP plokštelė, balti apskritimai - NP plokštelė funkcionalizuota TOPS:ATS 1:1 SAM mišiniu heptano tirpiklyje, juodi trikampiai - tBLM, sudėtis - DOPC/Chol 6:4. A - priartinta kreivės dalis.
paveikslas. Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,CLSot.: juodi apskritimai - švari garinto Ti/TiO2 plokštelė, balti apskritimai - Ti/TiO2 plokštelė funkcionalizuota TOPS:ATS 1:1 SAM mišiniu heptano tirpiklyje, juodi trikampiai - tBLM, sudėtis - DOPC/Chol 6:4. A priartinta kreivės dalis.
paveikslas. Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,Clsot.: juodi apskritimai - švari Si plokštelė, balti apskritimai - Si plokštelė funkcionalizuota TOPS:ATS 1:1 SAM mišiniu heptano tirpiklyje, juodi trikampiai - tBLM, sudėtis - DOPC/Chol 6:4.
paveikslas.Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,Clsot.: juodi apskritimai - DOPC/Chol 6:4 tBLM suformuota ant FTO, kuris buvo funkcionalizuotas TOPS:ATS 1:1 SAM, balti apskritimai - praėjus 60 min po 50 nM melitino įterpimo į membraną, juodi trikampiai praėjus 60 min po 100 nM melitino įterpimo į membraną. A - priartinta kreivės dalis paveikslas. Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,Clsot.: juodi apskritimai - DOPC tBLM suformuota ant FTO, kuris buvo funkcionalizuotas TOPS:ATS 1:1 SAM, balti apskritimai - praėjus 60 min po 50 nM melitino įterpimo į membraną, juodi trikampiai praėjus 60 min po 100 nM melitino įterpimo į membraną.
paveikslas. DOPC:Chol 6:4 tBLM laidumo pokyčio priklausomybė nuo skirtingos melitino koncentracijos įterpimo į membraną.
paveikslas. Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,Clsot.: juodi apskritimai - DOPC/Chol 6:4 tBLM suformuota ant FTO, kuris buvo funkcionalizuotas TOPS:ATS 1:1 SAM, balti apskritimai - praėjus 60 min po 50 nM alfa-hemolizino įterpimo į membraną, juodi trikampiai - praėjus 60 min po 100 nM alfa-hemolizino įterpimo į membraną. A priartinta kreivės dalis.
paveikslas. Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,Clsot.: juodi apskritimai - DOPC tBLM suformuota ant FTO, kuris buvo funkcionalizuotas TOPS:ATS 1:1 SAM, balti apskritimai - praėjus 60 min po 100 nM alfa-hemolizino įterpimo į membraną.
paveikslas. DOPC:Chol 6:4 tBLM laidumo pokyčio priklausomybė nuo skirtingos alfa-hemolizino koncentracijos įterpimo į membraną.
paveikslas. Elektrocheminio impedanso spektrai Cole - Cole koordinatėse išmatuoti esant 0 V potencialui vs Ag/AgCI,Clsot.: balti simboliai - membranos suformavimas kelis kartus; juodi simboliai - membranos nuplovimas.
DETALUS IŠRADIMO APRAŠYMAS
Atsižvelgiant į tai, kad ankstesnių fosfolipidinių biojutiklių kūrime buvo naudojamas aukso paviršius, kuris nėra optiškai skaidrus, suformuoti alkiltiolių savitvarkiai monosluoksniai ir fosfolipidinės membranos ant aukso paviršių nėra pakankamai stabilūs ir nėra regeneruojami, taip pat įvertinus aukso savikainą, šiam išradimui įgyvendinti buvo parinkti metalų ir nemetalų oksidų paviršiai. Pirmasis privalumas šių medžiagų panaudojime yra tai, kad oksidai plonų plėvelių forma pasižymi aukštu regimosios šviesos ir UV spinduliuotės pralaidumu. Ši savybė leidžia pritaikyti optinius tyrimų metodus biojutiklių kūrime, ko nebuvo galima atlikti su auksiniais paviršiais. Optinių tyrimų metodai praplečia galimas tyrimų sritis ir atveria kelią fosfolipidinės membranas ant kietų paviršių pritaikyti fotosrovę generuojančių sistemų kūrime.
Fosfolipidinio biojutiklio formavimui reikalingas savitvarkis monosluoksnis pasižymintis hidrofobiškumu ir gebantis adsorbuoti ir suardyti fosfolipidų vezikules taip, kad susiformuotų vientisas fosfolipidų dvisluoksnis. Au paviršiuje monosluoksnis yra formuojamas naudojant alkiltiolių junginius, kur susidaro kovalentinės Au-S jungtys. Nors susiformavę Au-S ryšiai yra stiprūs, tačiau dėl paviršinių aukso atomų labilumo, monosluoksnio molekulės yra judrios paviršiuje. Esant ilgesniam kontaktui su vandenine terpe (iki keliolikos valandų) retai, po visą paviršių išsidėsčiusios monosluoksnio molekulės suformuoja saleles, o tai trukdo vientiso fosfolipidinio bisluoksnio - fosfolipidinio biojutiklio formavimui. Tuo tarpu, savitvarkio monosluoksnio formavimui ant metalo oksidinių paviršių yra naudojami trichlorosilano (arba trialkoksisilano) funkcinę grupę turintys junginiai. Dėl oksidų paviršiaus chemijos, susiformuoja stiprūs Si-O-metalas kovalentiniai ryšiai, dėl to savitvarkiai monosluoksniai pasižymi aukštu stabilumu (Wasserman S.R. et ai., 1989). Ilgas kontaktas su vandenine terpe ar su kitais fiziniais išoriniais veiksniais menkai veikia arba iš viso neveikia monosluoksnio savybių. Tai suteikia papildomus privalumus oksidinių paviršių panaudojime fosfolipidinių membranų formavimui: membranos ne tik pasižymi aukštu stabilumu ilgą laiko tarpą (keletą dienų), bet ir atsiranda galimybė regeneruoti membranas ant to paties paviršiaus, neblogėjant membranos savybėms.
Taip pat atsižvelgiant į auksinių paviršių paruošimo kainą, metalų ir nemetalų oksidiniai paviršiai yra ženkliai pigesni, o tai yra aktualu siekiant fosfolipidinį biojutiklį toksinų ir kitų membraninių baltymų bei biologiškai aktyvių medžiagų detekcijai pritaikyti komerciniam panaudojimui.
Šiame išradime siekiant pritaikyti metalų ir nemetalų oksidus fosfolipidinių biojutiklių formavimui, buvo atsižvelgta į komerciškai prieinamų trichlorosilanų inkarų trūkumą. Remiantis klik-reakcijos chemija, kuri nereikalauja brangios įrangos, buvo atlikta naujų silanų sintezė. Ši metodika yra pranašesnė už jau žinomus sintezės metodus tuo, kad yra paruošiamas ilgagrandžio ir trumpagrandžio silano mišinys, kur savitvarkio monosluoksnio formavimo metu trumpagrandis atskiedžia ilgų inkarų kiekį ant paviršiaus, suformuodamas retai išsidėsčiusį savitvarkį monosluoksnį (angį. sparsely populated). Tai sudaro galimybę susiformuoti paviršiuje prikabintai membranai.
Sutartiniai žymėjimai:
EIS - elektrocheminio impedanso spektroskopija
CV - ciklinė voltamperometrija
AFM - atominių jėgų mikroskopas
SPR - paviršiaus plazmonų rezonansas
NR - neutronų reflektometrija
SAM - savitvarkis monosluoksnis
PEG - polietilenglikolis
BMR - branduolių magnetinis rezonansas tBLM - paviršiuje prikabintos fosfolipidinės bisluoksnės membranos
FTO - fluoru legiruotas alavo oksido stiklas
ITO - indžio alavo oksidas
ATS - aliltrichlorsilanas
TOPS - trichloro(3-(oktadeciltio)propil)silanas
ODT - oktadekantiolis
DMPA - 2,2-dimetoksi-2- fenilacetofenonas
Medžiagos ir metodai:
Fluoru legiruotas alavo oksido stiklas - FTO, 300 mm χ 300 mm χ 2,2 mm
Indžio alavo oksidas - ITO, 150 mm χ 150 mm χ 0,7 mm
Nerūdijantis plienas - NP, 316L lydinys pagal AISI nomenklatūrą: sudėtis: Fe/Cr 18%/Ni 10%/Mo 3%, 150 mm χ 150 mm χ 0,5 mm
Stiklo plokštelė - 25 mm χ 75 mm
Trichloro(3-(oktadeciltio)propil)silanas - TOPS
Dejonizuotas vanduo - dejon. H2O)
Natrio chloridas - NaCI
Natrio dihidrofosfatas - NaH2PO4-2H2O
Natrio hidroksidas - NaOH
Aliltrichlorosilanas - H2C=CHCH2SiCl3
Oktadekantiolis - CH3(CH2)i7SH
2,2-dimetoksi-2-fenilacetofenonas - C16H16O3
Heptanas - C7H16
Toluenas - C7H8
Chloroformas - CHCh
1,2- dioleoil-3-fosfoglicerocholinas - DOPC
Cholesterolis - chol
Melitinas - mel, iš bičių nuodų
Alfa hemolizinas - aHL, iš Staphylococcus aureus
Cholesterolio darinys su merocianino dažu: 2-(1E,3E,5E)-5-(1-(5carboksipentil)-3,3-dimetilindolin-2-iliden)penta-1,3,3-trimetil-3H-indolo bromidu Chol-Cy5
UV lempa - 365 nM 5W 13C ir1H BMR spektrai užrašyti prietaisu Bruker Ascend 400 spektrometru (400 MHz dažnis1 H BMR ir 100 MHz-13C NMR), naudojant tirpiklio likučių (CDCI3) signalus.
Cheminis poslinkis pateikiamas δ skalėje (ppm).
EIS matavimai atlikti potenciostatu/galvanostatu pAutolab Type III su instaliuota programine įranga FRA. Matavimai buvo vykdomi standartinėje trijų elektrodų celėje, kurioje darbinis elektrodas - metalo oksidinis paviršius (darbinis plotas 0,32 cm2), palyginamasis - Ag/AgCI, Chsot., pagalbinis - platinos viela. Elektrocheminiams matavimams naudojamas fosfatinis buferinis tirpalas susidėjo iš 0,01 M NaH2PO4 ir 0,1 M NaCI, naudojantis NaOH pH koreguojamas iki 7,1 vertės.
Fluorescencinė mikroskopija buvo atlikta naudojantis Olympus BX61WI fluorescenciniu mikroskopu, į vandenį įmerkiamu objektyvu UMPIanFN-W (10X/0.30 NA) ir Qimaging EXi Aqua kamera. Hg lempa ir Olympus U-MWG2 filtras buvo naudojami nustatyti Chol-Cy5 paviršinį pasiskirstymą. Stiklo plokštelės buvo pritvirtintos ant Petri lėkštelių dugno ir, prieš nuotraukų registravimą, vezikulių tirpalas buvo pilnai išplaunamas iš sistemos su švariu PBS pH 7,1.
IŠRADIMO REALIZAVIMO PAVYZDŽIAI pavyzdys
1. TOPS junginio sintezė atliekama klik-reakcijos mechanizmu (TuckerSchwartz A. K. etai., 2011). ATS irODT yra sumaišomi moliniu santykiu 2:1 skaidriame mėgintuvėlyje. Įdedama 2 mol% DMPA iniciatoriaus ir maišoma ant magnetinės maišyklės kol gaunamas homogeninis mišinys. Šis mišinys yra apšvitinamas 365 nm bangos ilgio 5 W galingumo UV lempa 24 vai. Po šios sintezės procedūros turime paruoštą naudoti silanizavimo mišinį (TOPS:ATS 1:1) SAM formavimui. TOPS:ATS 1:1 mišinys laikomas suvyniotas į aliuminio foliją, kad būtų išvengta tiesioginių saulės spindulių, kurių poveikis galimai mažina susintetinto mišinio cheminį aktyvumą.
2. Prieš membranos formavimą, FTO dengta stiklo plokštelė buvo supjaustoma į 25 mm χ 10 mm dydžio elektrodus ir atliekama plovimo procedūra. Ultragarsinėje vonelėje plaunama 2 skirtingose terpėse po 10 min: (i) 2% „Micro 90“ tirpale; (ii) dejonizuotame vandenyje. Toliau, FTO plokštelė 1 vai. yra inkubuojama kone. H2SO4, po to skalaujama dejon. H2O ir laikoma 2-propanolyje ultragarso vonelėje 10 min. Paskutiniame žingsnyje, FTO yra laikomas dejon. H2O apytikriai 18-20 vai. (per naktį) ir išdžiovinamas N2 dujų sraute.
3. Paruoštas mėginys toliau naudojamas SAM formavimo - silanizavimo procedūroje. 20 ml heptano (ar kito sotaus alkano) nedidelėje stiklinėje kaitinama iki 60°C ir įpilama 30 pi susintetinto TOPS:ATS mišinio. Tada elektrodas įstatomas vertikalioje padėtyje į maišomą silanizavimo tirpalą 1 vai. 60°C temperatūroje. Po to mėginys nuplaunamas švariu heptanu, išdžiovinamas N2 dujų sraute ir iškaitinamas 100°C temperatūroje 1 valandą.
4. tBLM formavimas atliekamas naudojant vezikulių liejimo metodą (1 pav.) (patentas nr. LT6424B (2017)). Paruošiami lipidų 10 mM tirpalai chloroforme, kurie laikomi -20°C temperatūroje. Į kitą indą paimamas toks kiekis tirpalo, kad būtų paruošiama 1 mM koncentracijos norimo tūrio tirpalas. Chloroformas yra išgarinamas azoto dujų srove (pučiama apie 30 min), kol ant indo dugno lieka baltos spalvos lipidinė plėvelė. Ji užpilama buferiniu tirpalu, kurio pH - 4,4, o sudėtis yra 0,1 M NaH2PO4 ir 0,01 M NaCI. Į tirpalą yra merkiama automatinė pipetė, ir kartojami įtraukimo ir išstūmimo ciklai, kol lipidinė plėvelė atšoka nuo sienelių, ji soliubilizuojasi ir susidaro homogeninis tirpalas.
pavyzdys
Atliekama taip pat kaip aprašyta 1 pavyzdyje, tik 3 punkte silanizavimas atliekamas aromatiniame tirpiklyje (pvz., toluene) (2 pav.), tačiau galima naudoti ir benzeną.
pavyzdys
Atliekama taip pat kaip aprašyta 1 pavyzdyje, tik 2 punkte naudojamas:
(i) ITO stiklas (3 pav.), tačiau galima naudoti ir kitais oksidais dengtą stiklo plokštelę: kadmio alavo oksidą (CdSnO4), cinko oksidą (ZnO), aliuminiu legiruoto cinko oksidą (AI:ZnO), stibio alavo oksidą (SnO2/Sb2Os), indžio stibio oksidą (InSbO), galio cinko oksidą (GaZnO), indžio cinko oksidą (InZnO), stibio indžio alavo oksidą (InSbSnO), indžio galio cinko oksidą (InGaZnO), bismuto selenitą (Bi2SeOs), itrio bario kupratą, metalų oksidų perovskitus;
(ii) stiklo plokštelė (4 pav.), tačiau galima ir naudoti ir spalvotą stiklą, kvarcą, safyrą, žėrutį;
(iii) nerūdijantis plienas (5 pav.), tačiau galima naudoti ir aliuminį, titaną, varį, nikelį, nikelio-titano lydinius, kobaltą ir kobalto lydinius;
(iv) garinto Ti/TiO2 plokštelė (6 pav.), tačiau galima naudoti ir garinto Zn/ZnO, Zr/ZrO2, Cr/CrxOy plokšteles;
(v) Si/SiO2 plokštelė (7 pav.), tačiau galima ir naudoti ir Ge/Ge02.
pavyzdys
Atliekama, kaip aprašyta 1 pavyzdyje, tik stebima DOPC/Chol 6:4 ir DOPC membranos pažaida su skirtingų koncentracijų baltymais - poras formuojančiais toksinais: (i) melitinu (8 ir 9 pav.); (ii) alfa-hemolizinu (11 ir 12 pav.), sudaromos fosfolipidinio biojutiklio kalibracinės kreivės - membranos laidumo pokyčio priklausomybės nuo toksino koncentracijos (10 ir 13 pav.) pavyzdys
Atliekama, kaip aprašyta 1 pavyzdyje, tik stebimas fosfolipidinio bisluoksnio pašalinimas ir pakartotinis suformavimas ant to paties paviršiaus keletą kartų (14 pav.).
Pateikti pavyzdžiai parodo, kad pasitelkiant klik-reakcijos cheminį procesą galima susintetinti naudojimui tinkamą silanų mišinį, į kurį įmerkus metalo oksidini paviršių, pavyzdžiui stiklo plokštelę padengtą FTO sluoksniu, arba ITO sluoksniu, arba gryno stiklo, spalvoto stiklo, kvarco, safyro plokštelę, žėrutį, arba nerūdijantį plieną, aliuminį, titaną, varį, nikelį, nikelio-titano lydinį, kobalto ir kobalto lydinį, arba garinto Ti/TiO2 plokštelę, arba Si/SiO2 plokštelę, arba kitą metalo ar puslaidininkio gaminį padengtą oksidu, pvz., kadmio alavo oksidą (CdSnO4), cinko oksidą (ZnO), aliuminiu legiruotą cinko oksidą (AI:ZnO), stibio alavo oksidą (SnO2/Sb2Os), indžio stibio oksidą (InSbO), galio cinko oksidą (GaZnO), indžio cinko oksidą (InZnO), stibio indžio alavo oksidą (InSbSnO), indžio galio cinko oksidą (InGaZnO), bismuto selenitą (Bi2SeOs), itrio bario kupratą, perovskitą, gaunamas inkarinis monosluoksnis, tinkamas paviršiuje imobilizuotų membranų, tBLM, prikabinimui daugiasluoksnių vezikulių liejimo metodu, aprašytu patente Nr. LT6424B (2017). tBLM sudėtis gali būti lengvai varijuojama priklausomai nuo su membrana sąveikaujančio ir įsiterpiančio į membraną poras formuojančio baltymo-toksino, taip pat gaunami tBLM gali būti lengvai regeneruojami neprarandant funkcinių tBLM savybių. Sukurti fosfolipidiniai biojutikliai yra tinkami toksinų koncentracijos nustatymui, naudojant kalibracinę kreivę, pvz., membranos laidumo pokyčio priklausomybė nuo toksino koncentracijos.
Literatūra
1. Castellana E. T, Cremer P. S., Solid supported lipid bilayers: From biophysical studies to sensor design, Surface Science Reports 61 (2006) 429-444.
2. Eicher-Lorka O., Charkovą T., Matijoška A., Kuodis Z., Urbelis G., Penkauskas T., Mickevičius M., Bulovas A., Valincius G., Cholesterol-based tethers and markers for model membranes investigation, Chemistry and Physics of Lipids 195 (2016) 71-86.
3. Junghans A., Koper I., Structural Analysis of Tethered Bilayer Lipid Membranes, Langmuir 26 (2010) 11035-11040.
4. McGillivray D. J., Valincius G., Vanderah D. J., Febo-Ayala W., Woodward J. T, Heinrich F., Kasianowicz J. J., Losche M., Molecular-scale structural and functional characterization of sparsely tethered bilayer lipid membranes, Biointerphases 2 (2007) 21-33.
5. Plant A.L., Supported Hybrid Bilayer Membranes as Rugged Cell Membrane Mimics, Langmuir 15 (1999) 5128-5135.
6. Ragaliauskas T., Mickevičius M., Rakovska B., Penkauskas T., Vanderah D. J., Heinrich F., Valincius G., Fast formation of low-defect-density tethered bilayers by fusion of multilamellar vesicles. Biochimica et Biophysica Acta 1859 (2017) 669678.
7. Rakovska B. Ragaliauskas, T., Mickevičius, M., Jankunec, M., Niaura, G., Vanderah, D.J., Valincius G.. Structure and Function of Membrane Anchoring SelfAssembled Monolayers. Langmuir, 31, (2015) 846-857
8. Tucker-Schwartz A. K., Farrell R. A., Garrell R. L., Thiol-ene Click Reaction as a General Route to Functional Trialkoxysilanes for Surface Coating Applications, Journal of American Chemical Society 133 (2011) 11026-11029.
9. Wasserman S. R., Tao Y. T., Whitesides G. M., Structure and Reactivity of Alkylsiloxane Monolayers Formed by Reaction of Alkyltrichlorosilanes on Silicon Substrates, Langmuir, 5 (1989) 1074-1087.
Claims (9)
- Membraninis biojutiklis, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad jis apima silano junginius, kurie formuoja silanoorganinių molekulių inkarinį savitvarkį monosluoksnį, kuris suformuoja vientisą fosfolipidų dvisluoksnį.
- Biojutiklis pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad savitvarkio monosluoksnio formavimui naudojami organiniai tirpikliai tokie kaip alkanai ir (arba) jų mišiniai įskaitant heptaną, aromatiniai angliavandeniliai ir (arba) jų mišiniai įskaitant tolueną ir benzeną.
- Biojutiklis pagal 1-2 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad membranos formavimui naudojami paviršiai parinkti iš FTO, ITO, kadmio alavo oksido (CdSnO4), cinko oksido (ZnO), aliuminiu legiruoto cinko oksido (Al:ZnO), stibio alavo oksido (SnO2/Sb2O5), indžio stibio oksido (InSbO), galio cinko oksido (GaZnO), indžio cinko oksido (InZnO), stibio indžio alavo oksido (InSbSnO), indžio galio cinko oksido (InGaZnO), bismuto selenito (Bi2SeO5), itrio bario kupratų ir metalų oksidų perovskitų.
- Biojutiklis pagal 1-2 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad membranos formavimui naudojami paviršiai parinkti iš stiklo, spalvoto stiklo, kvarco, safyro, žėručio.
- Biojutiklis pagal 1-2 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad membranos formavimui naudojami paviršiai parinkti iš nerūdijančio plieno, aliuminio, titano, vario, nikelio, nikelio-titano lydinių, kobalto ir kobalto lydinių.
- Biojutiklis pagal 1-2 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad membranos formavimui naudojami plonų aktyvių metalų plėvelių paviršiai, gaunami magnetroninio ar terminio garinimo būdu, ore suformuojantys natūralų ar dirbtiniu būdu gautą oksidinį sluoksnį parinkti iš Ti/TiO2, Zn/ZnO, Zr/ZrO2 ir Cr/CrxOy.
- Biojutiklis pagal 1-2 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad membranos formavimui naudojami puslaidininkių paviršiai, turintys oksidinį sluoksnį, yra parinkti iš Si/SiO2 ir Ge/GeO2.
- Biojutiklis pagal 1-7 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad suformuotas jautrus fosfolipidinis sluoksnis gali būti pašalintas ir iš naujo suformuotas vieną ar kelis kartus ant to paties paviršiaus.
- Biojutiklio pagal 1-8 punktus panaudojimas membranas pažeidžiančių baltymų agentui identifikuoti.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2021533A LT6992B (lt) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Regeneruojamas fosfolipidinis biojutiklis ant silanizuotų oksidų paviršiaus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2021533A LT6992B (lt) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Regeneruojamas fosfolipidinis biojutiklis ant silanizuotų oksidų paviršiaus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2021533A LT2021533A (lt) | 2023-01-10 |
| LT6992B true LT6992B (lt) | 2023-04-25 |
Family
ID=84777461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2021533A LT6992B (lt) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Regeneruojamas fosfolipidinis biojutiklis ant silanizuotų oksidų paviršiaus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LT (1) | LT6992B (lt) |
-
2021
- 2021-06-30 LT LT2021533A patent/LT6992B/lt unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| LT2021533A (lt) | 2023-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lingler et al. | Fusion of small unilamellar lipid vesicles to alkanethiol and thiolipid self-assembled monolayers on gold | |
| Lukkari et al. | Organic thiosulfates (bunte salts): novel surface-active sulfur compounds for the preparation of self-assembled monolayers on gold | |
| Ron et al. | Self-assembled monolayers on oxidized metals. 3. Alkylthiol and dialkyl disulfide assembly on gold under electrochemical conditions | |
| US7169272B2 (en) | Microfabricated recessed disk microelectrodes: characterization in static and convective solutions | |
| Bandyopadhyay et al. | Self-assembled monolayers of small aromatic disulfide and diselenide molecules on polycrystalline gold films: a comparative study of the geometrical constraint using temperature-dependent surface-enhanced Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and electrochemistry | |
| JPS6188137A (ja) | 化学種の水性電解溶液中濃度の定量法及び定量装置 | |
| Lang et al. | Self-assembly of thiolipid molecular layers on gold surfaces: optical and electrochemical characterization | |
| Creczynski-Pasa et al. | Self-assembled dithiothreitol on Au surfaces for biological applications: phospholipid bilayer formation | |
| Anh et al. | Highly Sensitive Nonenzymatic Cholesterol Sensor Based on Zinc Oxide Nanorods: Anh, Lan, LT Tam, Pham, and PD Tam | |
| McKenzie et al. | Nanoporous iron oxide membranes: layer-by-layer deposition and electrochemical characterisation of processes within nanopores | |
| WO2019238589A1 (en) | A method and device for assaying the interaction and dynamics of permeation of a molecule and a lipid bilayer | |
| Jadhav et al. | Fabrication of highly insulating tethered bilayer lipid membrane using yeast cell membrane fractions for measuring ion channel activity | |
| Ariga | Organized Organic Ultrathin Films: Fundamentals and Applications | |
| Lazzara et al. | Separating attoliter-sized compartments using fluid pore-spanning lipid bilayers | |
| Labbé et al. | Electrode‐supported and free‐standing bilayer lipid membranes: Formation and uses in molecular electrochemistry | |
| US8821957B2 (en) | Method for depositing a nanometric thin film on a substrate | |
| JP2011185874A (ja) | 生体分子分析用キット、これを用いた生体分子の分析方法 | |
| WO2003051506A1 (en) | Membrane | |
| Aleknavičienė et al. | Electrochemical properties of tethered lipid bilayers on thin film silver substrates | |
| EP4283305A1 (en) | Regenerable phospholipid biosensor and method for its fabrication on the surface of silanized oxides | |
| CN120254271A (zh) | 一种检测肿瘤坏死因子的限域复合纳米酶增强电致化学发光的免疫传感器及其构建方法和应用 | |
| JP2002346999A (ja) | 機能性ナノ構造体およびこれを用いた分子素子 | |
| Ha et al. | Formation and characterization of supported hexadecanethiol/dimyristoyl phosphatidylcholine hybrid bilayers containing Gramicidin D | |
| Wieckowska et al. | Ultrasmall Au nanoparticles coated with hexanethiol and anthraquinone/hexanethiol for enzyme-catalyzed oxygen reduction | |
| Fliniaux et al. | Production of microporous aluminum oxide electrodes as supports for tethered lipid bilayers of large surface area |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20230110 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20230425 |