Otrzymywanie i charakteryzacja błon biomimetycznych na stałym podłożu

1. Zr4+ Zr4+ Zr4+ Zr4+ Zr4+ Zr4+ PO42 - PO42 - PO42 - PO42 - PO42 - PO42 - COOH COOH COOH COOH COOH COOH S S S S S S S S S S S S S Au Przeniesienie monowarstwy na podłoże barierka monowarstwa substrat woda WSPÓŁCZYNNIK PRZENIESIENIA Qz kr ki θ próbka Otrzymywanie i charakteryzacja błon biomimetycznych nastałym podłożu Magdalena Brzozowska , Promotor – prof. dr hab. Paweł Krysiński Pracownia Elektrochemii Uniwersytet Warszawski ABSTRAKT Technika budowania sztucznych błon lipidowych naśladujących właściwości błony biologicznej, jest niezbędna do zrozumienia mechanizmu wielu procesów zachodzących w żywych komórkach. Prawidłowo zaprojektowana membrana zapewnia właściwe funkcjonowanie białek zaangażowanych w reakcje enzymatyczne i transport metabolitów. Praca ta przedstawia model dwuwarstw lipidowych rozpostartych na powierzchni złota, pokrytej hydrofilowo zakończonymi alkanotiolami. Kluczowym elementem tego układu jest cienka warstewka wody, znajdująca się pomiędzy alkanotiolami, a polarnymi grupami lipidów, zapewniająca półpłynność struktury membrany. Lipidy są przyłączone za pomocą wiązania koordynacyjnego jonami cyrkonu. Przygotowanie podłoża polega na osadzeniu hydroksytioli na powierzchni złota metodą samoorganizacji z roztworu i chemicznej modyfikacji ich grup terminalnych. Warstwa lipidowa powstaje przy użyciu techniki Langmuir Blodgett lub powierzchniowej fuzji liposomów. Na poszczególnych etapach syntezy komponenty błony badane są za pomocą technik elektrochemicznych, odbiciowej spektroskopii podczerwieni oraz reflektometrii neutronów. Topografia utworzonej błony lipidowej była obserwowana za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM). METODY CHARAKTERYZOWANIA KOLEJNYCH WARSTW MEMBRANY WARSTWA LIPIDÓW MOŻE BYĆ NANOSZONA DWOMA METODAMI: „LANGMUIR BLODGETT” ORAZ POWIERZCHNIOWEJ FUZJI LIPOSOMÓW • WOLTAMPEROMETRIA CYKLICZNA umożliwia kontrolowanie jakości poszczególnych warstw powstającej błony biomimetycznej τ = AL/AS PROJEKT BIOMIMETYCZNEJ MEMBRANY • Krzywe pojemnościowe pozwalają zbadać pojemność i grubość warstwy umieszczonej na elektrodzie • Im większe prądy – większa pojemność, tym cieńsza warstwa znajduje się na elektrodzie. Czerwony woltamogram – elektroda pokryta lipidami, granatowy – elektroda pokryta tylko warstwą tioli • Stosując technikę Langmuir Blodgett uzyskujemy stabilne monowarstwy lipidów. Woltamogramy takich warstw znajdują się po lewej. • Obydwa lipidy nakładamy przy ciśnieniu powierzchniowym 35 mN/m Warstwa lipidów – fosfatydyloseryna, fosfatydyloetanolamina Wiązanie koordynacyjne za pomocą jonów cyrkonu Warstwa tioli odsuwająca membranę od elektrody, tu wnika woda • FUZJA LIPOSOMÓW na powierzchni miki – zdjęcia wykonane mikorskopem AFM Podłoże – złota elektroda • Rozkładanie liposomów pozwala uzyskać dwuwarstwę lipidową na powierzchni elektrody • Stosowanie próbników elektrochemicznych testuje szczelność warstwy POWSTAWANIE MONOWARSTWY TIOLI – METODA SAMOORGANIZACIJ Z ROZTWORU „SAM” • REFLEKTOMETRIA NEUTRONÓW– pokazuje grubość i szorstkość poszczególnych warstw, jest to jedyna metoda która rejestruje wodę wnikającą w warstwę tioli • Cząsteczki tiolu obecne w roztworze, stopniowo organizują się na powierzchni • Badanie KĄTA ZWILŻANIA umożliwia obserwowanie tworzenia monowarstw tioli na powierzchni złota k = 2Π/ λ ROZPRASZANIE ELASTYCZNE |kr|=|ki| Q=|kr-ki| • Synteza liposomów przeprowadzana jest w Zakładzie Genetyki UW przy użyciu sonikatora dużej mocy. Wartości kątów zwilżania mieszczą się w granicach 25°-35° Q = 2ksinθ = 4Πsinθ/λ Zdjęcia wykonane przez dr M. Mazura • UZYSKANE REZULTATY: • Zaprojektowaliśmy stabilną i funkcjonalną błonę biomimetyczną • Wykazaliśmy możliwość zastosowania jonów cyrkonu jako koordynacyjnego łącznika • Zarejestrowaliśmy elektrochemicznie i za pomocą reflektometrii neutronów kolejne etapy jej powstawania • Opracowaliśmy dwie metody nakładania warstwy lipidów – metoda „Langmuir Blodgett” monowarstwa i fuzja liposomów dwuwarstwa. Im większy kąt tym bardziej hydrofobowa powierzchnia. Merkaptoundekanol i kwas merkaptopropionowy nadają powierzchni charakter hydrofilowy • badania przeprowadzone w Los Alamos National Laboratory New Mexico