이 작품은 연방 교육부 및 연구의 독일 막스 플랑크 협회 공동 투자 MaxSynBio 컨소시엄의 일부입니다.

저자는 공개 없다.

대칭 및 비대칭 높은 염 분 조건 하에서 위상 상태 관찰에 대 한 GUVs의 성공적인 생산
여기에 제시 된 프로토콜 구성의 광범위 한 범위에 걸쳐 청구 GUVs의 막 단계 상태에 높은 염 분 버퍼 및 솔루션 비대칭의 영향을 평가 하는 전략을 소개 합니다. 이 목표 달성으로 주요 과제 중 하나는 높은 염 분 버퍼에 충전된 GUVs의 생산을 했다.
우리가 성공적으로 예금 된 지질 영화의 사전 수 화 단계와 소포 성장 위한 하룻밤 최종 수 화 단계를 포함 한 간단한 자발적인 붓기 접근에 의해 자당 솔루션에 높은 염 분 버퍼 GUVs를 생산. 그것은 지질 증 착도 지질 unilamellar 소포를 확산 있도록 roughened PTFE 접시에 수행 해야 하는 것이 중요. 또한, 지질 영화 균질 성 및 액체 단계 상태에는 온도에 소포 준비 하는 동안 모든 단계를 수행 하려면 필수적입니다. 다른, 소포 인구 구성에서 polydisperse 수 하 고 최종 인구 단계 상태 분석 편견 수 있습니다. GUVs 수율의 자발적인 붓기 기 덩어리는 한 손으로 다시 얻기 위해 작은 볼륨에서 중단 가능성에 대 한 특정 프로토콜 소포 분산 매우 집중 하 고 다른 한편으로 비대칭 솔루션을 제공 합니다. 소포8,28의 희석을 최소화 하면서 막에 걸쳐 조건. 그것은 소포 희석 또는 외부 솔루션 중 교환, 내부 및 외부 osmolarities 유지 일치 osmolarity 불일치에 의해 발생 하는 형태 변화 유도 또는 Lo + Ld 단계 분리41 을 방지 하거나, 당뇨의 경우 필수 조건, 기 파열 될 수 있습니다.
여기, 높은 염 분 솔루션에서 electroformation 프로토콜을 최적화 하려고 PVA 기반 붓기 multilamellar 소포 굴복 하는 동안 아무 GUVs의 생산에 결과. 자발적인 여 긴 준비 시간 및 낮은 품질10,17기 일괄에서 결과, 충전된 vesicles의 성공적인 생산을 요구 하더라도 붓기는 추가적인 이점을 함께 제공 됩니다. 그것은 통계 일괄 분석에 대 한 충분 한 수익률 발생 하면서 최소의 노력을 요구 하 고, electroformation와 달리 정교한 장비 또는 최적화 필요 했다. 또한, 지질 산화에 의해 아무 오염42,43관찰 되었습니다. 문학에 따르면 소포의 지질 구성 하 고 해당 주식7,17성장 했다 그들은 사이 차이가 있다. 또한, PTFE 기판에 소포 대형 기판23에 의해 외국 분자를 도입 젤 기반 붓기 방법 달리 어떤 오염 포함 메시지가 표시 되지 않습니다. Electroformation 비대칭 솔루션 조건을 만들 때 과도 한 소포 희석에 관련 된 추가 단점이 함께 제공 됩니다. GUVs electroformation에 의해 생산은 일반적으로 (달리 자발적인 붓기 동안 덩어리의 형태로 농축된 기 정지) 균질 분산으로 존재 한다. 외부 솔루션의 어떤 희석도 소포 수를 희석 실질적으로 것 이다. 또한, 관찰이 작업의 과정을 통해 DOPG/eSM/철 GUVs 자당에서 electroformation 제작한 불안정 한 경우에 높은 염 분 버퍼에 희석 되었다. 현미경 슬라이드에 지질 패치에서 형광 표시 그들의 시각적인 검사 가능 했다 전에 소포 버스트 것 이다. 이러한 불안정 소포 자발적인 붓기10여 그에 비해 electroformation에 의해 준비의 높은 막 긴장 관찰 될 수 있습니다.
그것만 높은 분수에 쓰 신 부분 외부 솔루션 exchange 수행 소포 희석은 비대칭 우두머리 솔루션 조건을 만드는 쉽고 빠른 접근, 비록 (여기: 95%, 그림 2), 희석, 시의 흔적으로 솔루션을 붓기 남아 있게 됩니다. 외부 솔루션 exchange의 학위의 붓기 솔루션 (2 절) 함께 기 덩어리를 pipetting와 너무 많이 그것을 diluting 하지 사이 교환 이다. 따라서, 우리는 세부37 신속 하 고 완전 한 외부 솔루션 exchange 우두머리 위상 상태 관찰 하는 동안 만든 희석 단계 상태 관측을 확인 하도록 허용 하는 다른 논의 대체 미세 접근 도입 소포입니다. 위상 상태 변이 대칭에서 비대칭 솔루션 조건으로 변경 하는 경우의 관측 될 계약에 실제로 관찰 되었다. 또한, 두 가지 방법 모두 비대칭 솔루션 조건 comparably 빠른 운항 표시 (비교 참고.8)을 생성 하 고 로컬 구성 변경 (참조30,31비교)의 알려진된 위험 없이 함께 하 막 긴장 (비교 참조32), 증가 하거나 지역 난방 (비교 기준33), 다른 방법에 대해서는 소개에서 설명 합니다. 미세 트래핑 중 기 내부와 외부 사이의 삼 투 균형은 위에서 언급 한 단계 상태 유물 뿐만 아니라 마 솔루션 조건으로 인해 발생 하는 디플레이션을 피하기 위해 유일한 에센셜 슬립 갇혀 GUVs를 발생할 수 있습니다. 통해 외부 솔루션 교환 후 게시물.
도 불구 하 고 자발적인 붓기 저격총 성장에 성공적으로 적용 된 다른 경우, 비용의 부재에서에서 DOPC/eSM/철 시스템에서 소포 우두머리 개별 bilayers44 사이 반발 작용의 결과 부족 붓기 저하 될 수 있습니다. . 미리 붓기 기간을 연장 또는 부피가 큰 지질 headgroups 도입이 문제45카운터 수 있습니다. 또한, 붓기에 사용에서 다른 솔루션에서 자신의 희석 후 소포 안정성 다른 지질 작곡과 우리 여기 조사 하지 않은 희석 미디어에 대 한 달라질 수 있습니다. 우리는 또한 여기 준비 방법으로 평균 우두머리 직경 튜닝의 가능성을 탐구 하지 있다. 하지만 소포 구성과 솔루션 붓기 같은 매개 변수는 결과 영향을 미칠 가능성이 높습니다. 그러나 다른 방법46 의 응용 지질 및 여기에 사용 되는 솔루션에 대 한 더 큰 소포를 얻을 수 있습니다, 그리고, 그들은 방법으로 관련 된 다른 단점에와 함께 올 수 있습니다. 위에서 설명한 접근 대칭 및 비대칭 높은 염 분 조건에서 GUVs를 생산 하는 소포 다른 지질 구성의 구성 및 다른 매체에 있는 분산의 추가 연구에 대 한 잠재적인 도구를 제공 합니다. 마찬가지로 우리는 그 가능성을 탐험 하지 않은, 향후 재판 어떻게 일반적으로 우두머리 준비 및 희석 방법 적용 될 수 있습니다 표시 됩니다.
다양 한 온도에서 상 분리 관찰
다양 한 온도에서 GUVs 연구에 적합 한 다른 실험 설정을 존재 합니다. 이 설정을 일반적으로 문학에서 자세히 설명 하지 않습니다, 하는 동안 현재 작업 이러한 연구에 대 한 해당 기본 어셈블리를 제공 합니다.
_content "> 제어 측정 표시이 자체 설계 및 챔버의 온도 정확 하 게는 서 모스 탯에 의해 제어 챔버 내부에 온도 기울기는 실험 온도 분해능. 그것은 실험 열 조건 온도 읽기와 일치 하는 보장 됩니다.
광범위 한 온도 범위 우두머리 위상 상태 평가 기간 동안 온도 변경 된 후 관찰된 소포 equilibrated 잘은 중요 하다. 이것을 보장 하기 위해 한 가지 가능한 방법은 히스테리시스를 확인 하는 것입니다. 있으면 히스테리시스, 온도 단계를 감소 해야 합니다 및/또는 평형 시간 증가. 온도로이 작품에서 제어 방식으로 설정 됩니다 물 기반 온도, 작업 온도 범위는 0-100 ° c.에 이상적으로 제한 이 범위를 확장할 수 있습니다 다른 온도 제어 액체 오일 등을 사용 하 여 또는 다른 설정, 예를 들어 채용 하 여 Peltier 장치. 실제로, 작동 온도 또한 가능한 응축 또는 증발에 의해 제한 됩니다. 또한, 멀리 실내 온도에서 온도, 관찰 실에서 정상 상태 온도 기울기의 발생 확률이 된다. 또한, 영상 장비 극단적인 온도에 다치 지 될 수 있습니다. 지질 기 연구 (9~ 10-50 ° C7,)에 대 한 적절 한 온도 범위에 대 한 관측 장비에 손상을 고려해 야 하지만 일반적으로 예상 하지.
소포 도메인 관찰 유물
넓은 필드 형광 현미경 검사 법을 사용 하 여 관찰 아티팩트에 대 한 소스도 많습니다. 우선, 하나 기 위상 상태의 시각적 검사에 대 한 적용 되는 개체의 최대 해상도 r 에 따라 지질 도메인의 검출 한계를 결정 합니다 알고 있어야 합니다. 
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56034/56034eq2v2.jpg"> 여기서 λ 는 방출 파장 하 고 나는 목표의 숫자 조리개. 40 x 확대 및 녹색 방출 감지 0.6의 나 일반적인 목표 빛 약 560 nm ~0.6 µ m. 따라서, 소포 사이 다른 특정 지질 혼합물에서 만든의 위상 상태를 비교 하는 연구는 광학 해상도 도달할 것 이다 조건 같은 지질 혼합물에 대 한 동일한 목표를 사용 해야 합니다.
다른 아티팩트는 여기 빛41에 확장된 노출 때문 지질 사진-산화의 결과로 지질 도메인의 발생 이다. 사진 손상 불포화 탄화수소 지질 moieties에 우선적으로 발생합니다. 사실, 일부 지질 구성에 대 한 이러한 도메인 형성 처음 균질 vesicles의 관찰 되었다 여기 여기 빛 노출 오랜된 기간 후 (~ 30 s). 그 문제에 대응 하기 위해 여기 빛 유지 되었다 초점 보기의 한 필드에서 위상 상태 평가 대 한 몇 초. 따라서, DiIC18 우리의 목적을 위해 적당 했다. 그러나 다른 염료,, 훨씬 더 중요 한 수 있으며 낮은 자극 강렬에 및 짧은 흥분 빛의 노출 시간으로 처리 해야 할 수 있습니다.
기계적 전단 응력은 소포의 피 펫 전송에서 잠재적으로 일시적으로, 그로 인하여 왜곡 명백한 기 위상 동작 도메인 믹스. 일부 일괄 처리에 대 한 다른 소포 보여 다른 위상 동작 0 분 및 5 분 후 피 펫 현미경 coverslip에 전송. 또한 미세 장치에서 유체 흐름에 의해 유도 된 전단 응력은47혼합 도메인을 보였다. 소포 충분 한 관찰 하기 전에 평형에 대 한 시간 동안 그대로 남겨져 야 한다. 이 연구에서 소포 미세 장치에 갇혀 소포 로드 및 관찰 하기 전에 솔루션 교환 후 1 시간에 그대로 남아 있었다.
위에서 언급 한 어려움 뿐만 아니라 빛의 회절 한계, 핵 자기 공명 분광학48 또는 슈퍼 해상도 현미경 기법49 등 다른 방법에 의해 부과 된 제한 중 일부를 피하기 위해 고용 될 수 있었다.
결론 및 전망
제시 작품 막 단계 분리에 높은 염 분 대칭 및 비대칭 솔루션 조건의 영향의 분석을 허용 하는 메서드 집합을 보여 줍니다. 제시 방법의 모두는 다른 응용 프로그램에 적합 합니다. 미세 소자는 예 도메인 형성 및 솔루션 비대칭의 유도 따라 실종의 속도 론을 공부 하는 플랫폼을 제공 한다. 또한, 도메인 모양 소금 농도의 기능으로는 그런 식으로 검사 수 있습니다. 모든 방법 또한 관심의 다른 솔루션을 사용 하 여 위상 동작에 영향을 보면 사용 수 있습니다.

이후 마이크론 크기에서 도메인의 액체-액체 상 분리 거 대 한 unilamellar 소포 (GUVs) 형광 현미경 검사 법에 의해 관찰, GUVs로 사용 되었습니다 모델 시스템 조사 지질 뗏목 가설1,2 , 3 . 로 그들의 독립형 bilayer의 지역 생물 세포에서 그의 범위에서 그들은 가설된 뗏목을 특징으로 하는 플라즈마 세포 막의 적당 한 모방 이다. 순수한 물, 자당 또는 낮은 염 분 솔루션4,5,6,,78에 분산 된 소포와 같은 GUVs에 대 한 수많은 연구 수행 되었습니다. 그러나 셀에 대 한 조건으로이 조건은, 높은 염 분 환경 및 횡단 막 솔루션 비대칭 biomembranes의 순수 관련 노출을 반영 하지 않습니다.
이 작품에서는, 우리의 그룹9에서 이전 간행물에서 충전된 multicomponent GUVs의 위상 상태는 막에 걸쳐 소금과 솔루션 비대칭의 존재의 기능으로 시험 되었다. GUVs는 dioleoylphosphatidylglycerol (DOPG), 계란 sphingomyelin (eSM), 고 콜레스테롤 (철) (210 mOsm/kg의 osmolarity)와 자당 솔루션 또는 높은 염 분 버퍼 (100 m m NaCl, 10 mM Tris, pH 7.5, 210의 다른 비율의 혼합물에서 준비 했다 mOsm/kg 기준)입니다. 지질 선택이 혼합6,8단계 도표에 이미 얻은 데이터에 의해 정당화 되었다.
GUVs의 준비에 대 한 메서드의 여러 문학10,,1112 에서 사용할 수 있습니다 (여기에 유의 우리 그 지질 석유 기반에서 수성 단계 전송 포함을 고려 하지 것입니다 13 , 14 단계 동작에 영향을 미칠 수 있는 막에 남아 있는 기름 잔류물의 고유한 위험 때문에). 높은 염 분 버퍼에서 GUVs의 준비는 구체적인 과제와 연결 됩니다. 낮은 이온 강도의 솔루션, electroformation 방법15,16 작은 결함10,17높은 수율에 GUVs를 준비 하는 빠른 방법을 제공 합니다. 메서드를 사용 하면 지질 층 전도성 표면 (전극)에 입금, 그들, 건조 및 AC 필드를 적용 하는 동안 그들을 용액으로 보습을 기반으로 합니다. 그러나,이 방법은 조정 경우 소금 수성 솔루션18,19에 존재 하는 필요 합니다. 그것은 electroformation에 의해 소포 성장 위한 원동력 electroosmosis16 높은 conductivities20에서 방해는 가정. 따라서, 높은 염 분 해결책에 GUVs의 electroswelling이 아니다 간단 접근 그것은 다른 소금 농도 붓기 솔루션에 대 한 최적화를 요구 한다. 젤 기반 소포21,22 붓기 더 빨리 형성 시간 electroformation에 잠재적인 대안 이다. 이 이렇게 젤 (agarose 또는 폴 리 비닐 알코올 (PVA))는 기판으로 사용 될 때 향상 된 지질 영화 화에 만듭니다. 그러나 이러한 접근, agarose 기반 붓기23 / 온도 제한 PVA 기반 붓기의 경우 경우 막 오염의 위험으로 온다. 마찬가지로, GUVs 셀 루 로스 종이 기판에 성장 하는 프로토콜 최근 설립된24되었습니다입니다. 이 방법의 일반적인 문제는 기판 순도 제어의 부족 뿐만 아니라 많은 양의 지질 사용 합니다. 이 작품에서 소개 하 고 우두머리 준비, 즉 자발적인 붓기 방법25,26에 대 한 가장 전통적인 방법의 장점을 제공 합니다 우리. 그것은 건조-수증기 분위기, 그리고 원하는 붓기 솔루션 이후 붓기에 하이드레이팅 lipophobic 기판에 지질 층의 구성 ( 그림 1 및 프로토콜 섹션에서 세부 정보 참조). 이 방법은 소포 크기 배포 제어를 제공 하지 않습니다와 생산 전기 분야에 의해 원조 된다 하는 방법에 비해 전반적으로 더 작은 소포 폴리머 기판 또는 미세 결과. 그러나, 소포 품질과 크기는 여기 탐험으로 막 단계 상태 검사 적합 합니다.
소포 막에 걸쳐 솔루션 사이의 불균형을 만들기 뿐만 아니라 특정 과제와 연결 됩니다. 일반적으로 사용 되는 한 가지 방법은 원하는 외부 솔루션27,28기 서 스 펜 션의 직접 희석입니다. 그러나,이 또한 기 분포 밀도를 줄인다. 또 다른 전략 천천히 GUVs 솔루션에 대 한 허용-흐름 셀의 하단에 정착 주위 외부 솔루션을 교환 하는 것입니다 그리고 outflux. 방해 또는 심지어 흐름 소포를 잃고을 피하기 위해, 낮은 흐름 요금은 적용된8,이 이렇게 비효율적인 시간을 렌더링 합니다. 또한, 이러한 방법의 전체 외부 솔루션 교환을 보장합니다. 외부 솔루션 교환 하는 동안 그들을 잃고 피하기 위하여 소포를 무력화 하는 확실 한 해결책이입니다. 예를 들어, biotinylated GUVs streptavidin 입히는 표면29에 곁에 있을 수 있습니다. 그러나,이 접근에는 준수 작곡 유사 이어질 수 있습니다 그리고 그러므로 비 준수 막30,31세그먼트. 자석의 응용 프로그램 또는 전기 분야를 부과 하는 막에 소포 결과 트랩 긴장32. 핸들 하는 데 필요한 함정에 기 하 광학 핀셋 채용 광 들 것을 사용 하 여 지역 난방33를 포함 수 있습니다 (즉, 구슬), 연결 된. GUVs의 트래핑 최종 분리34없이 백 금 철사에 그들을 성장 하 여 수행할 수 있습니다. 그러나 이것 얇은 지질 관 (밧줄)에 의해 소포는 격리 하 고 철사에 일반적으로 연결 되는 또는 다른 소포를 생성 합니다.
제시 일 상기 한계를 극복 하는 전략을 강조 한다. 우리는 먼저 적응 하 고 높은 염 분 버퍼에서 GUVs의 생산을 위한 최적화 된 자발적인 붓기 방법에 대 한 자세한 설명을 제시. 다음 효율적으로 간단한 희석 또는 미세 소자의 활용에 의해 비대칭 솔루션 상태를 만드는 두 가지 방법을 소개 합니다. 우리의 목표는 다른 솔루션 조건에서 GUVs의 막 단계 상태 분석, 때문에 성공적인 통계 분석에 대 한 기준 및 피 잘못 된 분류를 위한 현재 힌트 후속 섹션에 설명 합니다.
분석은 등온 조건에서 뿐만 아니라 다양 한 온도에서 수행 했다. 동안 온도 control 일반적으로 고용, 실험 온도-제어 약 실에 대 한 정보는 거의 설명. 여기, 다양 한 온도 조건에서 GUVs를 관찰 하는 자체 내장된 설치 제공 됩니다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phospho-(1&#39;-rac-glycerol), sodium salt</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>840475C</td>
			<td>abbreviated as DOPG in the text</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>chicken egg sphingomyelin</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>860061</td>
			<td>abbreviated as eSM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cholesterol (ovine wool, &#62; 98 %)</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>700000</td>
			<td>abbreviated as Chol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,1&#129;&#39;-dioctadecyl-3,3,3&#39;,3&#39;-tetramethylindocarbocyanine perchlorate</td>
			<td>Molecular Probes</td>
			<td>D-282</td>
			<td>abbreviated as DiIC18</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform, HPLC grade (&#8805; 99.8 %)</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl (&#62; 99.8 %)</td>
			<td>Roth</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCl (37 %)</td>
			<td>Roth</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris (&#8805; 99.9 %)</td>
			<td>Roth</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose (&#8805; 99.5 %)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Threaded vial 45x27 mm, 15 mL</td>
			<td>Kimble</td>
			<td></td>
			<td>Soda flat bottom, white screw cap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH meter</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td>MP220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Osmometer</td>
			<td>Gonotec</td>
			<td>Osmomat030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epi-fluorescence microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Axio Observer D1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal laser scanning microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>TCS SP5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective 40x, 0.6 NA</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>LD Achroplan</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective 40x, 0.75 NA</td>
			<td>Leica</td>
			<td>506174</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective 63x, 0.9 NA</td>
			<td>Leica</td>
			<td>506148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slide, 56x26 mm, 0.17 &#177; 0.01 mm</td>
			<td>Menzel-Gl&#228;ser</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover slip, 22x22 mm, 0.17 &#177; 0.01 mm</td>
			<td>Menzel-Gl&#228;aser</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm &#34;M&#34;</td>
			<td>Bremix Flexible Packaging</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes, 5 mL, 10 mL</td>
			<td>Braun</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.45 &#181;m syringe filter</td>
			<td>GVS North America</td>
			<td>Cameo 25AS, 1213723</td>
			<td>Acetate, sterile</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

phase behavior of charged vesicles under symmetric and asymmetric solution conditions monitored with fluorescence microscopy

거 대 한 unilamellar 단계 구분 된 소포 (GUVs) 공존 전시 액체 주문 하 고 액체 난잡 도메인은 지질 뗏목 가설을 조사 하는 일반적인 생물 도구. 그러나 다 수의 연구,, 생리 솔루션 조건의 영향을 게을리. 해당 계정에서 현재 작업 충전된 GUVs dioleylphosphatidylglycerol, 계란 sphingomyelin, 및 콜레스테롤에서 성장에 액체-액체 상 분리에 높은 염 분 버퍼와 트랜스 막 솔루션 비대칭의 효과 제공 합니다. 효과 등온 및 다양 한 온도 조건 하에서 공부 했다.
우리는 장비 및 실험 전략 대칭 및 비대칭 높은 염 분 솔루션 조건에서 충전된 소포에 공존 액체 도메인의 안정성 모니터링에 대 한 적용을 설명 합니다. 높은 온도에서 높은 염 분 버퍼에 충전된 multicomponent GUVs를 준비 하는 접근 방식을 포함 됩니다. 프로토콜 옵션을 소포 희석을 최소화 하면서 외부 솔루션의 부분 교환 간단한 희석 단계 수행을 수반 한다. 다른 접근은 완벽 한 외부 솔루션 교환을 허용 하는 미세 장치를 활용 하 여 제공 됩니다. 단계 분리에 솔루션 효과 또한 다양 한 온도에서 공부 했다. 이 위해, 우리는 기본 설계 및 유틸리티는 자체 내장된 온도 제어 챔버의 제시. 또한, 우리 우두머리 위상 상태 평가에 반영 함정 연관 그것과 그들을 회피 하는 방법.

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Phase Behavior of Charged Vesicles Under Symmetric and Asymmetric Solution Conditions Monitored with Fluorescence Microscopy

단계 구분 된 거 대 한 unilamellar 소포 (GUVs)에 대 한 실험은 자주 생리 솔루션 조건 게을리. 이 작품 횡단 막 솔루션 비대칭 및 온도 기능으로 충전된 multicomponent GUVs에서 액체-액체 상 분리에 높은 염 분 버퍼의 효과 연구에 접근을 제공 합니다.

형광 현미경 검사 법으로 모니터링 하는 대칭 및 비대칭 솔루션 조건에서 충전된 Vesicles의 위상 동작

Phase-separated giant unilamellar vesicles (GUVs) exhibiting coexisting liquid-ordered and liquid-disordered domains are a common biophysical tool to ...

phase-behavior-charged-vesicles-under-symmetric-asymmetric-solution

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

9.1K 조회수.  Max Planck Institute of Colloids and Interfaces. 단계 구분 된 거 대 한 unilamellar 소포 (GUVs)에 대 한 실험은 자주 생리 솔루션 조건 게을리. 이 작품 횡단 막 솔루션 비대칭 및 온도 기능으로 충전된 multicomponent GUVs에서 액체-액체 상 분리에 높은 염 분 버퍼의 효과 연구에 접근을 제공 합니다.

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Particles without a Box: Brush-first Synthesis of Photodegradable PEG Star Polymers under Ambient Conditions

Convenient methods for the rapid, parallel synthesis of diversely functionalized nanoparticles will enable discovery of novel formulations for drug delivery, biological imaging, and supported catalysis. In this report, we demonstrate parallel synthesis of brush-arm star polymer (BASP) nanoparticles by the &#34;brush-first&#34; method. In this method, a norbornene-terminated poly(ethylene glycol) (PEG) macromonomer (PEG-MM) is first polymerized via ring-opening metathesis polymerization (ROMP) to generate a living brush macroinitiator. Aliquots of this initiator stock solution are added to vials that contain varied amounts of a photodegradable bis-norbornene crosslinker. Exposure to crosslinker initiates a series of kinetically-controlled brush+brush and star+star coupling reactions that ultimately yields BASPs with cores comprised of the crosslinker and coronas comprised of PEG. The final BASP size depends on the amount of crosslinker added. We carry out the synthesis of three BASPs on the benchtop with no special precautions to remove air and moisture. The samples are characterized by gel permeation chromatography (GPC); results agreed closely with our previous report that utilized inert (glovebox) conditions. Key practical features, advantages, and potential disadvantages of the brush-first method are discussed.

Poly(ethylene glycol) (PEG) brush-arm star polymers (BASPs) with narrow mass distributions and tunable nanoscopic sizes are synthesized in via ring opening metathesis polymerization (ROMP) of a PEG-norbornene macromonomer followed by transfer of portions of the resulting living brush initiator to vials containing varied amounts of a rigid, photo-cleavable bis-norbornene crosslinker.

상자없이 입자 : 주위 조건에서 광분해 성 고분자 PEG 브러쉬 최초의 합성

Convenient methods for the rapid, parallel synthesis of diversely functionalized nanoparticles will enable discovery of novel formulations for drug ...

연구

화학

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-(phosphinetriyl)tripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Dichloro-bis(aminophosphine) complexes of palladium with the general formula of [(P{(NC5H10)3-n(C6H11)n})2Pd(Cl)2] (where n = 0-2), belong to a new family of easy accessible, very cheap, and air stable, but highly active and universally applicable C-C cross-coupling catalysts with an excellent functional group tolerance. Dichloro{bis[1,1',1''-(phosphinetriyl)tripiperidine]}palladium [(P(NC5H10)3)2Pd(Cl)2] (1), the least stable complex within this series towards protons; e.g. in the form of water, allows an eased nanoparticle formation and hence, proved to be the most active Heck catalyst within this series at 100 &#176;C and is a very rare example of an effective and versatile catalyst system that efficiently operates under mild reaction conditions. Rapid and complete catalyst degradation under work-up conditions into phosphonates, piperidinium salts and other, palladium-containing decomposition products assure an easy separation of the coupling products from catalyst and ligands. The facile, cheap, and rapid synthesis of 1,1',1"-(phosphinetriyl)tripiperidine and 1 respectively, the simple and convenient use as well as its excellent catalytic performance in the Heck reaction at 100 &#176;C make 1 to one of the most attractive and greenest Heck catalysts available.
We provide here the visualized protocols for the ligand and catalyst syntheses as well as the reaction protocol for Heck reactions performed at 10 mmol scale at 100 &#176;C and show that this catalyst is suitable for its use in organic syntheses.

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-phosphinetriyltripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Dichloro{bis[1,1',1''-(phosphinetriyl)tripiperidine]}palladium [(P(NC5H10)3)2Pd(Cl)2] (1) is an easy accessible, cheap, and air stable, but highly active Heck catalyst with an excellent functional group tolerance that efficiently operates under mild reaction conditions to give the coupling products in very high yields.

온화한 반응 조건 하에서 팔라듐 - 디클로로 {비스 [(phosphinetriyl) tripiperidine 1,1 &#39;, 1 &#39;&#39;]} 의해 촉매 Mizoroki-헥 크로스 커플 링 반응

Dichloro-bis(aminophosphine) complexes of palladium with the general formula of [(P{(NC5H10)3-n(C6H11)n})2Pd(Cl)2] (where n = 0-2), belong to a new family ...

Synthetic Methodology for Asymmetric Ferrocene Derived Bio-conjugate Systems via Solid Phase Resin-based Methodology

Early detection is a key to successful treatment of most diseases, and is particularly imperative for the diagnosis and treatment of many types of cancer. The most common techniques utilized are imaging modalities such as Magnetic Resonance Imaging (MRI), Positron Emission Topography (PET), and Computed Topography (CT) and are optimal for understanding the physical structure of the disease but can only be performed once every four to six weeks due to the use of imaging agents and overall cost. With this in mind, the development of &#8220;point of care&#8221; techniques, such as biosensors, which evaluate the stage of disease and/or efficacy of treatment in the clinician&#8217;s office and do so in a timely manner, would revolutionize treatment protocols.1 As a means to exploring ferrocene based biosensors for the detection of biologically relevant molecules2, methods were developed to produce ferrocene-biotin bio-conjugates described herein. This report will focus on a biotin-ferrocene-cysteine system that can be immobilized on a gold surface.

The synthesis of asymmetric species of ferrocene is challenging using solution techniques. This report focuses on the methods carried out to produce a ferrocene-biotin bioconjugate using facile and clean reactions accomplished via solid-phase synthesis. Incorporation of a thiolate moiety is shown to impart the ability for immobilization on gold surfaces.

고상 수지 기반의 방법론을 통해 비대칭 페로센 유래 바이오 복합체 시스템 용 합성 방법론

Early detection is a key to successful treatment of most diseases, and is particularly imperative for the diagnosis and treatment of many types of cancer. ...

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like oligomeric clusters of these yellow nanoparticles of narrow size distribution are synthesized under ambient conditions via two methods. The delay-time method controls the number of subunits in the oligoclusters by varying the time between the addition of HAuCl4 to alkaline solution and the subsequent addition of reducing agent, NaSCN. The yellow oligoclusters produced range in size from ~3 to ~25 nm. This size range can be further extended by an add-on method utilizing hydroxylated gold chloride (Na+[Au(OH4-x)Clx]-) to auto-catalytically increase the number of subunits in the as-synthesized oligocluster nanoparticles, providing a total range of 3 nm to 70 nm. The crude oligocluster preparations display narrow size distributions and do not require further fractionation for most purposes. The oligoclusters formed can be concentrated &#62;300 fold without aggregation and the crude reaction mixtures remain stable for weeks without further processing. Because these oligomeric clusters can be concentrated before derivatization they allow expensive derivatizing agents to be used economically. In addition, we present two models by which predictions of particle size can be made with great accuracy.

We describe a simple method for producing highly stable oligomeric clusters of gold nanoparticles via the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) with sodium thiocyanate (NaSCN). The oligoclusters have a narrow size distribution and can be produced with a wide range of sizes and surface coats.

주변 조건에 따라 금 나노 입자의 안정 올리고머 클러스터의 크기 제어 합성을위한 간단한 방법

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

Construction and Systematical Symmetric Studies of a Series of Supramolecular Clusters with Binary or Ternary Ammonium Triphenylacetates

Functions of clusters in nano or sub-nano scale significantly depend on not only kinds of their components but also arrangements, or symmetry, of their components. Therefore, the arrangements in the clusters have been precisely characterized, especially for metal complexes. Contrary to this, characterizations of molecular arrangements in supramolecular clusters composed of organic molecules are limited to a few cases. This is because construction of the supramolecular clusters, especially obtaining a series of the supramolecular clusters, is difficult due to low stability of non-covalent bonds compare to covalent bonds. From this viewpoint, utilization of organic salts is one of the most useful strategies. A series of the supramolecules could be constructed by combinations of a specific organic molecule with various counter ions. Especially, primary ammonium carboxylates are suitable as typical examples of supramolecules because various kinds of carboxylic acids and primary amines are commercially available, and it is easy to change their combinations. Previously, it was demonstrated that primary ammonium triphenylacetates using various kinds of primary amines specifically construct supramolecular clusters, which are composed of four ammoniums and four triphenylacetates assembled by charge-assisted hydrogen bonds, in crystals obtained from non-polar solvents. This study demonstrates an application of the specific construction of the supramolecular clusters as a strategy to conduct systematical symmetric study for clarification of correlations between molecular arrangements in supramolecules and kinds and numbers of their components. In the same way with binary salts composed of triphenylacetates and one kind of primary ammoniums, ternary organic salts composed of triphenylacetates and two kinds of ammoniums construct the supramolecular clusters, affording a series of the supramolecular clusters with various kinds and numbers of the components.

This article describes construction of a series of hydrogen-bonding supramolecular clusters in crystals using primary ammonium triphenylacetates, which are recrystallized from non-polar solvents. This selective construction of the supramolecular clusters leads to effective systematical symmetric studies about a correlation between the supramolecular clusters and their components.

건설 및 바이너리 또는 삼항 암모늄 Triphenylacetates와 초분자 클러스터의 시리즈의 체계적 대칭 연구

Functions of clusters in nano or sub-nano scale significantly depend on not only kinds of their components but also arrangements, or symmetry, of their ...

Combining Solid-state and Solution-based Techniques: Synthesis and Reactivity of Chalcogenidoplumbates(II or IV)

The phases of &#34;PbCh2&#34; (Ch = Se, Te) are obtained from solid-state syntheses (i.e., by the fusion of the elements under inert conditions in silica glass ampules). Reduction of such phases by elemental alkaline metals in amines affords crystalline chalcogenidoplumbate(II) salts comprised of [PbTe3]2- or [Pb2Ch3]2- anions, depending upon which sequestering agent for the cations is present: crown ethers, like 18-crown-6, or cryptands, like [2.2.2]crypt. Reactions of solutions of such anions with transition-metal compounds yield (poly-)chalcogenide anions or transition-metal chalcogenide clusters, including one with a &#181;-PbSe ligand (i.e., the heaviest-known CO homolog).
In contrast, the solid-state synthesis of a phase of the nominal composition &#34;K2PbSe2&#34; by successive reactions of the elements and by the subsequent solvothermal treatment in amines yields the first non-oxide/halide inorganic lead(IV) compound: a salt of the ortho-selenidoplumbate(IV) anion [PbSe4]4-. This was unexpected due to the redox potentials of Pb(IV) and Se(-II). Such methods can further be applied to other elemental combinations, leading to the formation of solutions with binary [HgTe2]2- or [BiSe3]3- anions, or to large-scale syntheses of K2Hg2Se3 or K3BiSe3 via the solid-state route.
All compounds are characterized by single-crystal X-ray diffraction and elemental analysis; solutions of plumbate salts can be investigated by 205Pb and 77Se or 127Te NMR techniques. Quantum chemical calculations using density functional theory methods enable energy comparisons. They further allow for insights into the electronic configuration and thus, the bonding situation. Molecular Rh-containing Chevrel-type compounds were found to exhibit delocalized mixed valence, whereas similar telluridopalladate anions are electron-precise; the cluster with the &#181;-PbSe ligand is energetically favored over a hypothetical CO analog, in line with the unsuccessful attempt at its synthesis. The stability of formal Pb(IV) within the [PbSe4]4- anion is mainly due to a suitable stabilization within the crystal lattice.

Combining Solid-state and Solution-based Techniques: Synthesis and Reactivity of ChalcogenidoplumbatesII or IV

The synthesis of chalcogenidoplumbates(II,IV) via the in situ reduction of nominal "PbCh2" (Ch = Chalcogen) and via a solid-state reaction and subsequent solvothermal reactions is presented. Additionally, reactivities of plumbate(II) solutions are portrayed, which yield the heaviest-known CO homolog known to date: the &#181;-PbSe ligand.

고체 및 솔루션 기반의 기술 결합 : 합성 및 Chalcogenidoplumbates의 반응성 (II 또는 IV)

The phases of &#34;PbCh2&#34; (Ch = Se, Te) are obtained from solid-state syntheses (i.e., by the fusion of the elements under inert conditions in silica ...

A Protocol for Electrochemical Evaluations and State of Charge Diagnostics of a Symmetric Organic Redox Flow Battery

Redox flow batteries have been considered as one of the most promising stationary energy storage solutions for improving the reliability of the power grid and deployment of renewable energy technologies. Among the many flow battery chemistries, non-aqueous flow batteries have the potential to achieve high energy density because of the broad voltage windows of non-aqueous electrolytes. However, significant technical hurdles exist currently limiting non-aqueous flow batteries to demonstrate their full potential, such as low redox concentrations, low operating currents, under-explored battery status monitoring, etc. In an attempt to address these limitations, we recently reported a non-aqueous flow battery based on a highly soluble, redox-active organic nitronyl nitroxide radical compound, 2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide (PTIO). This redox material exhibits an ambipolar electrochemical property, and therefore can serve as both anolyte and catholyte redox materials to form a symmetric flow battery chemistry. Moreover, we demonstrated that Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy could measure the PTIO concentrations during the PTIO flow battery cycling and offer reasonably accurate detection of the battery state of charge (SOC), as cross-validated by electron spin resonance (ESR) measurements. Herein we present a video protocol for the electrochemical evaluation and SOC diagnosis of the PTIO symmetric flow battery. With a detailed description, we experimentally demonstrated the route to achieve such purposes. This protocol aims to spark more interests and insights on the safety and reliability in the field of non-aqueous redox flow batteries.

We present the protocols for electrochemically evaluating a symmetric non-aqueous organic redox flow battery and for diagnosing its state of charge using FTIR.

전기 평가 및 대칭 유기 산화 환원 흐름 배터리의 충전 진단의 상태에 대한 프로토콜

Redox flow batteries have been considered as one of the most promising stationary energy storage solutions for improving the reliability of the power grid ...

Probing the Structure and Dynamics of Interfacial Water with Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy

Water/solid interfaces are ubiquitous and play a key role in many environmental, biophysical, and technological processes. Resolving the internal structure and probing the hydrogen-bond (H-bond) dynamics of the water molecules adsorbed on solid surfaces are fundamental issues of water science, which remains a great challenge owing to the light mass and small size of hydrogen. Scanning tunneling microscopy (STM) is a promising tool for attacking these problems, thanks to its capabilities of sub-&#197;ngstr&#246;m spatial resolution, single-bond vibrational sensitivity, and atomic/molecular manipulation. The designed experimental system consists of a Cl-terminated tip and a sample fabricated by dosing water molecules in situ onto the Au(111)-supported NaCl(001) surfaces. The insulating NaCl films electronically decouple the water from the metal substrates, so the intrinsic frontier orbitals of water molecules are preserved. The Cl-tip facilitates the manipulation of the single water molecules, as well as gating the orbitals of water to the proximity of Fermi level (EF) via tip-water coupling. This paper outlines the detailed methods of submolecular resolution imaging, molecular/atomic manipulation, and single-bond vibrational spectroscopy of interfacial water. These studies open up a new route for investigating the H-bonded systems at the atomic scale.

Here, we present a protocol to investigate the structure and dynamics of interfacial water at the atomic scale, in terms of submolecular resolution imaging, molecular manipulation, and single-bond vibrational spectroscopy.

구조와 계면 물 검색과 터널링 현미경 분광학의 역학 조사

Water/solid interfaces are ubiquitous and play a key role in many environmental, biophysical, and technological processes. Resolving the internal ...

Fabricating High-viscosity Droplets using Microfluidic Capillary Device with Phase-inversion Co-flow Structure

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion co-flow device to generate uniform high-viscosity droplets in a low-viscosity fluid. The microfluidic capillary device has a common co-flow structure with its exit connecting to a wider tube. Elongated droplets of the low-viscosity fluid are first encapsulated by the high-viscosity fluid in the co-flow structure. As the elongated low-viscosity droplets flow through the exit, which is treated to be wetted by the low-viscosity fluid, phase inversion is then induced by the adhesion of the low viscosity droplets to the tip of the exit, which results in the subsequent inverse encapsulation of the high-viscosity fluid. The size of the resultant high-viscosity droplets can be adjusted by changing the flow rate ratio of the low-viscosity fluid to the high-viscosity fluid. We demonstrate several typical examples of the generation of high-viscosity droplets with a viscosity up to 11.9 Pas, such as glycerol, honey, starch, and polymer solution. The method provides a simple and straightforward approach to generate monodisperse high-viscosity droplets, which may be used in a variety of droplet-based applications, such as materials synthesis, drug delivery, cell assay, bioengineering, and food engineering.

A phase-inversion co-flow device is demonstrated to generate monodisperse high-viscosity droplets above 1 Pas, which is difficult to realize in droplet microfluidics.

위상 반전 공동 흐름 구조와 미세 모 세관 장치를 사용 하 여 조작 높은 점도 방울

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion ...

Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation

Low-grade heat is abundantly available in the environment as waste heat. The efficient conversion of low-grade heat into electricity is very difficult. We developed an asymmetric thermoelectrochemical cell (aTEC) for heat-to-electricity conversion under isothermal operation in the charging and discharging processes without exploiting the thermal gradient or the thermal cycle. The aTEC is composed of a graphene oxide (GO) cathode, a polyaniline (PANI) anode, and 1M KCl as the electrolyte. The cell generates a voltage due to the pseudocapacitive reaction of GO when heating from room temperature (RT) to a high temperature (TH, ~40-90 &#176;C), and then current is successively produced by oxidizing PANI when an external electrical load is connected. The aTEC demonstrates a remarkable temperature coefficient of 4.1 mV/K and a high heat-to-electricity conversion efficiency of 3.32%, working at a TH = 70 &#176;C with a Carnot efficiency of 25.3%, unveiling a new promising thermoelectrochemical technology for low-grade heat recovery.

Low-grade heat is abundant, but its efficient recovery is still a great challenge. We report an asymmetric thermoelectrochemical cell using graphene oxide as a cathode and polyaniline as an anode with KCl as the electrolyte. This cell works under isothermal heating, exhibiting a high heat-to-electricity conversion efficiency in low-temperature regions.

등온 작동 하에서 저급 열 수확을 위한 비대칭 열전기 화학 전지

Low-grade heat is abundantly available in the environment as waste heat. The efficient conversion of low-grade heat into electricity is very difficult. We ...