Strukturierung festkörpergestützter Lipiddoppelschichten durch lithographische Polymerisation eines Diacetylen-Lipids

Abstract

Festkörpergestützte Lipiddoppelschichten sind Membransysteme, bei denen eine Lipiddoppelschicht mit einer Festkörperoberfläche entweder durch physikalische oder durch chemische Wechselwirkung verbunden ist. Diese Systeme wurden intensiv untersucht, da sie unter anderem einfache Modelle biologischer Membranen sind. [1] In die Lipiddoppelschicht können auch Proteine eingebaut sein, und sie bietet somit die Möglichkeit, elektrisch oder optisch arbeitende Biosensoren aufzubauen. [2] Um die hoch entwickelten Funktionen natürlicher Biomembranen nachzubilden, muss die Komplexität der künstlichen Systeme jedoch noch erhöht werden. Dafür ist die laterale Strukturierung ein gangbarer Weg, da dabei mehrere Komponenten in definierter räum-licher Anordnung in das Membransystem integriert werden können. Diese Strukturierung wurde bisher entweder durch eine Modifizierung des Trägers [3] oder durch die Mikrostempeltechnik [4] erzielt.Wir berichten nun über einen neuen Ansatz zur Erzeugung von strukturierten, festkörpergestützten Doppelschichten. Die Grundidee ist dabei, die Struktur in die Lipiddoppelschicht durch photochemische Polymerisation des Lipids einzuschreiben. Die zweidimensionale Polymerisation von Lipiden wurde intensiv an Liposomen (Lipidvesikeln) untersucht, wobei das Ziel meist die Stabilisierung der Liposome für Anwendungen in der Medikamentenverabreichung war. [5] Daneben gab es mehrere Ansätze, polymerisierbare Thiolmonoschichten oder Fettsäure-Multischichten als mögliche Materialien in der Photolithographie einzusetzen. [6] Man kann dabei von der lithographischen Polymerisation einer Lipiddoppelschicht zwei Effekte erwarten ± eine mechanische Stabilisierung der fluiden Doppelschicht und deren Beschränkung auf den vorgegebenen nichtpolymerisierten Bereich.Das prinzipielle Vorgehen ist in Abbildung 1 dargestellt. Als Erstes wird eine Doppelschicht aus einem polymerisierbaren Lipid auf den Träger aufgebracht (Abbildung 1 A). Diese Doppelschicht wird dann durch UV-Licht polymerisiert, wobei die gewünschte Struktur durch Verwendung einer Maske eingeschrieben werden kann (Abbildung 1 B). Bis zu diesem Schritt muss die Doppelschicht unter Wasser gehalten werden, um die Unversehrtheit der Membran zu gewährleisten. Sobald die Doppelschicht polymerisiert ist, wird sie unlöslich in organischen Lösungsmitteln und Detergentien. Durch Waschen mit organischen Lösungsmitteln können die Lipidmonomere gezielt aus der Doppelschicht herausgelöst Abbildung 1. Schematische Darstellung zur Strukturierung einer Doppelschicht und zum Einbau einer neuen Lipiddoppelschicht. Für Einzelheiten siehe Text.[7] a) M. A. Brook, Silicon in

A Cholesterol‐Based Tether for Creating Photopatterned Lipid Membrane Arrays on both a Silica and Gold Surface

“…[3,19] This has led to a surge of interest in the development of patterned sBLMs. Micro-contact-printed SAMs [6] or other methods [3,[20][21][22][23][24][25][26] can be used to create such patterned sBLMs, but photopatterning provides a simple, effective alternative. [27][28][29] Immersion of a micropatterned SAM, in which a hydrophilic patch is surrounded by a hydrophobic region, into a solution containing small unilamellar phospholipid vesicles leads to formation of a lipid bilayer over the hydrophilic patch and a lipid monolayer over the hydrophobic region.…”

Struktur und Fluktuationen festkörpergestützter Phospholipidmembranen

“…Festkörper-Oberflächen zu fixieren. Phospholipide können chemisch beispielsweise über Thiolgruppen auf Goldoberflächen verankert werden [15,16]. In den meisten Verfahren werden die Membranen aber nicht chemisch an das Substrat gebunden sondern allein durch physikalische Wechselwirkung.…”