Malin Edvardsson Feb 13, ’48 < 20210910

QSense耗散型石英晶体微天平技术表征囊泡表面相互作用

QSense 耗散型石英晶体微天平(QCM-D)技术可实时监测囊泡与固体基底的相互作用。在这里,我们介绍了用耗散型石英晶体微天平测试所揭示的信息,以及该分析方法通常如何用于表征囊泡-表面相互作用。

囊泡吸附和囊泡破裂的耗散型石英晶体微天平特征

1998年, Keller和Kasemo1证明了完整囊泡在固体基底的吸附很容易通过耗散型石英晶体微天平测试来确证。如示意图1所示,囊泡的吸附在f和D上有非常明显的特征。图中f和D的大幅变化表明囊泡被大量吸附而且由囊泡形成的吸附层非常柔软。

如本文所述的例子一样,耗散型石英晶体微天平通常测量的是“水合质量”,这种质量不仅是与QSense芯片表面相互作用的分子质量,还包括与其相结合的溶剂的质量。这使得该技术特别适合揭示结构及其变化,如囊泡破裂。因此,耗散型石英晶体微天平测量可以很容易地揭示囊泡表面的相互作用动力学,例如当环境变化时,或者如果它们暴露于破坏性组分中时,囊泡吸附完好,一段时间后囊泡仍保持完好,或者囊泡破裂。

图1.QSense QCM-D监测完整囊泡吸附至固体基底的示意图(不按比例)。当囊泡吸附时,频率(蓝色)降低,表明表面质量增加。同时,耗散(红色)增加,表明表面正在形成一层厚而软的吸附层。

使用耗散型石英晶体微天平探索基于囊泡的系统和平台

囊泡表面相互作用和表面吸附囊泡的平台通常用于感兴趣的复杂脂质混合物的分析,如囊泡用蛋白质进行了功能化,或者特定的基底表面材料。图2展示了耗散型石英晶体微天平的主要用途。

  • 验证囊泡吸附
  • 探索囊泡吸附动力学
  • 分析囊泡吸附层稳定性、囊泡破裂
  • 表征囊泡层厚度、质量和粘弹性特性
  • 优化条件(脂质成分、环境条件、固体基底材料)以达到预期结果

 

图2.使用QCM-D技术,可以回答与囊泡吸附动力学和囊泡层性质相关的问题,例如囊泡是否吸附(A,B)?吸附动力学是什么样的(A-D)?囊泡会随着时间的推移保持完整吗(E,F)?囊泡层(G)的厚度是多少?

例如,Cho等人2使用QSense 耗散型石英晶体微天平作为工具来探索是否可以使用具有膜破坏特性的多肽来迫使表面吸附囊泡破裂。其目的是开发一种在金和二氧化钛等表面上形成高质量的脂质双层的简单直接方法。传统情况下,在金和二氧化硅表面上形成脂质双层是比较困难的。耗散型石英晶体微天平揭示了完整囊泡在金和二氧化钛表面的吸附,以及多肽与表面吸附囊泡的相互作用,随后囊泡破裂并融合。研究证明,使用AH-多肽确实可以在两个表面上形成高质量的脂质双层。

在另一项研究中,Jackman等人3使用了相同的吸附囊泡的表面和具有膜破坏特性AH-多肽的实验设计。在该研究中,表面吸附囊泡的平台被用作模拟病毒膜的模型系统,以分析囊泡大小对多肽-囊泡相互作用和囊泡破裂的影响。该研究得出结论,多肽诱导的囊泡破裂与囊泡大小有关。

关于囊泡吸附和表面吸附囊泡层耗散型石英晶体微天平表征的总结

正如Keller和Kasemo在1998年进行的研究所证明的那样,QSense 耗散型石英晶体微天平技术是探索和表征脂质系统的有力工具,如囊泡-表面相互作用动力学和表面吸附囊泡的性质。该技术通常用于回答与囊泡表面相互作用的方式和原因有关的问题。目前,QSense 耗散型石英晶体微天平用于表面吸附小泡作为病毒膜模拟物的研究,以探索新的抗病毒策略。3,4

如需更多详情请留言联系下载该综述以了解更多关于如何使用QSense耗散型石英晶体微天平技术进行基于脂质系统的研究

参考文献:

  1. Keller and Kasemo, Biophysical Journal, 75, 1998; Surface specific kinetics of lipid vesicle adsorption measured with a quartz crystal microbalance
  2. J., Cho, et. al., J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 33, 10050–10051; Employing an Amphipathic Viral Peptide to Create a Lipid Bilayer on Au and TiO2
  3. A. Jackman, et. al., J. Phys. Chem. B 2013, 117, 50, 16117–16128; Rupture of Lipid Vesicles by a Broad-Spectrum Antiviral Peptide: Influence of Vesicle Size
  4. Kyeong Yoon, et. al., ACS Nano 2021, 15, 1, 125–148; Stopping Membrane-Enveloped Viruses with Nanotechnology Strategies: Toward Antiviral Drug Development and Pandemic Preparedness

 

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