Direkte skrivning af kunstige cellemembraner på grafen

Grafen dukker op som en alsidig ny overflade til at samle modelcellemembraner, der efterligner dem i den menneskelige krop, med potentiale for anvendelser i sensorer til forståelse af biologiske processer, sygdomsdetektion og lægemiddelscreening.

Skriver ind Naturkommunikation , forskere ved University of Manchester ledet af Dr. Aravind Vijayaraghavan, og Dr. Michael Hirtz ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT), har vist, at membraner direkte kan 'skrives' på en grafenoverflade ved hjælp af en teknik kendt som Lipid Dip-Pen Nanolithography (L-DPN).

Den menneskelige krop indeholder 100 billioner celler, hver af dem er indhyllet i en cellemembran, som i det væsentlige er en phospholipid to-lags membran. Disse cellemembraner har et væld af proteiner, ionkanaler og andre molekyler indlejret i dem, hver udfører vitale funktioner.

Det er essentielt, derfor, at studere og forstå disse systemer, derved muliggøre deres anvendelse på områder som bio-sensing, biokatalyse og lægemiddellevering. I betragtning af at det er svært at opnå dette ved at studere levende celler inde i menneskekroppen, forskere har udviklet modelcellemembraner på overflader uden for kroppen, at studere systemerne og processerne under mere bekvemme og tilgængelige forhold.

Dr. Vijayaraghavans team i Manchester og deres samarbejdspartnere på KIT har vist, at grafen er en spændende ny overflade, hvorpå man kan samle disse modelmembraner, og giver mange fordele i forhold til eksisterende overflader.

Dr. Vijayaraghavan sagde:"For det første, lipiderne spredes ensartet på grafen for at danne membraner af høj kvalitet. Grafen har unikke elektroniske egenskaber; det er et halvmetal med justerbar ledningsevne.

"Når lipiderne indeholder bindingssteder såsom enzymet biotin, vi viser, at det binder aktivt med et protein kaldet streptavidin. Også, når vi bruger ladede lipider, der sker ladningsoverførsel fra lipiderne til grafen, hvilket ændrer dopingniveauet i grafen. Alle disse sammen kan udnyttes til at producere nye typer grafen/lipidbaserede biosensorer."

Dr. Michael Hirtz (KIT) forklarer L-DPN-teknikken:"Teknikken anvender en meget skarp spids med en spids i området på flere nanometer som et middel til at skrive lipidmembraner på overflader på en måde, der ligner, hvad en fjerpen gør. med blæk på papir. Den lille størrelse af spidsen og den præcisionsmaskine, der styrer den, giver naturligvis mulighed for meget mindre mønstre, mindre end celler, og endda helt ned til nanoskalaen."

"Ved at anvende arrays af disse tips kan flere forskellige blandinger af lipider skrives parallelt, giver mulighed for subcellulære mønstre med forskellig kemisk sammensætning."