固态纳米孔中脂质双层形成的机理和动力学。,Langmuir

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固态纳米孔中脂质双层形成的机理和动力学。
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-01-23 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b03637
Shuangshuang Zeng ₁ , Shiyu Li ₁ , Johanna Utterström ₂ , Chenyu Wen ₁ , Robert Selegård ₂ , Shi-Li Zhang ₁ , Daniel Aili ₂ , Zhen Zhang ₁

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固态纳米孔为快速电检测和分析单个分子提供了高度通用的平台。纳米孔的脂质双层涂层可以减少非特异性分析物对纳米孔侧壁的吸附，并通过提供在细胞膜模拟环境中束缚特定配体的可能性来增加传感选择性。然而，在存在纳米孔的情况下，由囊泡形成脂质双层的机理和动力学仍不清楚。在这项工作中，我们使用了基于硅的，截短的锥体纳米孔阵列作为脂质双层形成的支持。通过通过纳米孔的离子电流的变化实时监测纳米孔中脂质双层的形成。统计分析表明，脂质双分子层是由单个囊泡在纳米孔中吸附后瞬时破裂形成的，这与公认的机制不同，脂质双分子层是在平面载体上的高囊泡表面覆盖率下形成的。系统地研究了脂质双层形成过程对所施加的偏倚，囊泡大小和浓度的依赖性。另外，在通过纳米孔阵列进行的长单链DNA易位期间，证明了脂质双层涂覆的纳米孔的防污性能。这些发现表明脂质双分子层的形成过程可以通过在平面表面上有意地引入纳米腔来产生活性位点或改变囊泡的大小和浓度来调节。与公认的机制不同，脂质双层在平面支持物的高囊泡表面覆盖率下形成。系统地研究了脂质双层形成过程对所施加的偏倚，囊泡大小和浓度的依赖性。另外，在通过纳米孔阵列的长单链DNA易位期间，证明了脂质双层涂覆的纳米孔的防污性能。这些发现表明脂质双分子层的形成过程可以通过有意地在平面上引入纳米腔以产生活性位点或改变囊泡的大小和浓度来调节。与公认的机制不同，脂质双层在平面支持物的高囊泡表面覆盖率下形成。系统地研究了脂质双层形成过程对所施加的偏倚，囊泡大小和浓度的依赖性。另外，在通过纳米孔阵列的长单链DNA易位期间，证明了脂质双层涂覆的纳米孔的防污性能。这些发现表明脂质双分子层的形成过程可以通过有意地在平面上引入纳米腔以产生活性位点或改变囊泡的大小和浓度来调节。另外，在通过纳米孔阵列的长单链DNA易位期间，证明了脂质双层涂覆的纳米孔的防污性能。这些发现表明脂质双分子层的形成过程可以通过有意地在平面上引入纳米腔以产生活性位点或改变囊泡的大小和浓度来调节。另外，在通过纳米孔阵列进行的长单链DNA易位期间，证明了脂质双层涂覆的纳米孔的防污性能。这些发现表明，可以通过在平面表面上有意地引入纳米腔来创建活性位点或改变囊泡的大小和浓度，从而调节脂质双层的形成过程。

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Mechanism and Kinetics of Lipid Bilayer Formation in Solid-State Nanopores.

Solid-state nanopores provide a highly versatile platform for rapid electrical detection and analysis of single molecules. Lipid bilayer coating of the nanopores can reduce nonspecific analyte adsorption to the nanopore sidewalls and increase the sensing selectivity by providing possibilities for tethering specific ligands in a cell-membrane mimicking environment. However, the mechanism and kinetics of lipid bilayer formation from vesicles remain unclear in the presence of nanopores. In this work, we used a silicon-based, truncated pyramidal nanopore array as the support for lipid bilayer formation. Lipid bilayer formation in the nanopores was monitored in real time by the change in ionic current through the nanopores. Statistical analysis revealed that a lipid bilayer is formed from the instantaneous rupture of individual vesicle upon adsorption in the nanopores, differing from the generally agreed mechanism that lipid bilayer forms at a high vesicle surface coverage on a planar support. The dependence of the lipid bilayer formation process on the applied bias, vesicle size, and concentration was systematically studied. In addition, the nonfouling properties of the lipid bilayer coated nanopores were demonstrated during long single-stranded DNA translocation through the nanopore array. The findings indicate that the lipid bilayer formation process can be modulated by introducing nanocavities intentionally on the planar surface to create active sites or changing the vesicle size and concentration.

更新日期：2020-02-06

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