Herstellung und physikochemische Charakterisierung von planaren gestützten Lipid-Modellmembran-Systemen

Abstract

Es wurden funktionalisierte polymerunterstützte planare Phospholipid-Modellmembran-Systeme hergestellt und auf jeder Präparationsstufe eingehend charakterisiert. Dünne Polysaccharidfilme wurden in der Form von quellbaren Gelen auf oxidische Oberflächen aufgebracht und bezüglich ihres Quellungsverhaltens und der Oberflächeneigenschaften in Abhängigkeit vom Wassergehalt untersucht. Lipidmonoschichten unterschiedlicher Zusammensetzung wurden mittels Langmuir-Blodgett-Tranfer auf Polymersubstrate übertragen und bezüglich der Stärke der Lipid/Polymer Wechselwirkung, der lateralen Selbstdiffusion in Abhängigkeit von der Wasseraktivität, dem Spreitverhalten der monomolekularen Membran auf dem Substrat in Abhängigkeit von der Wasseraktivität und dem Lateraldruck der Monoschicht, sowie des Ausmaßes der Hydratation im Kopfgruppenbereich der Lipidmembran in Abhängigkeit von der Wasseraktivität mittels Fluoreszensondenmethoden ( Fluoreszenzerholung nach Photobleichung (FRAP), Fluoreszenzmikroskopie und Fluoreszenzspektroskopie) untersucht. Diffusions- und Spreitverhalten von amphiphilen Monoschichten auf Polymersubstraten wurden auf der Basis von in dieser Arbeit entwickelten physikalischen Modellen diskutiert. Mittels Langmuir-Schäfer Transfer wurde auf polymerunterstützte Lipidmonoschichten eine zweite Monoschicht übertragen. Die somit erhaltenen Lipid-Doppelschichtmembranen wurden bezüglich ihrer Stabilität, der lateralen Struktur, der lateralen Selbstdiffusion, des Spreitverhaltens auf unbedeckte Bereiche sowie der Stärke der Membran/Substrat Wechselwirkung vermittels Fluoreszenzmikroskopie, FRAP und Interferenz-Kontrast-Mikroskopie (RICM) untersucht. Schließlich wurden substratgestützte Doppelschicht-Lipidmembranen mit als Protonenpumpen fungierenden integralen Membranproteinen versehen. Die laterale Selbstdiffusion der rekonstituierten Proteinmoleküle wurde mittels FRAP, die funktionale Aktivität der Protonenpumpen mit einem Ionen-sensitiven Feldeffekttransistor-Array analysiert.

Functionalised polymer-supported planar phospholipid model membrane systems were prepared and characterised after each preparation step. Thin polysaccharide films obtained from water swellable gels were prepared on oxide substrate surfaces. The swelling of these polymer films as well as their surface properties depending on the degree of swelling were analysed. Lipid monolayers of a variable composition were transferred onto polymer substrates by means of Langmuir-Blodgett transfer. The influence of water activity and lateral pressure on the lipid/polymer interaction, lateral self-diffusion of lipid molecules, spreading of the lipid layer and the extent of hydration were examined, using fluorescence recovery after photobleaching (FRAP), fluorescence microscopy, fluorescence spectroscopy and interference contrast microscopy (RICM). Lateral self-diffusion and lateral spreading of lipid monolayers were discussed with the help of physical models, which were derived in the present work. Polymer supported lipid double layer membranes were obtained by Langmuir-Schäfer transfer of a second monolayer leaflet. Stability, lateral structure, lateral spreading and the strength of the lipid/substrate interaction were examined. Fluorescence microscopy, FRAP and interference contrast microscopy were used for these studies. Lipid bilayers were functionalysed by incorporation of proton pumps. The functional activity of these was studied by means of field effect transistor arrays.