Mechanical properties of pore-spanning membranes prepared from giant vesicles

Abstract

Das wissenschaftliche Interesse an den mechanischen Eigenschaften von Membranen erwächst aus deren vielfältigen morphologischen und physiologischen Funktionen. Jedoch erfordert die Komplexität nativer Membranen die Verwendung von Modellsystemen, die das Verhalten biologischer Membranen nachahmen. In dieser Arbeit wurden porenüberspannende Membranen, welche die freitragenden Eigenschaften schwarzer Lipidmembranen (Black Lipid Membranes, BLM) sowie die Stabilität festkörperunterstützter Membranen kombinieren, auf porösen Substraten verwendet.Die mechanischen Eigenschaften dieser porenüberspannenden Membranen wurden mit Fluoreszenzmikroskopie und sowohl abbildener Rasterkraftmikroskopie (AFM) als auch Indentationsexperimenten untersucht.Porenüberspannende Polymermembranen wurden aus Poly(butadien)-b-poly(ethylenoxid)-Polymerosomen durch osmotisch induziertes Spreiten hergestellt. Die porenüberspannenden Polymermembranen wurden mit Kraftindentationsexperimenten unters! ucht, wobei sie ein viskoelastisches Verhalten zeigten. Die Energiedissipation wurde durch Berechnungen der Hysterese zwischen Indentations- und Abrisskraftkurve erhalten. UV-induzierte Quervernetzung des hydrophoben Poly(butadien)-Kerns der Polymermembran diente zur Untersuchung des Einflusses des Verzweigungsgrades der Ketten auf ihre viskoelastischen Eigenschaften. Darüber hinaus wurde ein zweistufiges Funktionalisierungsprotokoll entwickelt um lösungsmittelfreie, lateral bewegliche, stabile porenüberspannende Phsospholipidmembranen durch Spreiten großer Phospholipidvesikel zu erhalten.Kraftindentationsexperimente lieferten Membranspannungswerte, während Membrankrümmungssteifigkeiten aus der Zugkraft erhalten wurden, welche benötigt wird um beim Rückzug des AFM Cantilevers Tether aus porenüberspannenden Membranen zu ziehen. Force Mapping von mehreren Poren während einem einzelnen Experiment demonstrierte die Stabilität der porenüberspannenden Membranen und die Effizienz der AFM-Kraftindentationsexperimente. Geringfügige Änderungen der viskolelastischen Eigenschaften der porenüberspannenden Membranen wurden nach der Zugabe von Isopropanol zur Membranumgebung beobachtet, was die Sensitivität der gewählten Untersuchungsmethode in dieser Arbeit bestätigt.