Surface-Active Lipid Linings under Shear Load--A Combined in-Situ Neutron Reflectivity and ATR-FTIR Study.
Surface-Active Lipid Linings under Shear Load--A Combined in-Situ Neutron Reflectivity and ATR-FTIR Study.
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剪切载荷下的表面活性脂质衬里--原位中子反射率和 ATR-FTIR 联合研究
DOI：
10.1021/acs.langmuir.5b01678
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
R. Steitz
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
F. Schwörer;M. Trapp;M. Ballauff;R. Dahint;R. Steitz
利用原位中子反射率（NR）和衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）同时结合的方法研究了固体支撑的脂质膜堆中的剪切效应。这些堆栈模拟了哺乳动物关节软骨上的终端表面活性磷脂（SAPL）涂层。将11个1,2-二myristoyl- san -glycero-3-phosphocholine （DMPC）双层膜堆固定在固体硅载体和液体D2O支撑相的界面上。我们用一种合成替代品，即聚丙烯胺盐酸盐（PAH），以相同的浓度取代滑液中的天然透明质酸（HA）成分。我们发现低聚层DMPC双层膜与多环芳烃强烈相互作用，导致膜间距急剧增加（约5倍）。剪切的开始引起垂直于施加剪切场的DMPC双层的屈曲样变形。随着剪切速率的增加，我们观察到膜板中的水组分显著增加，我们将其归因于平行于施加剪切场的类开尔文-亥姆霍兹不稳定性导致的破碎增加。这两种效应都符合最近对剪切诱导的脂质双分子层膜不稳定性的理论预测（Hanasaki， I.; Walther， J. H.; Kawano， S.; Koumoutsakos， P.Phys.）。Rev. E2010,82, 051602)。在剪切作用下，界面脂质衬里由凝胶态β′转变为流体态α。尽管处于链熔融状态，弯曲刚度降低，但脂质层不会脱离其固体支撑。我们认为PAH分子对碎片脂质双层膜的立体桥接是DMPC衬里意想不到的机械稳定性的原因。
We study shear effects in solid-supported lipid membrane stacks by simultaneous combined in-situ neutron reflectivity (NR) and attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR). The stacks mimic the terminal surface-active phospholipid (SAPL) coatings on cartilage in mammalian joints. Piles of 11 bilayer membranes of 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) are immobilized at the interface of the solid silicon support and the liquid D2O backing phase. We replace the natural hyaluronic acid (HA) component of synovial fluid by a synthetic substitute, namely, poly(allylamine hydrochloride) (PAH), at identical concentration. We find the oligolamellar DMPC bilayer films strongly interacting with PAH resulting in a drastic increase of the membranesdspacing (by a factor of ∼5). Onset of shear causes a buckling-like deformation of the DMPC bilayers perpendicular to the applied shear field. With increasing shear rate we observe substantially enhanced water fractions in the membrane slabs which we attribute to increasing fragmentation caused by Kelvin–Helmholtz-like instabilities parallel to the applied shear field. Both effects are in line with recent theoretical predictions on shear-induced instabilities of lipid bilayer membranes in water (Hanasaki, I.; Walther, J. H.; Kawano, S.; Koumoutsakos, P.Phys. Rev. E2010,82, 051602). With the applied shear the interfacial lipid linings transform from their gel statePβ′ to their fluid stateLα. Although in chain-molten state with reduced bending rigidity the lipid layers do not detach from their solid support. We hold steric bridging of the fragmented lipid bilayer membranes by PAH molecules responsible for the unexpected mechanical stability of the DMPC linings.
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