用纳米碳材料浓缩细胞膜成分

丰桥工业大学应用化学与生命科学系的研究小组(Tero Ryugo教授等)在作为细胞膜模型的多元脂质双层膜中发现了特定脂质浓缩在氧化石墨烯上的现象。该研究小组还阐明了由于氧化石墨烯的表面特性，“脂筏”(神经传递和新陈代谢等重要细胞膜反应发生的地方)的成分聚集的机制。这一发现有望应用于基础技术中浓缩和分离细胞膜中的脂质和膜蛋白是医学和药物发现领域的重要研究目标。

细节

生命活动所需的物质、信息和能量进出细胞的运输是通过细胞膜进行的。这些交换深入涉及神经传递、新陈代谢和病毒感染，使其成为生物学、医学和药物发现领域的重要研究目标。细胞膜的基本结构是脂质双层膜。特定的脂质和膜蛋白通过膜内分子的横向扩散和聚集而聚集。这些区域称为脂质结构域，它反过来控制和提高细胞膜中发生的反应的效率。脂质结构域的一个代表性例子是“脂筏”，它富含鞘脂和胆固醇。

该研究小组在硅基板上沉积的氧化石墨烯单层上制造了人造脂质双层。他们首次发现脂质结构域集中在氧化石墨烯上。氧化石墨烯具有在石墨烯(碳的单原子片材)上添加了亲水性氧官能团的结构。

在由两种不同流动性的磷脂酰胆碱组成的双组分脂质双层中，脂质双层膜中的大部分低流动性凝胶相域聚集在氧化石墨烯上。在鞘脂、胆固醇和磷脂酰胆碱的三组分混合脂质双层膜中，许多脂筏组分存在于氧化石墨烯上。

研究小组负责人 Ryugo Tero 教授解释如下：“无论脂质成分如何，氧化石墨烯上聚集的流体脂质域较少。这是由于石墨烯上存在亲水性和疏水性区域的混合物“纳米级的氧化物表面。脂质双层中域形成的初始过程优先发生在氧化石墨烯的疏水区域。”

未来展望

研究小组预计，控制固体基质上脂质结构域的位置适用于将与这些脂质具有高亲和力的膜蛋白排列在相同位置。这一发现对于生物传感和筛选靶向膜蛋白领域的基础技术非常有用。此外，研究小组认为，同样的方法可用于收集生化上重要的脂质成分，如糖脂以及脂筏。他们预计这将有助于开发浓缩和纯化细胞膜中稀有脂质和膜蛋白的技术。